DE10120954A1 - Zahnstange zur Bewegung des Greifermechanismus an schützenlosen Webmaschinen sowie Verfahren und Preßwerkzeug zu deren Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnstange zur Bewegung des Greifermechanismus an schützenlosen Webmaschinen, bestehend aus dem Verbund eines Zahnprofilteils aus einem Kunststoffwerkstoff mit einem das Zahnprofilteil teilweise umfassenden faserverstärkten, einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden Tragprofilteil aus einem Kunststoffwerkstoff, sowie ein Verfahren und ein Preßwerkzeug zur Herstellung einer derartigen Zahnstange. DOLLAR A Aufgabe ist es, eine Zahnstange der eingangs genannten Art, sowie ein Verfahren und ein Preßwerkzeug zur Herstellung einer derartigen Zahnstange anzugeben, wobei eine sichere, der hohen dynamischen Belastung standhaltende Befestigung des Verbundes von Zahnprofilteil und Tragprofilteil bei weiterer Massereduzierung und Verbesserung der Steifigkeit des Verbundes gewährleistet ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bezüglich der Zahnstange dadurch gelöst, daß der Verbund von Zahnprofilteil und Tragprofilteil überwiegend durch Formschluß erfolgt, wobei das Tragprofil das Zahnprofilteil in unmittelbaren Verbindungseingriff umfaßt durch in Gebieten neben den Kontaktflächen zum Zahnprofilteil hervorstehende innere Oberflächenbereiche des Tragprofilteils, die in Lücken, Ausnehmungen u. dgl. des Zahnprofilteils hineinragen, und wobei wahlweise mindestens zwei Kontaktflächen des Zahnprofilteils zum Tragprofilteil mit einer eine Vielzahl von Formvorsprüngen aufweisenden Profilierung versehen sind, in welche eine entsprechende Gegenprofilierung des ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstange zur Bewegung des Greifermechanismus an schützenlosen Webmaschinen, bestehend aus dem Verbund eines Zahnprofilteils aus einem Kunststoffwerkstoff mit einem das Zahnprofilteil teilweise umfassenden faserverstärkten, einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden Tragprofilteil aus ei­ nem Kunststoffwerkstoff, sowie ein Verfahren und ein Preßwerkzeug zur Herstellung einer derartigen Zahnstange.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung bezieht sich auf Webmaschinen, bei denen unter Verwendung eines mit hoher Geschwindigkeit hin- und herbewegten Greifer­ mechanismus der Schußfaden erfaßt und übergeben/übernommen wird. Der Grei­ fermechanismus ist am Ende einer Tragstange befestigt, welche als Zahnstange ho­ her Stabilität und möglichst geringer Masse ausgebildet ist, in welche ein Antriebs­ zahnrad eingreift.

Nach DE 39 13 602 A1 ist eine gattungsgemäße Zahnstange als Greiferstange für schützenlose Webmaschinen bekannt. Sie besteht aus einem Zahnprofilteil, welches im Inneren eines einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden Tragprofilteils befestigt ist. Dabei wird das Zahnprofilteil aus einer Mehrzahl von übereinander gestapelten faserverstärkten Kunststoffbändern durch Konsolidieren zu einem Laminat und an­ schließendem Pressen hergestellt, wobei die Faserorientierung jeder Lage im Stapel jeweils schräg zur Längsachse und (abgesehen von zwei zentralen Lagen) kreuzend zur benachbarten Lage vorgesehen ist. Beim anschließenden Pressen des Laminats wird dieses unter Druck und Wärme zu einem zickzackförmigen Zahnprofilteil mit verlagertem Faserverlauf geformt. Dieses Zahnprofilteil wird im folgenden im Inneren des im Strangguß-Ziehverfahren oder im Gießverfahren vorgefertigten Tragprofilteils kraftschlüssig durch Kleben, Schweißen oder Einpressen befestigt. Dabei erfolgt die Befestigung am jeweiligen Boden jedes Zahnes des Zahnprofilteils. Es kann zusätzlich auch der Zwischenraum zwischen den Seitenwänden des Tragprofilteils mit einer Klebung o. dgl. ausgefüllt werden, um die Stabilität zu verbessern.

Eine derartig gestaltete und hergestellte Zahnstange ist mit z. T. erheblichen Nach­ teilen verbunden. So besitzt sie immer noch eine zu große Masse bei einer einge­ schränkten Stabilität, insbesondere Verdrehsteife, was die Produktivität der Webma­ schine infolge des notwendigen Einsatzes geringerer Geschwindigkeiten beschränkt. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen Zahnprofilteil und Tragprofilteil ist auf Dau­ er nicht zuverlässig. Spannungszustände in der Klebefuge durch die unterschiedli­ chen Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe von Zahnprofilteil und Tragprofilteil sind nicht zu vermeiden und können negative Folgen, insbesondere das bereichs­ weise Lösen des Verbundes verursachen. Darüber hinaus sind die Verschleißeigen­ schaften verbesserungsbedürftig. Weiterhin ist die bekannte Zahnstange in der Her­ stellung relativ aufwendig und teuer; eine hohe Wiederholgenauigkeit ist nicht ge­ währleistet.

