WO2019120922A1 - Zahnstange für greiferwebmaschinen - Google Patents

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WO2019120922A1
WO2019120922A1 PCT/EP2018/082991 EP2018082991W WO2019120922A1 WO 2019120922 A1 WO2019120922 A1 WO 2019120922A1 EP 2018082991 W EP2018082991 W EP 2018082991W WO 2019120922 A1 WO2019120922 A1 WO 2019120922A1
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WO
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rack
plastic layer
fiber composite
composite plastic
base body
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/082991
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Maier
Karen Paffenholz
Original Assignee
Lindauer Dornier Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/26—Racks
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D47/00—Looms in which bulk supply of weft does not pass through shed, e.g. shuttleless looms, gripper shuttle looms, dummy shuttle looms
    • D03D47/27—Drive or guide mechanisms for weft inserting
    • D03D47/271—Rapiers
    • D03D47/273—Rapier rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/06—Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties

Definitions

  • the invention relates to a rack for rapier looms.
  • gripper looms single weft threads are clamped by a rapier head and passed through the open shed. In the middle of the shed takes a second rapier head, which comes from the other side of the shed the first rapier head, the thread and pulls him the second half way through the shed.
  • Both gripper heads are arranged on a respective free end of a rack, which are each driven by a gear and provide for the reciprocal movement of the two gripper heads through the respective half of the shed.
  • the racks are made of polyamide. This material reaches its mechanical load limit at high machine speeds.
  • the CFRP fibers are oriented in the prepreg in the direction of stress of the toothing. Subsequently, this tooth profile is in a cross-sectionally U-shaped plastic carrier glued. The adhesion between the tooth profile and the carrier takes place either at the tooth root and / or by filling the intermediate spaces within the carrier.
  • a rack which has a plastic base body with a tooth profile.
  • a fiber composite plastic layer is provided with endless reinforcing fibers, which follows the tooth profile of the body in the longitudinal direction of the rack over a plurality of teeth, ie at least two teeth, i. There is no interruption in the fiber composite plastic layer over this number of teeth.
  • the embodiment according to the invention achieves a local increase in the strength of the tooth surface, so that the influences of the Hertzian pressure are decisively reduced. As a result, the stability of the rack is increased and outbreaks on in particular the tooth flanks are avoided. Accordingly, the combination of the fiber composite plastic layer with the main body, which is elastic, impact-resistant and unreinforced, achieves optimum overall rigidity or overall elasticity of the rack.
  • the main body which is not formed continuous fiber reinforced, according to a preferred embodiment of a thermoset.
  • resin compounds are used, such as
  • Polyurethane resins or impact-resistant epoxy resins As an exemplary thermoplastic, polyamide can be used. Elastomers can also be used. Short and / or long fibers and / or suitable particles known to the person skilled in the art may be embedded in the plastic of the main body
  • the plastic of the fiber composite plastic layer is particularly preferably a thermoset, for example in the form of a thermosetting resin compound, e.g. in the form of polyurethane resins or epoxy resins.
  • thermoset for example in the form of a thermosetting resin compound, e.g. in the form of polyurethane resins or epoxy resins.
  • thermoplastics for example as a constituent of organic sheet or produced by means of in situ polymerization.
  • the fiber composite plastic layer contains carbon fibers in the form of continuous fibers,
  • the fiber composite plastic layer is then a pure CFK layer.
  • carbon fibers are very resistant to tension and abrasion.
  • a prepreg is advantageously used for producing the fiber composite plastic layer, in particular a thermosetting prepreg, for example on polyurethane or
  • Epoxy resin-based According to one alternative, an originally dry one finds Semifinished fiber product, into which resin is infiltrated. In a third option, a thermoplastic, multiaxial, thermoformed organic sheet is used. In principle, the various techniques are well known to the person skilled in the art, so that they need not be discussed further here.
  • the fiber composite plastic layer may consist of one or more layers, each with endless reinforcing fibers.
  • the reinforcing fibers extend at different angles in at least two of these layers, ie they are aligned in a multiaxial manner. Such multi-axiality is achieved, in particular, in the case of two or more reinforcing fibers laid at different angles.
  • Angle courses of the endless fibers can be, for example, at two layers -45 ° and + 45 ° to the longitudinal direction of the rack.
  • Angular alignments are readily possible, both with two and also with multiple reinforcing fiber layers. Multiaxial alignment of the reinforcing fibers allows better distribution of incoming loads.
