DE3620081A1 - Verfahren zur herstellung von mit an der oberflaeche mit einer struktur versehenen stangenartigen teilen aus thermoplastischen kunststoffen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von mit an der oberflaeche mit einer struktur versehenen stangenartigen teilen aus thermoplastischen kunststoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
mit an der Oberfläche mit einer Struktur versehenen stan
genartigen Teilen aus thermoplastischen Kunststoffen,
insbesondere mit einem Zahnprofil versehenen Greifer
stangen bei schützenlosen Webmaschinen.
Eine solche Greiferstange ist z.B. in der DE-PS 17 10 293
beschrieben. Nach diesem Patent besteht eine Greiferstan
ge aus einem das Zahnprofil aufweisenden, z.B. in einem
Preßverfahren hergestellten, Kunststoff-Innenteil und ei
nem dieses Innenteil an drei Seiten umschließenden, mit
ihm verklebten, als U-förmiges Profil ausgebildeten Trä
gerteil. Dabei wird durch die Verbindung von Hohlprofil-
Trägerteil und Innenteil einerseits und durch die span
lose Formgebung des Innenteils im Preßverfahren anderer
seits eine hohe Biegefestigkeit erreicht. Diese wird noch
verstärkt, indem an den beiden seitlichen Flächen des In
nenteils etwa die Zahnhöhe aufweisende und an der Innen
seite des U-Profils anliegende durchgehende Stege vorge
sehen sind. Von großer Wichtigkeit bei einer solchen
Greiferstange ist also sowohl die einwandfreie Verklebung
von Innenteil und Trägerteil, als auch die Längsfestig
keit des das Zahnprofil aufweisenden Innenteils, das die
gesamten beim Antrieb der Greiferstange auftretenden
Kräfte in Bewegungsrichtung der Greiferstange aufnehmen
muß.
Ein Nachteil dieser Zahnstangen ist ihr umständlicher
Herstellungsprozeß. Sie müssen aus zwei Teilen gefertigt
werden, die anschließend miteinander verbunden, z.B. ver
klebt werden. Üblicherweise besteht das Innenteil, also
die Zahnstange selbst, aus Kunststoff, während das sie an
den drei Flanken stützende Trägerteil als Hohlprofil in
U-Form aus Metall angefertigt ist.
Eine weitere Ausbildungsform von Greiferstangen ist aus
der deutschen Patentanmeldung P 35 27 202 bekannt. Zur
besseren Aufnahme der beim Antrieb der Greiferstangen
auftretenden Kräfte wird bei dieser Anmeldung die Zahn
stange aus aufeinandergeschichteten, durch Pressen und
Wärmebehandlung miteinander verbundenen, thermoplasti
schen, faserverstärkten Kunststoffbändern hergestellt,
wobei der Faserverlauf in Längsrichtung der Kunststoff
bänder liegt. Das geforderte Zahnprofil wird dabei durch
entsprechende, je nach Höhenlage unterschiedliche, Aus
stanzungen in den einzelnen Kunststoffbändern erreicht.
So wird auch für diese Zahnstange eine spanabhebende Be
arbeitung bei der Herstellung vermieden.
Zwar weist diese Greiferstange in ihren Eigenschaften
Vorteile gegenüber der in der DE-PS 17 10 293 genannten
Greiferstange auf, da keine zweiteilige Ausführungsform
nötig ist und sie auch wesentlich leichter ist, jedoch
genügt die damit erzielbare Längsfestigkeit den weiter
steigenden Anforderungen nicht mehr. Außerdem ist das
Verfahren zur Herstellung der Greiferstangen relativ
umständlich.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Herstellung von mit einem Zahnprofil versehenen Greifer
stangen mit hoher Festigkeit bei gleichbleibend geringem
Gewicht zu finden, wobei die Herstellung noch mit mög
lichst geringem Aufwand erfolgen soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1
genannten Merkmale gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung
gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung her
vor. Wesentlicher Teil des Erfindungsverfahrens ist das
an sich bekannte Spritzgießen, das im Zusammenwirken mit
dem nachfolgenden Prägevorgang eine erhöhte Eigenverstär
kung des Materials zur Folge hat. Die beim Einspritzen in
Längsrichtung des Rohlings orientierten Molekülketten
beginnen, da die Temperatur der Schmelze nur knapp
oberhalb der Kristallisationstemperatur des Kunststoffs
liegt, schon relativ bald in ebenfalls dieser Richtung zu
kristallisieren. Beim anschließenden Prägevorgang wird
dieser Grundstruktur eine durch den Prägestempel hervor
gerufene, in lokalen Fließvorgängen erzeugte Struktur
überlagert und die Schmelze kristallisiert zu einer sog.