Zwecks Vermeidung eines Teiles vorstehender Nachteile ist es aus DE 196 08 254 A1 bekannt, das Zahnprofilteil und das Tragprofilteil zu einem matrixgleichen Bauteil aus dem gleichen, hoch belastbaren Werkstoff zusammenzufassen, wobei die Zahn­ stange aus einem dünnwandigen Zahnprofil auf zwei gegenüberliegenden längsseitig angeordneten Tragprofilen besteht.

Insbesondere führt eine derart gestaltete Zahnstange zu vergleichsweise hoher Mas­ seeinsparung bei hoher Steife; jedoch treten ggf. bestimmte werkstoffseitige Proble­ me nachteilig in Erscheinung.

In Anbetracht der Nachteile des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstange zur Bewegung des Greifermechanismus an schützenlosen Webmaschinen der eingangs genannten Art, sowie ein Verfahren und ein Preßwerkzeug zur Herstellung einer derartigen Zahnstange anzugeben, wobei eine sichere, der hohen dynamischen Belastung standhaltende Befestigung des Ver­ bundes von Zahnprofilteil und Tragprofilteil bei weiterer Massereduzierung und Ver­ besserung der Steifigkeit des Verbundes gewährleistet ist. Weiterhin sollen die Verschleißeigenschaften verbessert und die Herstellung der Zahnstange vereinfacht und verbilligt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bezüglich der Zahnstange dadurch gelöst, daß der Verbund von Zahnprofilteil und Tragprofilteil überwiegend durch Formschluß er­ folgt, wobei das Tragprofilteil das Zahnprofilteil in unmittelbarem Verbindungseingriff umfaßt durch in Gebieten neben den Kontaktflächen zum Zahnprofilteil hervorste­ hende innere Oberflächenbereiche des Tragprofilteils, die in Lücken, Ausnehmungen u. dgl. des Zahnprofilteils hineinragen, und wobei wahlweise mindestens zwei Kon­ taktflächen des Zahnprofilteils zum Tragprofilteil mit einer eine Vielzahl von Formvor­ sprüngen aufweisenden Profilierung versehen sind, in welche eine entsprechende Gegenprofilierung des Tragprofilteils unmittelbar eingreift.

Weiter erfindungsgemäß wird die Aufgabe bezüglich eines Verfahrens zur Herstel­ lung einer Zahnstange durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst:

• a) Herstellung eines faserverstärkten oder unverstärkten Zahnprofilteils durch Spritzgießen aus einem thermoplastischen Kunststoffwerkstoff,
• b) Einlegen einer vorkonfektionierten Verstärkungsfaserlagenanzahl und des Zahnprofilteils in den Formhohlraum eines Preßwerkzeuges,
• c) Verschließen des Preßwerkzeuges unter Einwirkung von Druck und wahlweise von Wärme zum formschlüssigen Umpressen des Zahnpro­ filteils mit dem aus der vorkonfektionierten Verstärkungsfaserlagenan­ zahl entstehenden Tragprofilteil.

Die Aufgabe wird weiterhin hinsichtlich eines Preßwerkzeuges zur Herstellung einer Zahnstange dadurch gelöst, daß in einer ersten Preßachse ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug angeordnet sind, welche relativ zueinander linear bewegbar sind und zwischen denen das vorgefertigte Zahnprofilteil über einer vorkonfektionierten Verstärkungsfaserlagenanzahl aufnehmbar ist, wobei das Oberwerkzeug eine für den Eingriff in die Verzahnung des Zahnprofilteils geeignete Gegenverzahnung aufweist, die Breite von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug der Breite des Zahnprofilteils ent­ spricht und wobei die Anordnung von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug mit dazwi­ schen befindlichem Zahnprofilteil über der Verstärkungsfaserlagenanzahl um 180° um die Längsachse des Zahnprofilteils verdreh- und feststellbar ist, und daß in einer zweiten Preßachse zwei Seitenwerkzeugteile symmetrisch zur Anord­ nung von Oberwerkzeug und Unterwerkzeug angeordnet sind, welche relativ zuein­ ander linear bewegbar sind und die jeweils einen Formhohlraum zur Bildung der Flankenteile des Tragprofilteils aufweisen, wobei beide Preßachsen einen Winkel von 90° einschließen.

Die erfindungsgemäße Gestaltung der Zahnstange gestattet nun den Ersatz des un­ zuverlässigen adhäsiven Haftanschlusses durch einen Formschlußverbund von Zahnprofilteil und Tragprofilteil, was mit einer Vielzahl von vorteilhaften Effekten ver­ bunden ist. Insbesondere ermöglicht diese Ausführung eine sichere, hohen dynami­ schen Belastungen gewachsene Befestigung auf Dauer. Eine bereichsweise Lösung des Verbundes vor allem unter der Einwirkung von unterschiedlichen Ausdehnungen der beiden Bestandteile des Verbundes in der Trennfuge ist schon deswegen ausge­ schlossen, weil infolge des unmittelbaren Verbindungseingriffs sowie auch der (wahlweise) zusätzlichen Profilierung der Kontaktflächen eine Ausdehnungskompen­ sation ohne Aufsummierung von Zahn zu Zahn erfolgen kann.

