DE3638673A1 - Webmaschinen zahnstange aus faser-verbund-werkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine von einem Zahnrad getriebene Zahn­ stange aus Faser-Verbund-Werkstoff zum Einsatz in Webmaschinen.

Es ist beispielsweise aus der DE-PS 35 27 202 bekannt, in schützen­ losen Webmaschinen den für den Webvorgang relevanten Bewegungs­ ablauf mit Hilfe des Systems Zahnrad/Zahnstange zu bewerkstelligen. Bevorzugterweise besteht hierbei die Zahnstange aus Kunststoff, um die zu beschleunigende bzw. abzubremsende Masse möglichst klein zu halten. In der bereits erwähnten Schrift ist eine derartige Zahnstange bestehend aus parallel verlaufenden Kunststoff-Faser- Laminaten beschrieben.

Der Wunsch nach immer schneller laufenden Webmaschinen erfordert unter anderem Zahnstangen mit äußerst günstigem Festigkeit/Gewicht- Verhältnis.

Es bestand daher die Aufgabe, eine Zahnstange zu finden, die bei möglichst geringem Gewicht eine maximale Festigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung gelöst.

Für die Auslegung von Maschinenelementen mit günstigem Verhältnis von erzielbarer Festigkeit zum Gewicht haben sich Faser-Verbund- Werkstoffe insbesondere im Flugzeugbau seit langem bewährt. Eine Gestaltung eines Werkstückes mit derartigen Materialien setzt aber eine relativ einfache Geometrie voraus, so benötigt man für das häufig zur Herstellung angewandte Wickelverfahren annähernd rotationssymmetrische Körper. Die Herstellung einer Zahnstange aus diesen Werkstoffen speciell für Webmaschinen ist zwar aus nahe­ liegenden Gründen in hohem Maße erwünscht, wegen der vorliegenden komplexen geometrischen Form bisher jedoch unbefriedigend gelöst.

Es wurde daher versucht, gezielt die am höchsten beanspruchten Teile einer derartigen Zahnstange zu verstärken.

Die unzweifelhaft höchste spezifische Belastung ergibt sich aus der geometrischen Form des Zahnes knapp unterhalb des Zahnkopfes, was durch Brüche an dieser Position im praktischen Einsatz von bisher bekannten Zahnstangen bestätigt wird. Hierbei treten extrem hohe Zug bzw. Druckkräfte auf. Diese können aber nur in Ausdehnungs­ richtung des Zahnes, also vom Zahnfuß in Richtung Zahnkopf abge­ fangen werden.

Daher wird erfindungsgemäß das verwendete Verstärkungsmaterial in dieser Richtung angeordnet. Die resultierende Anordnung geht aus Abb. 1a und 1b hervor.

Hierzu werden bevorzugterweise Prepreg-Plättchen zugeschnitten und Schicht auf Schicht in die Negativ Zähne einer geeigneten Form eingelegt.

Es lassen sich auch durchgehende Bahnen zur Verstärkung in Zahnfuß/ Zahnkopf Richtung einführen. Diese Vorgehensweise kann aber wegen des vorhandenen Umschließungswinkels am Zahnkopf nur bei relativ groß dimensionierten Zahnstangen gewählt werden. Hingegen ist die erwähnte Plättchen-Methode auch für klein dimensionierte Zahn­ stangen gut anwendbar.

Abb. 1a zeigt den erfindungsgemäßen Faserverlauf im einzelnen Zahn. Die Fasern können entweder unterhalb des Zahnfußes enden, oder aber zum nächsten Zahn ohne Unterbrechung weitergeführt werden.

Abb. 1b zeigt die Lage der Fasern als Schnitt durch einen einzelnen Zahn. Hierbei wird die Breite des Verstärkungsmaterials so gewählt, daß die Verstärkung über den Zahn hinaus in das Profil der Zahnstange reicht.

Als Verstärkungsmaterialien eignen sich insbesondere die bekannten Materialien wie Glas-, Kohle-, Bor-, Aramid-Fasern usw. alleine oder in Kombination miteinander. Diese Materialien können be­ vorzugterweise entweder in Form von Geweben oder als alternierende Schichten von unidirektionalem Gelege untereinander im Winkel von z. B. 45 oder 90° als Verstärkung in den zu bildenden Zahn ein­ gelegt werden. Als sehr geeignet haben sich sogenannte Prepregs erwiesen, die das Verstärkungsmaterial bereits in einer Matrix eingebettet aufweisen.

Geeignete Matrixmaterialien sind sowohl thermoplastische als auch duromere Kunststoffe oder auch geeignete Mischungen verschiedener Kunststoffe. Als sehr brauchbar haben sich Epoxidharze herausge­ stellt wegen ihrer geringen Neigung zum Kriechen unter mechanischer Last sowie der vorhandenen Temperaturbeständigkeit im praktischen Einsatz.

Legt man derartige Verstärkungen erfindungsgemäß in den zu bildenden Zahn ein, so wird die am meisten beanspruchte Zone der Zahnstange maximal verstärkt. Es ist völlig ausreichend, den restlichen Raum der Zahnstange mit entweder geringer verstärktem oder aber unverstärktem Kunststoff auszufüllen, da diese Teile einer Zahnstange weit weniger beansprucht werden. Bewährt hat sich insbesondere ein mit Kurzfasern verstärktes Epoxidharz, wie es im Handel erhältlich ist. Es kann auch eine Kombination aus gegebenenfalls Kurzfaserverstärktem Kunststoff mit zusätzlich gerichteten Verstärkungsmaterialien Anwendung finden.

Neben der spezifisch hohen Belastung einer Zahnstange im oberen Zahnbereich treten beim Webmaschineneinsatz in der Beschleunigungs- bzw. Abbremszone derartiger Zahnstangen die höchsten Kräfte auf. Um den Fertigungsaufwand möglichst gering zu halten und wegen Gewichtsersparnisgründen, wird die erfindungsgemäße Zahnstange daher nur innerhalb dieser Zone maximal verstärkt. Die restlichen Zähne vollführen im praktischen Einsatz lediglich Führungs­ funktionen und dienen kaum oder gar nicht zur Kraftübertragung.

Es genügt daher, diesen Bereich mit minderverstärktem oder gar nicht verstärktem Kunststoff auszubilden. Dabei kann erfindungs­ gemäß sogar ein Kunststoff Verwendung finden, dessen chemische Natur von dem im hochverstärkten Bereich als Matrix eingesetzten Material verschieden ist.

Um zu tragbaren Verschleißeigenschaften zu gelangen, wird eine Mischung des Matrixmaterials mit einem Schmierstoff wie Molybdän­ disulfid, Graphit, einem ausschwitzendem flüssigen Schmiermittel oder einem Abrieb-resistenten Kunststoff bereitet. Besonders be­ währt hat sich eine Mischung aus Epoxidharz mit elastomerem Polyurethan. Es können auch Kombinationen der genannten Antiver­ schleißmittel eingesetzt werden. Desweiteren kann durch geeignete externe Maßnahmen wie der Einsatz von Mineralölen oder synthetischen Ölen bzw. Fette der Abrieb gering gehalten werden.

Claims (2)

1. Zahnstange für Webmaschinen aus im wesentlichen Faser-Verbund- Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß das verstärkende Material in Richtung Zahnfuß/Zahnkopf positioniert wird.

2. Zahnstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme in Anspruch 1 speciell über die Beschleunigungs- bzw. Abbremszone der Zahnstange vorgenommen wird.