Shish-Kebab-Struktur aus, die sich in Folge ihrer Eigen
verstärkung durch hohe Steifigkeit und Festigkeit aus
zeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend an
hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schrägansicht von Matrize und Stempel
Fig. 2a bis c einen Querschnitt durch Matrize und Stempel
in den verschiedenen Verfahrensstufen und
Fig. 3a und b eine vereinfachte Queransicht einer Zahn
stange sowie einen Querschnitt durch eine Zahn
stange.
Die Fig. 1 zeigt eine Schrägansicht von Matrize 1 und
Stempel 2. Der Einfachheit halber sind hier die Spritz
düse und der Anguß, sowie die Spritzgießmaschine selbst
nicht eingezeichnet. Der Stempel 2 dient als Stempelträ
ger für einen die Matrize 1 beim Einspritzen der Kunst
stoffschmelze 3 nach oben abschließenden Stempel 2 a und
den im anschließenden Verfahrensschritt benötigten an
seiner Oberfläche mit einem Profil versehenen Prägestem
pel 2 b.
Anhand der Fig. 2 werde das Verfahren selbst erläutert. In
einer ersten Verfahrensstufe, die in Fig. 2a dargestellt
ist, erfolgt das Spritzgießen in an sich bekannter Weise.
Dabei wird erwärmter thermoplastischer Kunststoff 3, des
sen Temperatur im Bereich knapp oberhalb seiner Kristal
lisationstemperatur liegt, in ein - aus einer U-förmigen
Matrize 1 und einem die Matrize 1 an ihrer offenen Seite
abschließenden, vom Stempelträger getragenen, glatten
Stempel 2 a bestehendes - Stammwerkzeug gespritzt. Die
Spritzdüse und der Anguß sind so gewählt, daß eine konti
nuierlich beschleunigte, die Orientierung der Makro
moleküle fördernde, Strömung der Kunststoffschmelze 3 ge
währleistet ist. Durch den beim Einspritzen erfolgenden
Fließvorgang entstehen sich in Längsrichtung der Spritz
gußform erstreckende Orientierungen der Makromoleküle,
die die Festigkeitseigenschaften des Materials verbes
sern. Die zum Einspritzen erforderlichen hohen Drücke
müssen von der festen Matrize 1 einerseits und dem
beweglichen Stempel 2 andererseits durch eine Stempel
kraft F s aufgefangen werden.
Fig. 2b zeigt, wie der Stempel 2 in einer zweiten Verfah
rensstufe als Ganzes von der Matrize 1 abgehoben und um
den Stempelabstand s zwischen glattem Stempel 2 a und
Prägestempel 2 b verschoben wird, um die für den in
Bild 2 c dargestellten Prägevorgang nötige Stellung einzu
nehmen.
Bei der mit dem Prägedruck F vom Prägestempel 2 b auf die
Kunststoffschmelze 3 erfolgenden Formgebung werden die
schon beim Spritzvorgang in eine Vorzugsrichtung gebrach
ten Makromolekül-Orientierungen in die von der jeweils
verwendeten Form des Prägestempels 2 b abhängigen Richtun
gen des Oberflächenprofils gebracht.