Mit dieser Ausführung der Zahnstange in Verbundbauweise ist eine weitere Masse­ reduzierung und eine Verbesserung der Steifigkeit erreichbar, was sich besonders vorteilhaft auf die Produktivität der Webmaschine auswirkt. Das gilt sowohl für die Gestaltungsmöglichkeit des Zahnprofilteils als auch für die des Tragprofilteils. Insbe­ sondere ist nun ein nahezu vollständiges (fast rahmenartiges) Umfassen des Zahn­ profilteils durch das U-förmige Tragprofilteil realisiert, wodurch ein erheblicher Stabi­ litätsgewinn zu erreichen ist. Durch den nun möglichen gezielten Einbau von Verstär­ kungsfasern nach Art und Faserwinkel sind weitere Stabilitätseffekte, insbesondere hinsichtlich der Aufnahme von Torsionsspannungen, sowie eine Verbesserung der Verschleißeigenschaften erzielbar. Vor allem gestattet die erfindungsgemäße Aus­ führung der Zahnstange deren Ausbildung als Träger gleicher Biegefestigkeit, was mit weiteren vorteilhaften Massereduzierungen verbunden ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine einfache und kostengünstige Her­ stellung der Zahnstange mit hoher Wiederholgenauigkeit möglich. Dabei gewährlei­ stet das erfindungsgemäße Preßwerkzeug eine günstige Realisierung des Verfah­ rens.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zahnstange stehen zur Siche­ rung eines ausreichenden Formschlusses die hervorstehenden inneren Oberflä­ chenbereiche des Tragprofilteils relativ zur benachbarten Kontaktfläche des Zahn­ profilteils um ca. 0,5 mm über. Die Formvorsprünge aufweisende Profilierung von Kontaktflächen des Zahnprofilteils besteht in günstiger fertigungstechnischer Ausge­ staltung aus einer Feinverzahnung, deren Richtungsorientierung quer oder schräg zur Längsrichtung des Zahnprofilteils verlaufend vorgesehen ist. Dabei ist das Profil der Feinverzahnung vorzugsweise dreieck-, trapez- oder rechteckförmig. Die Tiefe der Feinverzahnung liegt günstigerweise in der Größenordnung von 0,2-0,5 mm.

Vorteilhafterweise ist das Zahnprofilteil durch Spritzgießen von faserverstärktem oder unverstärktem thermoplastischem Kunststoffwerkstoff hergestellt. Zweckmäßig be­ steht dabei der thermoplastische Kunststoffwerkstoff zum Erreichen eines günstigen Gesamteigenschaftsprofils aus Polyamid.

In weiterer günstiger Ausgestaltung besitzt das Zahnprofilteil eine Verzahnung, bei der die Zahnlückenweite in der Teilungsebene kleiner als die Zahndicke ist. Dadurch können zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften die Zähne des Zahnprofilteils wesentlich dicker ausgeführt werden als die Zähne des metallischen Antriebszahnra­ des. Zur Masseverminderung und Verbesserung der formschlüssigen Befestigung sind die Zähne des Zahnprofilteils an der den Zahnköpfen abgewandten Seite mit Ausnehmungen versehen. Die Zahnflankenflächen des Zahnprofilteils weisen eine Oberflächenprofilierung auf, um den Aufschlagvorgang beim Zahneingriff zu dämpfen und somit eine größere Laufruhe zu erreichen. Dabei beträgt zweckmäßig die Tiefe der Oberflächenprofilierung vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,3 mm. Das mit dem Zahnprofilteil im Verzahnungseingriff befindliche Antriebszahnrad besitzt eine analo­ ge Oberflächenprofilierung der Zahnflankenflächen.

In weiterer zweckmäßiger Ausführung ist das Tragprofilteil aus einem Epoxidharz- Faserverbund durch Pressen hergestellt. Dabei besteht der Faserverbund vorteilhaft aus Carbonfasern. Zur Erzielung optimaler Steifigkeiten bei günstigen Masseverhält­ nissen ist das Tragprofilteil als Träger gleicher Biegesteifigkeit ausgeführt. Eine weit­ gehend gleiche Biegesteifigkeit des Tragprofilteils ist durch Variierung des Profilquerschnitts über der Länge und/oder durch lagenweise Einordnung verschiedener Fa­ serarten und Faserrichtungen realisierbar. Insbesondere auch für die zweckmäßige Aufnahme von Torsionsbelastungen ist eine derartige lagenweise Einordnung von Fasern in die Flankenteile des Tragprofilteils günstig, wobei von außen nach innen eine Lage aus unter jeweils 45° zur Längsachse kreuzweise orientierten Fasern, an­ schließend eine unidirektionale Lage und anschließend wieder eine Lage aus unter 45° kreuzweise orientierten Fasern folgt. Dabei können zur Reduzierung der Durch­ biegung der Fasern wahlweise Hochmodulfasern eingesetzt werden.

Zweckmäßig ist weiterhin das Tragprofilteil mit in den Faserverlauf einbezogenen Krafteinleitungselementen versehen, für die Befestigung von Funktionsteilen, wie dem Greifermechanismus. Als besonders günstig hat sich des weiteren erwiesen, daß das Tragprofilteil durch Pressen bei eingelegtem vorgefertigtem Zahnprofilteil hergestellt ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Um­ pressen des Zahnprofilteils durch Mehrachspressen. Eine besonders günstige Aus­ führung des Verfahrens besteht darin, daß die vorkonfektionierte Verstärkungsfaser­ lagenanzahl und das oberhalb dieser angeordnete Zahnprofilteil zunächst zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug in einer ersten Preßachse gepreßt, anschließend um 180° um die Längsachse des Zahnprofilteils gedreht wird, so daß sich die Verstärkungsfaserlagenanzahl nun über dem Zahnprofilteil befindet, wobei die biegeschlaffe Verstärkungsfaserlagenanzahl beidseitig um das Zahnprofilteil (Flankenteile bildend) herunterfällt, und anschließendem Pressen in einer zweiten Preßachse zwischen zwei Seitenwerkzeugteilen, wobei beide Preßachsen um einen Winkel von 90° versetzt sind.