  • the endless reinforcing fibers lie parallel to the tooth flank surface, so that the greatest rigidity and tensile strength are achieved along the surface profile.
  • the fiber composite plastic layer may contain random fibers.
  • the endless reinforcing fibers lying parallel to the tooth flank surface are endless carbon fibers, preference is given to using carbon monofilaments.
  • a proportion of random fibers can also be used for the desired reinforcement or for further homogenization contribute, ie the external loads introduced are better distributed and thus better absorbed by the structure. At the same time, random fibers contribute to cost savings, as carbon fiber fibers are less expensive than carbon continuous fibers.
  • the base body is as a backfill under the
  • Fiber composite plastic layer formed.
  • the plastic of the base body is introduced in liquid form into a cavity below the fiber composite plastic layer and cures there.
  • Combination effect of high wear resistance can be achieved with great elasticity.
  • a preferred embodiment provides that the main body has two parallel in its longitudinal direction side shoulders, which are spaced apart in the transverse direction of the base body and frame the side edges of the fiber composite plastic layer.
  • Gripper tube can be positively received.
  • the side edges of the fiber composite plastic layer are embedded in the said side shoulders. In the released areas of the fiber composite plastic layer engages a gear. It is thus obtained a compact and stable unit of body and fiber composite plastic layer.
  • the fiber composite plastic layer extends in the longitudinal direction of the rack over more than two teeth of the tooth profile, for example, over five or ten teeth.
  • a tooth here includes a tooth tip and a tooth root.
  • segments may alternate with the same or different number of consecutive teeth, wherein the segments may be spaced apart in the longitudinal direction of the rack by non-fiber reinforced plastic reinforced areas.
  • the segments are juxtaposed against one another.
  • the fiber composite plastic layer is formed continuously.
  • Such recesses preferably do not extend to the sides of the rack. They reduce the mass of the rack, so that their reciprocal movement through the open shed less
  • Rack is reduced by such recesses in the rule, can be increased if necessary by an appropriate choice of material, the modulus of elasticity of the body.
  • the base body in its longitudinal direction a plurality of recesses arranged one behind the other, wherein the recesses are preferably provided under at least some of the tooth heads.
  • At least two said recesses in the transverse direction of the base body are arranged side by side, which are separated by a web.
  • the bridge also takes on a stiffening function here.
  • Several of these pairs of recesses are preferably in Longitudinal direction of the rack arranged one behind the other, preferably in each case a pair under a tooth head.
  • the fiber composite plastic layer preferably has a thickness between 0.2 and 2 mm, and more preferably between 0.3 and 1.5 mm. This thickness has proved to be very suitable for increasing the
  • an upper terminating layer is arranged on the fiber composite plastic layer, which also follows said tooth profile of the base body.
  • Finishing layer can be customized to specific requirements
  • wear surface is as wear surface and / or to
  • the invention also comprises a gripper bar with a gripper tube made of carbon fiber reinforced plastic, in which the inventive
  • the gripper tube is very stiff in relation to the rack and preferably consists of a pultruded plastic, preferably a carbon fiber reinforced plastic.
  • the relatively stiff gripper tube gives the gripper bar the necessary stability, while the other hand, more elastic
  • the gripper tube has in cross section preferably a C-shaped profile, which receives the main body from three sides.
  • the tooth surface of the rack is exposed here so that a gear can mesh with the teeth.
  • the invention relates to a gripper for rapier looms with a gripper bar formed as aforesaid and a gripper head arranged on the gripper bar.
  • Figure 1 is a perspective, partially broken plan view of a
  • Figure 2 is a perspective plan view of a section of a
  • Figure 3 is a perspective, partially broken view of the
  • FIG. 4 shows a rack according to FIG. 1;
  • Figure 5 is a gripper tube, which is adapted to receive a rack according to
  • FIGS. 2-4 serve
  • FIG. 6 shows a first perspective view of a gripper with a
  • Gripper bar consisting of gripper tube and rack, and with a gripper
  • Figure 7 shows the gripper of Figure 6 in a second perspective
  • FIG. 1 shows a detail of a rack 1 for a
  • the main body 2 is particularly preferably made of a cured
  • thermosetting resin compound for which purpose e.g. a polyurethane resin or an epoxy resin with appropriately added additives is used, or a thermoplastic, such as polyamide.
  • a thermoplastic such as polyamide.
  • fillers in the form of fibers and / or particles may be added.
  • the main body 2 has a bottom 7 and two side shoulders 8 running parallel in the longitudinal direction L of the rack 1, which are spaced apart in the transverse direction Q of the rack 1.
