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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Wirkwerkzeugbarre, bei dem man in einem Werkzeug einen Korpus aus einem ersten Material, das Kunststoff und Verstärkungsfasern aufweist, bildet und den Korpus mit einem Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt aus einem zweiten Material versieht.
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Wirkmaschinen haben in der Regel mehrere Barren, die Wirkwerkzeuge tragen und deswegen auch als Wirkwerkzeugbarren bezeichnet werden. Im Folgenden wird der Begriff ”Barre” auch als Kurzform für ”Wirkwerkzeugbarre” verwendet. Unter ”Wirkwerkzeugen” werden der Einfachheit halber alle Elemente zusammengefasst, die am Wirkvorgang beteiligt sind, beispielsweise Wirknadeln, Lochnadeln, Fräsbleche, Polplatinen, Abschlagplatinen, etc.
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Zur Maschenbildung müssen Wirkwerkzeuge unterschiedlicher Art relativ zueinander bewegt werden. Wirkwerkzeuge der gleichen Art müssen gleichartig bewegt werden. Sie sind deswegen an den Barren befestigt. Die Bewegung der Wirkwerkzeuge wird dann dadurch bewirkt, dass die jeweilige Barre bewegt wird.
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Die Bewegungen der Barren sind zwar unterschiedlich. So können Barren beispielsweise in Richtung Ihrer Längserstreckung bewegt werden. Andere Barren werden quer zu ihrer Längserstreckung bewegt. In allen Fällen ist es aber notwendig, die jeweilige Barre in einem Maschenbildungszyklus aus dem Stillstand heraus zu beschleunigen und zum Erreichen der Endposition der Barre in einem Zyklus wieder abzubremsen. Je größer die Masse der Barre ist, desto größer sind die zum Beschleunigen und Abbremsen der Barre erforderlichen Kräfte.
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Wirkmaschinen können teilweise erhebliche Breiten aufweisen, die sich über mehrere Meter erstrecken, beispielsweise über 6 m oder mehr. Um zufrieden stellend arbeiten zu können, benötigt die Barre eine gewisse mechanische Stabilität. Dies gilt im Übrigen auch bei kürzeren Längen. Insbesondere sollte die Barre eine gewisse Steifigkeit aufweisen und nicht schwingen. Andererseits möchte man die Masse der Barre möglichst gering halten, um die Wirkmaschine mit hohen Arbeitsgeschwindigkeiten betreiben zu können.
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Man verwendet daher seit einiger Zeit Barren, die hauptsächlich aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet sind. Die Herstellung einer derartigen Wirkwerkzeugbarre ist beispielsweise in
DE 10 2006 005 703 A1 beschrieben.
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Um die Wirkwerkzeuge mit der gewünschten Genauigkeit an der Wirkwerkzeugbarre befestigen zu können, werden in einem Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt am Korpus Nuten eingefräst, in die die Wirkwerkzeuge eingelegt werden können. Für eine endgültige Befestigung ist dann lediglich ein Befestigungsdeckel erforderlich.
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Die in
DE 10 2006 005 703 A1 dargestellte Vorgehensweise zum Herstellen einer Wirkwerkzeugbarre hat sich bewährt. Allerdings verschleißen die Bearbeitungswerkzeuge, die man zum Herstellen der Nuten im Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt benötigt, relativ schnell. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Verstärkungsfasern als Kohlefasern ausgebildet sind. Kohlefasern sind aber aufgrund ihres günstigen Verhältnisses von Masse und Belastbarkeit vorteilhaft zur Herstellung einer Wirkwerkzeugbarre.
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Man hat daher in
DE 10 2007 038 589 A1 vorgeschlagen, die Herstellung des Korpus und des Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitts zu entkoppeln. Nach dem Herstellen des Korpus trägt man auf einen Teil der Wirkwerkzeugbarre einen Kunststoffauftrag auf, der den Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt bildet. In diesem Kunststoffauftrag können dann die zur Aufnahme der Wirkwerkzeuge notwendigen Nuten eingefräst werden.