Dabei besteht die vorkonfektionierte Verstärkungsfaserlagenanzahl aus mit ther­ moplastischem Kunststoff vorimprägnierten Lagen gleich und/oder unterschiedlich orientierter Verstärkungsfasern, woraus das Tragprofilteil durch Pressen hergestellt wird. Zur Erzielung eines günstigen Formschlusses des Verbundes wird zweckmäßig die vorkonfektionierte Verstärkungsfaserlagenanzahl so um das Zahnprofilteil ver­ preßt, daß in Gebieten neben den Kontaktflächen zum Zahnprofilteil innere Oberflä­ chenbereiche des entstehenden Tragprofilteils hervorstehen und in Lücken, Aus­ nehmungen u. dgl. des Zahnprofilteils hineinragen. Dadurch ist ein nahezu vollständiges (fast rahmenartiges) Umfassen des Zahnprofilteils durch das U-förmige Trag­ profilteil gewährleistet. Wahlweise wird des weiteren die vorkonfektionierte Verstär­ kungsfaserlagenanzahl so um das Zahnprofilteil verpreßt, daß die eine Vielzahl von Formvorsprüngen aufweisende Profilierung der Kontaktflächen des Zahnprofilteils die entsprechende Gegenprofilierung des Tragprofilteils erzeugt und in diese unmittelbar eingreift, so daß eine zusätzliche formschlüssige Verbindung gegeben ist.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die perspektivische Ansicht eines Verbundes von Zahnprofilteil und Tragpro­ filteil bei teilweise abgeschnittenem Tragprofilteil,

Fig. 2 die Schnittdarstellung gemäß einer Vertikalebene durch die Linie II-II in Fig. 1 bzw. nach der Linie II-II in Fig. 4 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 die Schnittdarstellung gemäß einer Vertikalebene durch die Linie III-III in Fig. 1 bzw. nach der Linie III-III in Fig. 4 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 die Seitenansicht auf einige Zähne des Zahnprofilteils bei abgeschnittenem vorderen Flankenteil des Tragprofilteils,

Fig. 5 den Schnitt gemäß Linie V-V in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 6 den Schnitt gemäß Linie VI-VI in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 7 die perspektivische Ansicht eines Tragprofilteils, welches aus mehreren Fa­ serlagen mit unterschiedlichen Faserrichtungen aufgebaut ist,

Fig. 8 die schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Preßwerkzeuges mit ein­ gelegtem Zahnprofilteil und vorkonfektionierter Verstärkungsfaserlagenanzahl.

Die Zahnstange 1 zur Bewegung des Greifermechanismus besteht aus dem Verbund des Zahnprofilteils 2 mit dem U-förmigen Tragprofilteil 3 (vergl. Fig. 1-4), wobei der Verbund überwiegend durch einen direkten Formschluß beider Teile 2, 3 gewährlei­ stet ist. Der Formschluß ist in einer ersten Ausführungsart durch unmittelbaren Ver­ bindungseingriff des Tragprofilteils 3 um das Zahnprofilteil 2, wie im folgenden näher beschrieben, gegeben:
Sowohl Zahnprofilteil 2 als auch Tragprofilteil 3 besitzen Kontaktflächen 4, d. h. Flä­ chenbereiche, mit denen sie die entsprechenden Flächenbereiche des jeweils ver­ bundenen Teils unmittelbar berühren. Beispielsweise bezüglich des Zahnprofilteils 2 bestehen diese Kontaktfläche 4 insbesondere aus den Seitenflächen 4.1 des Zahn­ profilteils 2 sowie u. a. aus seitlichen Teilen der Zahnkopf- und Zahnfuß- sowie der Zahnflankenflächen, welche unmittelbar mit entsprechenden Flächen des Tragprofil­ teils 3 in Berührungsverbindung stehen. Der Formschluß ist nun dadurch gewährlei­ stet, daß in Gebieten neben den Kontaktflächen 4 innere Oberflächenbereiche 5 des Tragprofilteils 3 relativ zum Begrenzungsflächenniveau des Zahnprofilteils 2 um ei­ nen Betrag A von ca. 0,5 mm hervorstehen (s. Fig. 2-4) und in Lücken (z. B. in die Zahnlücken 6) oder in Ausnehmungen (z. B. in die auf der rückwärtigen Seite der Zahnköpfe 7 vorgesehenen Ausnehmungen 8) hineinragen. Durch diese Ausführung des Verbundes ist eine fast vollständige und formschlüssige Umhüllung des Zahn­ profilteils 2 mit dem Tragprofilteil 3 gegeben, wodurch eine hohe Stabilität des Ver­ bundes gewährleistet ist. Lediglich im oberen Bereich des Tragprofilteils 3 ist ein frei­ er Eingriff des Antriebszahnrades (nicht gezeichnet) in die Verzahnung des Zahnpro­ filteils 2 mit um den doppelten Betrag A eingeschränkter Zahnbreite gesichert.