  • the main body 2 has a tooth profile 3 with a plurality of identical teeth 4, which is formed between the two side shoulders 8 in the longitudinal direction L of the rack 1.
  • the teeth 4 have toothed feet 5 and tooth heads 6 in a known manner, with the tooth heads 6 of the base body 2 lying just below the upper edge of the side shoulders 8.
  • a fiber composite plastic layer 11 is formed according to the invention, which also has a tooth profile 13, which follows the tooth profile 3 of the main body 2.
  • the fiber composite plastic layer 11 therefore also has teeth 14 with tooth roots 15 and
  • Tooth heads 16 (see Figure 2).
  • the fiber composite plastic layer 11 i. without interruptions in its course, the tooth profile 3 over a plurality of teeth 4, i. over at least two teeth 4, preferably even over the entire length of the main body 2, so that a continuous reinforcement of the tooth flank of the base body 2 is achieved.
  • the fiber composite plastic layer 11 is constructed of a plastic in which reinforcing fibers 12 are embedded (see Figure 2, where the
  • Reinforcing fibers 12 are indicated).
  • the plastic is for example a thermoset in the form of a polyurethane resin.
  • the reinforcing fibers 12 are at least partially, preferably in their entirety, continuous fibers, in addition are particularly preferably formed of carbon fibers.
  • glass fiber or polymer fibers for example aramid fibers
  • mixtures of the fibers mentioned Preferably, the run
  • Reinforcing fibers 12 parallel to the tooth flank surface.
  • random fibers may be added as further reinforcing fibers 12 to the fiber composite plastic layer 11, for example carbon fiber fibers.
  • thermosetting prepreg i. one with reaction resin
  • pre-impregnated textile fiber matrix flattener which is cured under temperature and pressure.
  • an organic sheet used which consists of a fiber fabric or a fiber fabric, which is embedded in a thermoplastic resin matrix.
  • a fiber fabric or a fiber fabric which is embedded in a thermoplastic resin matrix.
  • the endless reinforcing fibers 12 are particularly preferably arranged in several layers as indicated in FIG. In the present case, three orientations are indicated. In one layer, the reinforcing fibers extend in the longitudinal direction L of the rack 1, while the reinforcing fibers 12 are arranged in the other two layers in the illustrated case at 90 ° to each other and with respect to the longitudinal direction L of
  • Rack 1 take an angle of -45 ° or + 45 °.
  • the base body 2 is presently formed as a backfill under the fiber composite plastic layer 11. In this way it can be achieved that there are no unwanted gaps between the two
  • Tooth profiles 3 and 13 are present. In addition, a present
  • Fiber composite plastic layer 11 achieved by the side edges 18 of the fiber composite plastic layer 11 in the side shoulders 8 of the Base body 2 are embedded by pouring (see Figures 1 and 2).
  • the width of the embedding on both sides of the fiber composite plastic layer 11 is a few millimeters. In this way, a stable rack 1 is realized.
  • Recesses 9 present in the base body 2, which are generated for example in the course of Flinterhellung. Through these recesses 9, the weight of the rack 1 can be reduced, so that larger
  • Material adjustment for the plastic and optionally contained therein fillers of the body 2 can be compensated.
  • a rack 1 is shown, as they can then be fed positively into a gripper tube 23 according to the figure 5.
  • the gripper tube 23 is preferably made of a
  • Carbon fiber reinforced plastic and is made by pultrusion. It has a C-profile with a bottom 24 and at its upper edges slightly bent side walls 25. In this way, an interior space 26 is obtained, in which the rack 1 is pulled from the front side of the gripper tube 23 in a form-fitting manner. Flieraus results in a so-called gripper bar 22, as shown in Figure 6.
  • FIGS. 6 and 7 show a gripper 20 for rapier looms.
  • the gripper comprises a gripper bar 22, which in turn comprises a gripper tube 23 made of preferably carbon fiber-reinforced plastic and a toothed rod 1 inserted therein in a form-fitting manner, as well as a gripper head 28 arranged on the gripper bar 22.
  • a gripper bar Arrangement of a gripper is known to those skilled in principle.