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Die Bearbeitungswerkzeuge, die man zum Herstellen der Nuten benötigt, beispielsweise Scheibenfräser, haben hier eine erheblich höhere Standzeit. Allerdings ist der Aufwand, den man vor und beim Aufbringen des Kunststoffauftrags treiben muss, relativ groß. Man muss den Teil der Oberfläche des Korpus, auf den der Kunststoffauftrag aufgebracht werden soll, vorbereiten, um sicherzustellen, dass der Kunststoffauftrag später mit der notwendigen Zuverlässigkeit festklebt. Man muss die Wirkwerkzeugbarre mehrfach handhaben und Wartezeiten einhalten, bevor man von einem Herstellungsschritt zum nächsten übergehen kann. Dies ist aufwändig und dadurch kostenintensiv.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung einer Wirkwerkzeugbarre kostengünstig zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass man das erste Material und das zweite Material zusammen in das Werkzeug einbringt und dort zusammen aushärtet.
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Man benötigt also nur noch einen Arbeitsgang, um den Korpus mit dem Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt zu fertigen. Sobald die beiden Materialien zusammen im Werkzeug ausgehärtet sind, ist der ”Rohling” fertig. Man muss dann nur noch die Nuten (oder andere Ausformungen) in den Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt einbringen, um die Wirkwerkzeuge befestigen zu können. Da man das Werkzeug ohnehin mit dem ersten Material beschicken muss, ist die zusätzliche Zugabe des zweiten Materials mit einem geringen Aufwand möglich. Das Werkzeug muss ebenfalls nur geringfügig modifiziert werden. Es muss dort Platz lassen, wo das zweite Material hinkommt, um den Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt zu bilden. Da der Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt aus dem zweiten Material in dem Werkzeug gebildet wird, kann man den Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt beim Aushärten mit einem relativ hohen Druck beaufschlagen. In gewissen Grenzen kann man davon ausgehen, dass bei einem höheren Druck auch eine höhere Festigkeit dieses Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitts erzielt werden kann. Der Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt wird dadurch stabiler, so dass die Wirkwerkzeuge mit einer höheren Zuverlässigkeit an der Wirkwerkzeugbarre befestigt werden können. Der Korpus kann nach wie vor mit einem Innendruckverfahren hergestellt werden, wie dies beispielsweise in
DE 10 2006 005 703 A1 beschrieben ist. Man kann alternativ auch ein RTM-Verfahren oder ein Harz-Injektions-Verfahren verwenden.
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Für das Einbringen der einzelnen Materialien in das Werkzeug gibt es verschiedene Möglichkeiten. So ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass man das erste Material und das zweite Material vor dem Einbringen in das Werkzeug mit ihren Kunststoffen versieht und anschließend aushärtet.
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In einer alternativ bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass man das erste Material und das zweite Material ohne ihren jeweiligen Kunststoff in das Werkzeug einlegt, danach im RTM- oder Infusionsverfahren tränkt und anschließend aushärtet. Die Wahl des jeweiligen Verfahrens richtet sich nach den Gegebenheiten und nach den gewünschten Ergebnissen.
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Vorzugsweise hält man das zweite Material frei von den Verstärkungsfasern des ersten Materials. Dies bewirkt, dass die Standzeit des Bearbeitungswerkzeugs, das man zum Herstellen der Nuten für die Wirkwerkzeuge benötigt, erheblich vergrößert wird. Es muss sich dabei nicht um eine völlige Freiheit von Verstärkungsfasern handeln. In den meisten Fällen wird es ausreichen, wenn die Dichte der Verstärkungsfasern im zweiten Material erheblich kleiner ist als die Dichte der Verstärkungsfasern im ersten Material. Insbesondere in Berührungszonen zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material ist nicht auszuschließen, dass hier einige wenige Verstärkungsfasern auch in das zweite Material vordringen. Solange diese Verstärkungsfasern das Bearbeitungswerkzeug zum Herstellen der Nuten für die Wirkwerkzeuge nicht beeinträchtigt, ist dies aber unkritisch.