In einer zweiten Ausführungsart des Formschlusses des Verbundes besitzen minde­ stens zwei Kontaktflächen 4 des Zahnprofilteils 2 (im Beispiel die gegenüberliegen­ den Seitenflächen 4.1 des Zahnprofilteils 2) eine Profilierung 9, welche eine Vielzahl von Formvorsprüngen aufweist. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um eine Feinverzahnung 9 der Seitenflächen 4.1. Diese Feinverzahnung 9 besteht vor­ zugsweise aus einem rechteckförmigen Profil (s. Fig. 5); jedoch sind auch dreieck- oder trapezförmige Profile realisierbar. Dabei sind vor allem Profile mit geradlinigen Profilbestandteilen geeignet, die einen sicheren Formschluß gewährleisten können. Diese Feinverzahnung 9 ist im Hinblick auf die Hauptbelastungsrichtung der Zahn­ stange 1 mit einer Richtungsorientierung auf den Seitenflächen 4.1 angeordnet, wel­ che rechtwinklig zur Längsachse des Zahnprofilteils 2 verläuft. Die Tiefe B der Fein­ verzahnung 9 liegt in der Größenordnung von 0,2-0,5 mm.

In die wie vorstehend beschriebene Feinverzahnung 9 der/einiger Kontaktflächen 4 (Seitenflächen 4.1) des Zahnprofilteils 2 greift eine entsprechende Gegenprofilierung der zugeordneten Kontaktflächen 4 des Tragprofilteils 3 unmittelbar ein, so daß be­ züglich der genannten Kontaktflächen 4 eine zusätzliche und unmittelbare form­ schlüssige Verbindung der entsprechenden Flächen von Zahnprofilteil 2 und Trag­ profilteil 3 gewährleistet ist.

Das Zahnprofilteil 2 des vorstehend beschriebenen Verbundes ist durch Spritzgießen aus kurzfaserverstärktem Polyamid hergestellt. Dieses erlaubt eine kostengünstige und effektive Herstellung und zweckmäßige Gestaltung des Zahnprofilteils 2. In der Teilungsebene 10 der Verzahnung des Zahnprofilteils 2 ist die Weite C der Zahnlüc ke 6 kleiner als die Zahndicke D ausgeführt, so daß in Abhängigkeit von den E- Moduli und den Festigkeitseigenschaften des Zahnprofilteils 2 aus Kunststoff einer­ seits und dem metallischen Antriebszahnrad andererseits die Verzahnung des Zahn­ profilteils 2 günstigerweise wesentlich breitere Zahnköpfe 7 aufweist als die Verzah­ nung des Antriebszahnrades. Die Zahnflankenflächen von Zahnprofilteil 2 und der Verzahnung des Antriebszahnrades sind mit einer Oberflächenprofilierung 11 verse­ hen, deren Tiefe E zwischen 0,2 und 0,3 mm beträgt (Fig. 6). Dadurch wird der Auf­ schlagvorgang beim Zahneingriff gedämpft, was zu einer größeren Laufruhe führt.

Aus Gründen der Reduzierung der Masse des Zahnprofilteils 2 sind dessen Zähne an der den Zahnköpfen 7 abgewandten Seite mit Ausnehmungen 8 versehen, in die - wie oben erläutert - innere Oberflächenbereiche 5 des Tragprofilteils 3 formschlüs­ sig eingreifen.

Das Tragprofilteil 3 ist aus einem Epoxidharz-Carbonfaserverbund durch Pressen hergestellt, wie im folgenden näher erklärt. Dieses Herstellverfahren erlaubt vorteil­ haft den Einbau von Verstärkungsfasern nach Art und Faserwinkel auf eine Weise, daß ein Träger gleicher Biegefestigkeit realisierbar ist. Im Beispiel erfolgt dies durch lagenweisen Aufbau verschiedener Faserarten und Faserrichtungen (Fig. 7). Einer äußeren Lage 12 von jeweils unter 45° zur Längsachse des Tragprofilteils 3 kreuz­ weise orientierten Verstärkungsfasern folgen mehrere mittige Lagen 13 mit unidirek­ tionaler Faserorientierung, denen sich wieder eine innere Lage 14 mit kreuzweise unter 45° orientierten Verstärkungsfasern anschließt. Zur Reduzierung der Durchbie­ gung der Verstärkungsfasern sind diese teilweise als Hochmodulfasern ausgeführt. In einer Variante ist das Tragprofilteil 3 zur Erzielung optimaler Steifigkeit über seiner Länge hinsichtlich seines Profilquerschnitts variiert, wobei im Bereich der Arbeits­ stelle (Anordnung des Greifermechanismus) ein kleinerer Querschnitt als im Bereich der Führungsstelle ausgeführt ist. Dabei sind zweckmäßigerweise an geeigneter Stelle Krafteinleitungselemente (nicht gezeichnet) integriert und in den Faserverlauf einbezogen, welche der Befestigung von Funktionsteilen, wie dem Greifermechanis­ mus, dienen.

Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange 1 aus dem Ver­ bund von Zahnprofilteil 2 und Tragprofilteil 3 näher erläutert.