  • Outer layer may be mounted on the fiber composite plastic layer 11. This outer layer can be used as wear protection and / or for
  • the fiber composite plastic layer 11 in the longitudinal direction L of the rack 1 can be divided into a plurality of spaced or arranged on impact segments, but at least one segment extends over at least two teeth 4 of the base body 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnstange (1) für Greiferwebmaschinen, wobei die Zahnstange (1) mit einem Antriebsritzel einer Antriebseinrichtung der Greiferwebmaschine in Eingriff bringbar ist, mit einem Grundkörper (2) aus einem Kunststoff, wobei der Grundkörper (2) ein Zahnprofil (3) aufweist, sowie mit einer Faserverbund-Kunststoff-Schicht (11) auf dem Grundkörper (2), wobei die Faserverbund-Kunststoff-Schicht (11) endlose Verstärkungsfasern (12) enthält und dem Zahnprofil (3) des Grundkörpers (2) in Längsrichtung (L) der Zahnstange (1) über mehrere Zähne (4) folgt. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Greiferstange (22) mit einem Greiferrohr (23) aus vorzugsweise Carbonfaser-verstärktem Kunststoff sowie mit einer derartigen in das Greiferrohr (23) formschlüssig eingezogenen Zahnstange (1). Gleichfalls betrifft die Erfindung einen Greifer (20) für Greiferwebmaschinen mit einer derartigen Greiferstange (22) sowie einem auf der Greiferstange (22) angeordneten Greiferkopf (28).

Description

Zahnstange für Greiferwebmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Zahnstange für Greiferwebmaschinen. Bei bekannten Greiferwebmaschinen werden einzelne Schussfäden von einem Greiferkopf geklemmt und durch das offene Webfach geführt. In der Mitte des Webfachs übernimmt ein zweiter Greiferkopf, der von der anderen Seite des Webfachs dem ersten Greiferkopf entgegenkommt, den Faden und zieht ihn die zweite Weghälfte durch das Webfach. Beide Greiferköpfe sind an jeweils einem freien Ende einer Zahnstange angeordnet, die jeweils von einem Zahnrad getrieben werden und für die reziproke Bewegung der beiden Greiferköpfe durch die jeweilige Hälfte des Webfachs sorgen.
Bei bekannten Greiferwebmaschinen sind die Zahnstangen aus Polyamid gefertigt. Dieser Werkstoff kommt bei hohen Maschinendrehzahlen an seine mechanische Belastungsgrenze.
Im Zuge der wachsenden mechanischen Anforderungen aufgrund höherer Maschinendrehzahlen sind verschiedene Lösungen für eine erhöhte
Standfestigkeit der Zahnstange vorgeschlagen worden. Aus der DE 35 27 202 A1 ist beispielsweise bekannt, eine Zusatzschicht aus PTFE auf das Zahnprofil einer Zahnstange zu pressen, wobei die Zahnstange selbst aus Carbonfaser-Verbund-Schichten aufgebaut ist. Dieser Verbund hat sich allerdings als zu steif und zu abrasiv herausgestellt.
Entsprechend der EP 394 639 A1 sind Prepreg-Streifen aus Carbonfaser- verstärktem Kunststoff (CFK) in einem Prägevorgang zu einem
wellblechartigen Zahnprofil geformt. Dabei orientieren sich die CFK-Fasern im Prepreg in Beanspruchungsrichtung der Verzahnung. Anschließend wird dieses Zahnprofil in einem im Querschnitt U-förmigen Kunststoffträger eingeklebt. Die Klebung zwischen Zahnprofil und Träger erfolgt entweder am Zahnfuß und/oder durch Auffüllen der Zwischenräume innerhalb des Trägers.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zahnstange mit verbesserten mechanischen Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Entsprechend der Erfindung wird eine Zahnstange vorgeschlagen, die einen Kunststoff-Grundkörper mit einem Zahnprofil aufweist. Auf dem Grundkörper ist eine Faserverbund-Kunststoff-Schicht mit endlosen Verstärkungsfasern vorgesehen, die dem Zahnprofil des Grundkörpers in Längsrichtung der Zahnstange über mehrere Zähne, also mindestens zwei Zähne, folgt, d.h. keine Unterbrechung in der Faserverbund-Kunststoff-Schicht über diese Anzahl von Zähnen vorhanden ist. Die Vorteile der Erfindung sind