In einer anschließenden dritten Verarbeitungsstufe kühlt
die Kunststoffschmelze 3 unter Beibehaltung des durch den
Prägestempels 2 b ausgeübten Druckes ab. Durch die Bei
behaltung des Druckes wird die Kristallisation des
Materials gefördert und es entsteht eine Reihenstruktur,
die die mechanischen Eigenschaften des Materials in
Orientierungsrichtung positiv beeinflußt.
Abhängig vom gewählten Oberflächenprofil des Prägestem
pels 2 b ist auch noch eine Abwandlung des Verfahrens
denkbar, bei der von Anfang an nur ein einziger Stempel,
nämlich der Prägestempel 2 b, in allen Verfahrensstufen
zur Anwendung kommt. Dadurch erübrigt sich die Notwen
digkeit des Stempelwechselns und somit braucht der Stem
pel 2 auch nicht von der Matrize 1 abgehoben zu werden,
wodurch verhindert werden kann, daß die orientierten
Molekülketten bei der durch den Stempelwechsel auf
tretenden Druckentlastung zur Desorientierung neigen.
Fig. 3a ist eine vereinfachte Queransicht einer mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Zahnstange 4.
Schematisch ist die dem Oberflächenprofil folgende Orien
tierung 5 der Molekülketten angedeutet. Die Orientierung
5 folgt dabei der Form der Zähne 6 der Zahnstange 4, was
verstärkend auf diese im Betrieb stark beanspruchten Be
reiche der Zahnstange 4 wirkt.
Zur allgemeinen Erhöhung der Festigkeit der Zahnstange 4
können noch seitliche Stege 7 vorgesehen werden, wozu nur
die Form des Prägestempels 2 b geringfügig zu modifizieren
ist.
Wenn dieses Verfahren auch am Beispiel einer Greiferzahn
stange beschrieben wurde, so ist doch leicht zu sehen,
daß es auch auf anderen Gebieten vielseitig einsetzbar
ist, wenn es darauf ankommt, mit einem Oberflächenprofil
versehene Stäbe oder stangenartige Teile herzustellen.
Die Vorteile des Verfahrens liegen nicht nur in seiner
Einfachheit und der daraus resultierenden einfachen Her
stellung dieser Teile, sondern auch darin, daß mit diesem
Verfahren Werkstücke geringen Gewichts bei einer hohen
Eigenverstärkung hergestellt werden können.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von mit an der Ober
fläche mit einer Struktur versehenen stangenartigen Tei
len aus thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere mit
einem Zahnprofil versehenen Greiferstangen bei schützen
losen Webmaschinen, gekennzeichnet durch folgende Stufen:
- a) Spritzgießen eines auf knapp über die Kristallisa tionstemperatur erwärmten thermoplastischen Kunststoffes (3) in ein glattes, allseitig geschlossenes, aus Matrize (1) und Stempel (2) bestehendes Stammwerkzeug,
- b) weitere Formgebung unter Druck, nach Abtrennung der Spritzeinheit, in der gleichen Matrize (1) durch einen mit der gewünschten Struktur versehenen Prägestem pel (2 b) und
- c) Abkühlung unter Beibehaltung des Druckes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß Spritzdüse und Anguß beim Einspritzen eine kon
tinuierlich beschleunigte Strömung der Kunststoffschmelze
gewährleisten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Anguß derart gelegt wird, daß die
Orientierung der Schmelze im Rohling im wesentlichen der
späteren Beanspruchungsrichtung des stangenartigen Teiles
aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Schmelze beim Einspritzen eine Temperatur
aufweist, die im Bereich der Kristallisationstemperatur
des Werkstoffs liegt.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem ge
meinsamen Stempelträger ein die Matrize (1) beim Ein
spritzen abschließender glatter Stempel (2 a) und ein
weiterer, dem gewünschten Profil entsprechender, Präge
stempel (2 b) angeordnet sind und der Stempelträger rela
tiv zur Matrize (1) in der Weise verschiebbar ist, daß
abwechselnd der glatte Stempel (2 a) oder der Prägestempel
(2 b) der Matrize (1) gegenüberliegen.
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