Dabei wird zunächst das Zahnprofilteil 2 separat durch Spritzgießen aus kurzfaser­ verstärktem Polyamid hergestellt. Insbesondere enthält dieses Zahnprofilteil 2 - wie weiter vorn erläutert - Zahnköpfe 7, Zahnlücken 6, Ausnehmungen 8 sowie eine Feinverzahnung 9 an den als Kontaktflächen 4 fungierenden Seitenflächen 4.1. An­ schließend wird dieses Zahnprofilteil 2 mit einer vorkonfektionierten Verstärkungsfa­ serlagenanzahl 18 in den Formhohlraum eines Preßwerkzeuges eingelegt. Die vor­ konfektionierte Verstärkungsfaserlagenanzahl 18 dient der Herstellung des Tragpro­ filteils 3. Sie besteht aus mit duroplastischem Kunststoff (Epoxidharz) vorimprä­ gnierten Lagen verschieden orientierter Carbonfasern, wie zu Fig. 7 erläutert. Nach Verschließen des Preßwerkzeugs wird nun unter Einwirkung von Druck und Wärme das Zahnprofilteil 2 mit dem aus der vorkonfektionierten Verstärkungsfaserlagenan­ zahl 18 entstehenden Tragprofilteil 3 derart umpreßt, daß ein enger Formschluß zwi­ schen Zahnprofilteil 2 und Tragprofilteil 3 entsteht. Dabei werden einerseits innere Oberflächenbereiche 5 des entstehenden Tragprofilteils 3 neben Kontaktflächen 4 um den Betrag A relativ zum Begrenzungsflächenniveau des Zahnprofilteils 2 her­ vorgehoben, so daß sie in Zahnlücken 6, Ausnehmungen 8 und weitere Bereiche hineinragen (vergl. Fig. 1-4). Andererseits wird durch die Profilierung/ Feinverzah­ nung 9 der Kontaktflächen 4/Seitenflächen 4.1 des Zahnprofilteils 2 und deren relati­ ves Eindringen in den Werkstoff des Tragprofilteils 3 in diesem eine Gegenprofilie­ rung erzeugt, welche unmittelbar formschlüssig in die Profilierung/Feinverzahnung 9 eingreift.

Der entsprechend hergestellte formschlüssige Verbund kann nun dem Preßwerkzeug entnommen werden.

In günstiger Ausgestaltung dieses Verfahrens erfolgt das Umpressen des Zahnpro­ filteils 2 durch Mehrachspressen. Dabei wird die vorkonfektionierte Verstärkungsfa­ serlagenanzahl 18 unterhalb des Zahnprofilteils 2 zwischen einem Oberwerkzeug 16 und einem Unterwerkzeug 17 eingebracht und in einer ersten Preßachse gepreßt.

Anschließend erfolgt eine Verdrehung um 180° um die Längsachse des Zahnprofil­ teils 2 derart, daß sich die vorkonfektionierte Verstärkungsfaserlagenanzahl 18 nun über dem Zahnprofilteil 2 befindet. Dabei fällt die biegeschlaffe vorkonfektionierte Verstärkungsfaserlagenanzahl 18 beidseitig (wie die Schenkel eines auf dem Kopf stehenden U) um das Zahnprofilteil 2, so daß sich Flankenteile des Tragprofilteils 3 bilden. Nun erfolgt das Pressen in einer zweiten Preßachse, welche einen Winkel von 90° zur ersten Preßachse einschließt, unter der Wirkung von zwei Seitenwerk­ zeugteilen 22, welche je einen Formhohlraum zur Bildung der Flankenteile des Trag­ profilteils 3 besitzen.

Das Formwerkzeug zur Ausführung dieses Verfahrens ist schematisch in Fig. 8 dar­ gestellt. In der ersten Preßachse 15 sind ein Oberwerkzeug 16 und ein Unterwerk­ zeug 17 angeordnet, welche linear aufeinander zu bewegbar sind. Im geöffneten Zu­ stand von Oberwerkzeug 16 und Unterwerkzeug 17 ist das separat hergestellte Zahnprofilteil 2 über der vorkonfektionierten Verstärkungsfaserlagenanzahl 18 mittig aufnehmbar. Dabei besitzt das Oberwerkzeug 16 eine Gegenverzahnung 19, welche in die Verzahnung des Zahnprofilteils 2 zwecks dessen sicherer Fixierung eingreifen kann. Zweckmäßig ist die Breite von Oberwerkzeug 16 und Unterwerkzeug 17 ana­ log der Breite des eingelegten Zahnprofilteils 2.

Die Anordnung von Oberwerkzeug 16 und Unterwerkzeug 17 mit dazwischen befind­ lichem Zahnprofilteil 2 über der vorkonfektionierten Verstärkungsfaserlagenanzahl 18 ist um eine schematisch angedeutete Achse 20 um 180° verdreh- und feststellbar angeordnet, welche parallel zur Längsachse des Zahnprofilteils 2 verläuft.

In der zweiten Preßachse 21 sind zwei Seitenwerkzeugteile 22 symmetrisch zur An­ ordnung von Oberwerkzeug 16 und Unterwerkzeug 17 vorgesehen. Diese sind im Sinne einer Preßbewegung relativ zueinander linear bewegbar und besitzen jeweils einen einander zugewandten Formhohlraum zur Bildung der Flankenteile des U- förmigen Tragprofilteils 3.