insbesondere darin zu sehen, dass sich durch die zusätzliche hochfeste und sehr steife Faserverbund-Kunststoff-Schicht an der Zahnoberfläche, die sich über mehrere Zähne erstreckt, eine hohe Standfestigkeit ergibt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine lokale Erhöhung der Festigkeit der Zahnoberfläche erreicht, so dass die Einflüsse der Hertzschen Pressung entscheidend verringert werden. Hierdurch wird die Standfestigkeit der Zahnstange erhöht und Ausbrüche an insbesondere den Zahnflanken werden vermieden. Demnach wird durch die Kombination der Faserverbund-Kunststoff-Schicht mit dem Grundkörper, der elastisch, schlagzäh und unverstärkt ist, eine optimale Gesamtsteifigkeit bzw. eine Gesamtelastizität der Zahnstange realisiert. Mittels der erfindungsgemäßen Zahnstange können hohe
Maschinendrehzahlen erreicht, die Lebensdauer der Zahnstange verlängert, der Greiferlauf verbessert und Frühausfälle vermieden werden. Der Grundkörper, der nicht endlosfaserverstärkt ausgebildet ist, besteht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Duroplasten. Es kommen hier beispielsweise Harz-Verbindungen zum Einsatz, wie
Polyurethan-Harze oder schlagzähe Epoxidharze. Als ein beispielhafter Thermoplast kann Polyamid verwendet werden. Auch können Elastomere zum Einsatz kommen. In den Kunststoff des Grundkörpers können kurze und/oder lange Fasern und/oder geeignete, dem Fachmann bekannte Partikel eingebettet sein
Der Kunststoff der Faserverbund-Kunststoff-Schicht ist besonders bevorzugt ein Duroplast, beispielsweise in Form einer duroplastischen Harz- Verbindung, z.B. in Form von Polyurethan-Harzen oder Epoxidharzen. Es sind jedoch auch Thermoplaste verwendbar, beispielsweise als Bestandteil von Organoblech oder hergestellt mittels In-situ-Polymerisation.
Je höher der Anteil an endlosen Verstärkungsfasern in der Faserverbund- Kunststoff-Schicht, desto größer ist deren Steifigkeit und Festigkeit. Besonders bevorzugt bestehen die Verstärkungsfasern aus Carbonfasern, Polymerfasern (wie beispielsweise Aramidfasern), Glasfasern oder aus Mischungen aus den vorgenannten Fasern. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Faserverbund- Kunststoff-Schicht Carbonfasern in Form von Endlosfasern,
vorteilhafterweise sogar ausschließlich. Die Faserverbund-Kunststoff-Schicht ist dann eine reine CFK-Schicht. Bekanntermaßen sind Carbonfasern sehr zugfest und abriebarm.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird zur Herstellung der Faserverbund- Kunststoff-Schicht vorteilhafterweise ein Prepreg verwendet, insbesondere ein duroplastisches Prepreg, beispielsweise auf Polyurethan- oder
Epoxidharz-Basis. Gemäß einer Alternative findet ein ursprünglich trockenes Faserhalbzeug Verwendung, in das Harz infiltriert ist. Bei einer dritten Möglichkeit kommt ein thermoplastisches, multiaxiales, Wärme-umgeformtes Organoblech zum Einsatz. Prinzipiell sind die verschiedenen Techniken dem Fachmann gut bekannt, so dass hier nicht weiter auf sie eingegangen werden muss.
Die Faserverbund-Kunststoff-Schicht kann aus einer oder mehreren Lagen mit jeweils endlosen Verstärkungsfasern bestehen. Im letztgenannten Fall verlaufen die Verstärkungsfasern zumindest in zwei dieser Lagen in unterschiedlichen Winkeln, sind also multiaxial ausgerichtet. Eine solche Multiaxialität wird insbesondere bei Gelegen durch zwei oder mehr in unterschiedlichen Winkeln gelegte Verstärkungsfasern erreicht. Die
Winkelverläufe der Endlosfasern können beispielsweise bei zwei Lagen -45° und +45° zur Längsrichtung der Zahnstange betragen. Andere
Winkelausrichtungen sind ohne weiteres möglich, sowohl bei zwei also auch bei mehreren Verstärkungsfaserlagen. Durch eine multiaxiale Ausrichtung der Verstärkungsfasern können eingeleitete Lasten besser verteilt werden.
Bei einem Gewebe mit endlosen Verstärkungsfasern können die
Verstärkungsfasern in den verschiedenen Lagen ebenfalls winklig
zueinander verlaufen, insbesondere rechtwinklig.
Besonders bevorzugt liegen die endlosen Verstärkungsfasern parallel zur Zahnflankenoberfläche, so dass entlang des Oberflächenverlaufs die größte Steifigkeit und Zugfestigkeit erreicht wird.