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Bevorzugterweise bringt man das zweite Material mithilfe eines Kunststoffträgers in das Werkzeug ein. Das zweite Material besteht zumindest überwiegend aus einem Kunststoff. Wenn dieser Kunststoff flüssig oder zähflüssig ist, ist es schwierig, ihn solange in der gewünschten Position zu halten, bis er unter Druck in dem Werkzeug ausgehärtet ist. Der Kunststoffträger sorgt nun dafür, dass das zweite Material in dem Werkzeug in der gewünschten Position verbleibt, so dass eine relativ genaue Herstellung der Wirkwerkzeugbarre ermöglicht wird.
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Vorzugsweise tränkt man den Kunststoffträger mit dem zweiten Material. Man bildet also ein Element aus dem Kunststoffträger und dem zweiten Material. Dieses Element kann in das Werkzeug eingelegt werden. Der Kunststoff befindet sich dann innerhalb und an der Oberfläche des Kunststoffträgers. Wenn das Werkzeug geschlossen und Druck aufgebracht wird, dann ist auch bei einem noch flüssigen Kunststoff immer noch genügend Kunststoff an der gewünschten Position vorhanden, um den Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt zu bilden.
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Vorzugsweise verwendet man als Kunststoffträger ein Vlies, ein Filz, einen Schwamm, ein Gelege oder einen Schaum. Bei all diesen Materialien kann man dafür sorgen, dass der Kunststoffträger in ausreichendem Maße mit Kunststoff getränkt wird, d. h. genügend Kunststoff aufnimmt, um später den Wirkwerkzeugaufnahmebereich zu bilden. Der Kunststoffträger verbleibt in allen Fällen im Wirkwerkzeugaufnahmebereich. Dort stört er aber nicht weiter. Im Gegenteil, man kann ihn gegebenenfalls sogar zur Erhöhung der Festigkeit des Wirkwerkzeugaufnahmebereichs verwenden.
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In einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass man in den Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt Nuten einbringt und als Kunststoffträger ein Fasermaterial verwendet, bei dem Fasern parallel zu Seitenflanken der Nuten und parallel zu einer Richtung vom Grund einer Nut zur Öffnung der Nut gerichtet sind. In diesem Fall bewirken die Fasern eine Verfestigung der Stege, die zwischen den Nuten verbleiben. Je stabiler diese Stege sind, desto geringer ist die Gefahr, dass diese Stege abbrechen oder auf andere Weise beschädigt werden. Sie gewährleisten damit, dass die Wirkwerkzeuge mit hoher Zuverlässigkeit in der gewünschten Position gehalten werden können. Dabei werden solche Fasern verwendet, die die Standzeit eines zum Herstellen der Nuten verwendeten Bearbeitungswerkzeugs nicht wesentlich vermindern. Infrage kommen beispielsweise Naturfasern oder Kunststofffasern. Kohlefasern oder Glasfasern wird man nur in Einzelfällen verwenden.
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Hierbei ist bevorzugt, dass man als Fasermaterial einen Stapel aus Flächenmaterialabschnitten verwendet. Wenn man Fasern in einem Flächenmaterial anordnet, beispielsweise einen Vlies, dann liegen diese Fasern alle im Wesentlichen in einer Ebene. Wenn man einen Stapel aus mehreren derartigen Flächenmaterialien verwendet, dann sind die Fasern der unterschiedlichen Flächenmaterialien parallel zueinander ausgerichtet. Man kann bei diesen Fasern, auch wenn sie im Prinzip wirr angeordnet sind, davon ausgehen, dass auf jeden Fall eine ausreichende Menge an Fasern vorhanden ist, die die oben genannte Ausrichtung parallel zu den Flanken der Nuten und parallel zu einer Richtung vom Grund einer Nut zur Öffnung der Nut haben.