Die Funktion des Preßwerkzeuges entspricht der vorbeschriebenen Verfahrensweise zum Umpressen des Zahnprofilteils 2.

Die Erfindung ist nicht durch Einzelheiten des vorstehenden Ausführungsbeispiels beschränkt.

Bezugszeichenliste

1

Zahnstange

2

Zahnprofilteil

3

Tragprofilteil

4

Kontaktfläche

4.1

Seitenfläche

5

Oberflächenbereich

6

Zahnlücke

7

Zahnkopf

8

Ausnehmung

9

Profilierung, Feinverzahnung

10

Teilungsebene

11

Oberflächenprofilierung

12

äußere Lage

13

mittige Lage

14

innere Lage

15

erste Preßachse

16

Oberwerkzeug

17

Unterwerkzeug

18

Verstärkungsfaserlagenanzahl

19

Gegenverzahnung

20

Achse

21

zweite Preßachse

22

Seitenwerkzeugteil
A Betrag
B Tiefe
C Weite (der Zahnlücke

6

)
D Zahndicke
E Tiefe

Claims (27)

1. Zahnstange zur Bewegung des Greifermechanismus an schützenlosen Web­ maschinen, bestehend aus dem Verbund eines Zahnprofilteils aus einem Kunststoffwerkstoff mit einem das Zahnprofilteil teilweise umfassenden faser­ verstärkten, einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden Tragprofilteil aus ei­ nem Kunststoffwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund von Zahnprofilteil (2) und Tragpro­ filteil (3) überwiegend durch Formschluß erfolgt, wobei das Tragprofilteil (3) das Zahnprofilteil (2) in unmittelbarem Verbindungseingriff umfaßt durch in Gebieten neben den Kontaktflächen (4) zum Zahnprofilteil (2) hervorstehende innere Oberflächenbereiche (5) des Tragprofilteils (3), die in Lücken (6), Aus­ nehmungen (8) u. dgl. des Zahnprofilteils (2) hineinragen, und wobei wahlwei­ se mindestens zwei Kontaktflächen (4) des Zahnprofilteils (2) zum Tragprofil­ teil (3) mit einer eine Vielzahl von Formvorsprüngen aufweisenden Profilierung (9) versehen sind, in welche eine entsprechende Gegenprofilierung des Trag­ profilteils (3) unmittelbar eingreift.

2. Zahnstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hervorste­ henden inneren Oberflächenbereiche (5) des Tragprofilteils (3) relativ zur be­ nachbarten Kontaktfläche (4; 4.1) des Zahnprofilteils (2) um einen Betrag (A) von ca. 0,5 mm überstehen.

3. Zahnstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formvor­ sprünge aufweisende Profilierung (9) von Kontaktflächen (4) des Zahnprofil­ teils (2) aus einer Feinverzahnung (9) besteht, deren Richtungsorientierung quer oder schräg zur Längsrichtung des Zahnprofilteils (2) verlaufend vorge­ sehen ist.

4. Zahnstange nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Feinverzahnung (9) dreieck-, trapez- oder rechteckförmig ist.

5. Zahnstange nach den Ansprüchen 1, 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (B) der Feinverzahnung (9) in der Größenordnung von 0,2-0,5 mm liegt.

6. Zahnstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnprofilteil (2) durch Spritzgießen von faserverstärktem oder unverstärktem thermoplasti­ schem Kunststoffwerkstoff hergestellt ist.

7. Zahnstange nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Polyamid als thermopla­ stischen Kunststoffwerkstoff.

8. Zahnstange nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verzahnung des Zahnprofilteils (2), bei der die Zahnlückenweite (C) in der Teilungsebene (10) kleiner als die Zahndicke (D) ist.

9. Zahnstange nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des Zahnprofilteils (2) an der den Zahnköpfen (7) abgewandten Seite mit Ausneh­ mungen (8) versehen sind.

10. Zahnstange nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zahnflankenflächen des Zahnprofilteils (2) eine Ober­ flächenprofilierung (11) aufweisen.

11. Zahnstange nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (E) der Oberflächenprofilierung (11) vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,3 mm beträgt.

12. Zahnstange nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Zahnprofilteil (2) im Verzahnungseingriff befindliche Antriebszahnrad eine analoge Oberflächenprofilierung der Zahnflankenflächen besitzt.

13. Zahnstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragprofilteil (3) aus einem Epoxidharz-Faserverbund durch Pressen hergestellt ist.

14. Zahnstange nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserver­ bund unter Verwendung von Carbonfasern besteht.

15. Zahnstange nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragprofilteil (3) als Träger gleicher Biegesteifigkeit ausgeführt ist.

16. Zahnstange nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitge­ hend gleiche Biegesteifigkeit des Tragprofilteils (3) durch Variierung des Pro­ filquerschnitts über der Länge und/oder durch lagenweise Einordnung ver­ schiedener Faserarten und Faserrichtungen realisiert ist.

17. Zahnstange nach Anspruch 15 und 16, gekennzeichnet durch derartige la­ genweise Einordnung von Fasern in die Flankenteile des Tragprofilteils (3), daß von außen nach innen eine Lage (12) aus unter jeweils 45° zur Längs­ achse kreuzweise orientierten Fasern, anschließend eine unidirektionale Lage (13) und anschließend wieder eine Lage (14) aus unter 45° kreuzweise orien­ tierten Fasern folgt.

18. Zahnstange nach Anspruch 15 bis 17, gekennzeichnet durch den wahlweise Einsatz von Hochmodulfasern.

19. Zahnstange nach Anspruch 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragprofilteil (3) mit in den Faserverlauf einbezogenen Krafteinleitungsele­ menten versehen ist insbesondere für die Befestigung von Funktionsteilen.

20. Zahnstange nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Tragprofilteil (3) durch Pressen bei eingelegtem vor­ gefertigtem Zahnprofilteil (2) hergestellt ist.

21. Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• a) Herstellung eines faserverstärkten oder unverstärkten Zahnprofilteils (2) durch Spritzgießen aus einem thermoplastischen Kunststoffwerkstoff,
• b) Einlegen einer vorkonfektionierten Verstärkungsfaserlagenanzahl (18) und des Zahnprofilteils (2) in den Formhohlraum eines Preßwerkzeu­ ges,
• c) Verschließen des Preßwerkzeuges unter Einwirkung von Druck und wahlweise von Wärme zum formschlüssigen Umpressen des Zahnpro­ filteils (2) mit dem aus der vorkonfektionierten Verstärkungsfaserla­ genanzahl (18) entstehenden Tragprofilteil (3).

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Umpressen des Zahnprofilteils (2) durch Mehrachspressen erfolgt.

23. Verfahren nach Anspruch 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß die vor­ konfektionierte Verstärkungsfaserlagenanzahl (18) und das oberhalb dieser angeordnete Zahnprofilteil (2) zunächst zwischen einem Oberwerkzeug (16) und einem Unterwerkzeug (17) in einer ersten Preßachse (15) gepreßt, an­ schließend um 180° um die Längsachse des Zahnprofilteils (2) gedreht wird, so daß sich die Verstärkungsfaserlagenanzahl (18) nun über dem Zahnprofil­ teil (2) befindet, wobei die biegeschlaffe Verstärkungsfaserlagenanzahl (18) beidseitig um das Zahnprofilteil (2) (Flankenteile bildend) herunterfällt, und an­ schließendem Pressen in einer zweiten Preßachse (21) zwischen zwei Sei­ tenwerkzeugteilen (22), wobei beide Preßachsen (15; 21) um einen Winkel von 90° versetzt sind.

24. Verfahren nach Anspruch 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die vor­ konfektionierte Verstärkungsfaserlagenanzahl (18) aus mit duroplastischem Kunststoff vorimprägnierten Lagen (12; 13; 14) gleich und/oder unterschiedlich orientierter Verstärkungsfasern besteht, woraus das Tragprofilteil (3) durch Pressen hergestellt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die vor­ konfektionierte Verstärkungsfaserlagenanzahl (18) so um das Zahnprofilteil (2) verpreßt wird, daß in Gebieten neben den Kontaktflächen (4) zum Zahnprofil­ teil (2) innere Oberflächenbereiche (5) des entstehenden Tragprofilteils (3) hervorstehen und in Lücken (6), Ausnehmungen (8) u. dgl. des Zahnprofilteils (2) hineinragen.

26. Verfahren nach Anspruch 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die vor­ konfektionierte Verstärkungsfaserlagenanzahl (18) so um das Zahnprofilteil (2) verpreßt wird, daß die eine Vielzahl von Formvorsprüngen aufweisende Profi­ lierung (9) der Kontaktflächen (4; 4.1) des Zahnprofilteils (2) die entsprechen­ de Gegenprofilierung des Tragprofilteils (3) erzeugt und in diese unmittelbar eingreift.

27. Preßwerkzeug zur Herstellung einer Zahnstange nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 20 gemäß dem Verfahren nach Anspruch 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet,
daß in einer ersten Preßachse (15) ein Obenwerkzeug (16) und ein Unterwerk­ zeug (17) angeordnet sind, welche relativ zueinander linear bewegbar sind und zwischen denen das vorgefertigte Zahnprofilteil (2) über einer vorkonfek­ tionierten Verstärkungsfaserlagenanzahl (18) aufnehmbar ist, wobei das Oberwerkzeug (16) eine für den Eingriff in die Verzahnung des Zahnprofilteils (2) geeignete Gegenverzahnung (19) aufweist, die Breite von Oberwerkzeug (16) und Unterwerkzeug (17) der Breite des Zahnprofilteils (2) entspricht und wobei die Anordnung von Oberwerkzeug (16) und Unterwerkzeug (17) mit da­ zwischen befindlichem Zahnprofilteil (2) über der Verstärkungsfaserlagenan­ zahl (18) um 180° um die Längsachse des Zahnprofilteils (2) verdreh- und feststellbar ist, und
daß in einer zweiten Preßachse (21) zwei Seitenwerkzeugteile (22) symme­ trisch zur Anordnung von Oberwerkzeug (16) und Unterwerkzeug (17) ange­ ordnet sind, welche relativ zueinander linear bewegbar sind und die jeweils ei­ nen Formhohlraum zur Bildung der Flankenteile des Tragprofilteils (3) aufwei­ sen, wobei beide Preßachsen (15; 21) einen Winkel von 90° einschließen.