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Vorzugsweise weist das zweite Material den gleichen Kunststoff wie das erste Material auf. Dies ist eine relativ einfache Maßnahme, um dafür zu sorgen, dass sich das erste Material und das zweite Material hervorragend miteinander verbinden und sich auch später keine Probleme durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien in der gleichen Wirkwerkzeugbarre ergeben. In diesem Fall unterscheiden sich das erste Material und das zweite Material im Grunde nur durch die Füllstoffe. Das erste Material weist vorzugsweise Kohlefasern auf, die sich im Wesentlichen in Längsrichtung der Barre erstrecken. Das zweite Material kann frei von Fasern sein oder die oben erwähnten Natur- oder Kunststofffasern erhalten, die lediglich zum Verstärken der Stege zwischen den Nuten dienen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer Wirkwerkzeugbarre,
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2 die Wirkwerkzeugbarre nach 1 in perspektivischer Darstellung vor der Herstellung der Wirkwerkzeugaufnahme,
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3 die Wirkwerkzeugbarre nach 2 mit Wirkwerkzeugaufnahme,
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4 eine abgewandelte Ausführungsform zu 1,
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5 die Ausführungsform nach 4 in der Darstellung entsprechend 2 und
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6 die Ausführungsform nach 4 in der Darstellung entsprechend 3.
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1 zeigt schematisch eine Wirkwerkzeugbarre
1 mit einem Korpus
2, der aus mehreren Lagen
3,
4,
5 Prepregs gebildet ist. Die Prepregs werden, wie dies beispielsweise in
DE 10 2006 005 703 A1 beschrieben ist, in ein Werkzeug eingelegt. Wenn das Werkzeug geschlossen worden ist, kann ein Innenraum
6 in der dort beschriebenen Weise unter Druck gesetzt werden.
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Die Prepregs der Lagen 3–5 des Korpus 2 bilden ein erstes Material, nämlich einen faserverstärkten Kunststoff. Die Verstärkungsfasern dieses Kunststoffs sind im vorliegenden Fall Kohlefasern. Diese Kohlefasern sind im Wesentlichen in Längsrichtung der Wirkwerkzeugbarre 1 gerichtet, d. h. in 1 senkrecht zur Zeichenebene. Es ist allerdings möglich, dass in einer oder mehreren Lagen die Verstärkungsfasern unter einen Winkel von beispielsweise plus/minus 15° zur Längserstreckung der Wirkwerkzeugbarre 1 verlaufen. Andere Winkel sind ebenfalls möglich. Vorteilhafte Ausrichtungen lassen sich durch einfaches Probieren leicht herausfinden.
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Der Korpus 2 weist einen Abschnitt 7 auf, an dem ein Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt 8 angeordnet ist. Der Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt 8 weist mehrere Lagen eines zweiten Materials auf. Das zweite Material weist ebenfalls Kunststoff auf und unterscheidet sich vom ersten Material der Prepregs 3–5 zumindest dadurch, dass die Lagen 9–11 nicht mit Kohlefasern als Verstärkungsfasern versehen sind. Sie können allerdings andere Fasern oder auch andere Materialien enthalten. Der Kunststoff der Lagen 9–11 kann der gleiche sein wie der Kunststoff der Prepregs aus den Lagen 3–5.
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Wenn man nun den Korpus formt und hierzu die Prepregs der Lagen 3–5 in das Werkzeug einlegt (das Werkzeug ist aus Gründen der Übersicht hier nicht dargestellt), dann werden auch die Lagen 9–11 des zweiten Materials mit in das Werkzeug eingelegt. Das Werkzeug wird dann unter Druck gesetzt und das erste Material und das zweite Material werden zusammen ausgehärtet. Der Korpus 2 zusammen mit dem Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt 8 wird also in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt.
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Die Lagen 9–11 können beispielsweise aus einem Vlies, einem Filz, einem Schwamm, einem Gelege oder einem Schaum gebildet sein. Sie bilden einen Kunststoffträger, der mit dem Kunststoff getränkt ist. Dadurch wird der Transport des Kunststoffs in das Werkzeug ganz erheblich vereinfacht. Der Kunststoff des zweiten Materials bleibt in der gewünschten Position, bis er ausgehärtet ist. Dies gilt auch dann, wenn er fließfähig ist.
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2 zeigt in perspektivischer Darstellung die Wirkwerkzeugbarre 1 mit dem Korpus 2 und den Wirkwerkzeugabschnitt 8 nach dem Verlassen des Werkzeugs, d. h. nach dem Aushärten. Man wird bei der Wirkwerkzeugbarre 1 in diesem Zustand die einzelnen Lagen 3–5 bzw. 9–11 nicht mehr voneinander unterscheiden können. Aus Gründen des besseren Verständnisses sind die Lagen aber nach wie vor eingezeichnet.
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Der so hergestellte ”Rohling” der Wirkwerkzeugbarre 1 wird dann weiter bearbeitet, indem in den Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt 8 mehrere parallel zueinander und im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung der Wirkwerkzeugbarre 1 verlaufende Nuten 12 gefräst werden, beispielsweise mithilfe eines Scheibenfräsers. Zwischen den Nuten verbleiben Stege 13. Wenn Wirkwerkzeuge in die Nuten 12 eingelegt werden, werden sie durch die Stege 13 seitlich in Position relativ zueinander gehalten. Sie werden durch einen nicht näher dargestellten Deckel in den Nuten 12 festgehalten.
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Es ist zu erkennen, dass die Nuten 12 nur im Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt 8 verlaufen, d. h. das erste Material (die Lagen 3–5) nicht durchschneiden. Ein Bearbeitungswerkzeug, das zum Herstellen der Nuten 12 verwendet wird, beispielsweise ein Scheibenfräser, muss also nicht durch die Verstärkungsfasern aus dem ersten Material geführt werden und diese nicht durchschneiden. Dementsprechend können diese Verstärkungsfasern die Standzeit dieses Bearbeitungswerkzeugs auch nicht herabsetzen. Die in dem Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt 8 vorhandenen Bestandteile, die nicht Kunststoff sind, beispielsweise die Bestandteile des Vlieses, des Filzes, des Schwammes oder des Schaums, setzen dem Bearbeitungswerkzeug einen geringeren Bearbeitungswiderstand entgegen als beispielsweise Kohle- oder Glasfasern. Das zum Herstellen der Nuten 12 verwendete Bearbeitungswerkzeug kann daher mit einer hohen Standzeit betrieben werden.
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Die 4 bis 6 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform, bei der gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 3 versehen sind.
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Der Aufbau des Korpus 2 ist unverändert geblieben. Er besteht, wie bisher auch, aus mehreren Lagen 3–5 von Prepregs, die in dem oben erwähnten Werkzeug ausgehärtet werden. Auch hier erfolgt das Aushärten zusammen mit dem Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt 8. Der Aufbau des Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitts 8 unterscheidet sich jedoch geringfügig von dem Aufbau, der in Zusammenhang mit den 1 bis 3 dargestellt ist.
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Der Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt 8 weist wiederum mehrere Lagen 14–20 des zweiten Materials auf. Diese Lagen wiederum weisen Fasern 21 auf, die im Wesentlichen parallel zur Ebene einer Lage angeordnet sind. Jede Lage 14–20 ist beispielsweise aus einem kunststoffgetränkten Vlies oder kunststoffgetränkten Gelege gebildet, so dass die Fasern 21 parallel zur ebenen Erstreckung des Flächenmaterials verlaufen. Wenn man ein Gelege verwendet, dann kann man sogar dafür sorgen, dass die Fasern nur eine einzige Ausrichtung haben. Man kann nun die Lagen 14–20 aus diesem Flächenmaterial als Streifen schneiden, um 90° kippen und dann zu einem Stapel zusammenfassen. Die Fasern 21 haben dann die in 4 schematisch dargestellte Ausrichtung. Daneben wird es auch Fasern geben, deren Ausrichtung parallel zur Längsrichtung des Korpus 2 liegt. Es verbleiben aber im Mittel ausreichend viele Fasern 21, die nach dem Herstellen der Nuten 12 eine Ausrichtung haben, die parallel zu den Flanken 22, 23 der Nuten 12 parallel zu einer Richtung vom Grund 24 einer Nut zur Öffnung 25 einer Nut verlaufen.
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Damit werden die Stege 13 stabilisiert und widerstandsfähiger gemacht.
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In vielen Fällen wird es aber ausreichen, den Wirkwerkzeugaufnahmeabschnitt 8 völlig ohne Fasern auszubilden, weil man relativ geringe Kräfte benötigt, um ein einzelnes Wirkwerkzeug in einer Nut 12 festzuhalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006005703 A1 [0006, 0008, 0013, 0030]
- DE 102007038589 A1 [0009]