Alternativ, aber bevorzugt zusätzlich zu parallel zur Zahnflankenoberfläche liegenden endlosen Verstärkungsfasern kann die Faserverbund-Kunststoff- Schicht Wirrfasern enthalten. Sind die parallel zur Zahnflankenoberfläche liegenden endlosen Verstärkungsfasern endlose Carbonfasern, werden vorzugsweise Carbon-Wirrfasern verwendet. Ein Anteil an Wirrfasern kann gleichfalls zur gewünschten Verstärkung bzw. zur weiteren Homogenisierung beitragen, d.h. die eingeleiteten externen Lasten werden besser verteilt und somit von der Struktur besser aufgenommen. Gleichzeitig tragen Wirrfasern zur Kosteneinsparung bei, da Carbon-Wirrfasern preisgünstiger sind als Carbon-Endlosfasern.
Besonders bevorzugt ist der Grundkörper als Hinterfüllung unter der
Faserverbund-Kunststoff-Schicht ausgebildet. Hierzu wird der Kunststoff des Grundkörpers in flüssiger Form in eine Kavität unterhalb der Faserverbund- Kunststoff-Schicht eingebracht und härtet dort aus. Entsprechende
Techniken mit den dazu gehörigen Formen sind dem Fachmann bekannt. Diese Methode hat den Vorteil einer optimalen Haftung der Faserverbund- Kunststoff-Schicht auf dem Grundkörper, so dass der gewünschte
Kombinationseffekt von hoher Verschleißfestigkeit bei großer Elastizität erreicht werden kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Grundkörper zwei in seiner Längsrichtung parallel verlaufende Seitenschultern aufweist, welche in Querrichtung des Grundkörpers voneinander beabstandet sind und die Seitenkanten der Faserverbund-Kunststoff-Schicht einrahmen. Die
Seitenschultern dienen einerseits zur seitlichen Verankerung der
Faserverbund-Kunststoff-Schicht zur Längskraftübertragung und zur äußeren Formgebung der Zahnstange, so dass diese insbesondere von einem
Greiferrohr formschlüssig aufgenommen werden kann. Besonders bevorzugt sind die Seitenkanten der Faserverbund-Kunststoff- Schicht in den besagten Seitenschultern eingebettet. In die freigelassenen Bereiche der Faserverbund-Kunststoff-Schicht greift ein Zahnrad ein. Es wird somit eine kompakte und stabile Einheit aus Grundkörper und Faserverbund- Kunststoff-Schicht erhalten.
Besonders bevorzugt erstreckt sich die Faserverbund-Kunststoff-Schicht in Längsrichtung der Zahnstange über mehr als zwei Zähne des Zahnprofils, beispielsweise über fünf oder zehn Zähne. Ein Zahn umfasst hierbei einen Zahnkopf und einen Zahnfuß.
Es können sich mehrere Segmente mit der gleichen oder unterschiedlichen Anzahl von aufeinander folgenden Zähnen abwechseln, wobei die Segmente in Längsrichtung der Zahnstange hierbei durch nicht Faserverbund- Kunststoff-verstärkte Bereiche voneinander beabstandet sein können.
Vorteilhafterweise sind die Segmente allerdings auf Stoß aneinandergesetzt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hingegen ist die Faserverbund- Kunststoff-Schicht durchgehend ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Grundköper
mindestens eine Aussparung auf seiner dem Zahnprofil abgewandten Seite auf. Derartige Aussparungen reichen hierbei vorzugsweise nicht bis an die Seiten der Zahnstange. Sie reduzieren die Masse der Zahnstange, so dass bei deren reziproker Bewegung durch das offene Webfach geringere
Trägheitsmassen beschleunigt werden müssen. Da die Steifigkeit der
Zahnstange durch solche Aussparungen in der Regel herabgesetzt wird, kann bei Bedarf durch eine entsprechende Materialwahl der Elastizitätsmodul des Grundkörpers erhöht werden.
Gemäß einer diesbezüglichen, vorteilhaften Ausführungsform weist der Grundkörper in seiner Längsrichtung mehrere hintereinander angeordnete Aussparungen auf, wobei die Aussparungen hierbei vorzugsweise unter zumindest einigen der Zahnköpfe vorgesehen sind.
Alternativ oder zusätzlich sind mindestens zwei besagte Aussparungen in Querrichtung des Grundkörpers nebeneinander angeordnet, die von einem Steg getrennt sind. Der Steg übernimmt hier auch eine Versteifungsfunktion. Mehrere dieser Paare von Aussparungen sind vorzugsweise in Längsrichtung der Zahnstange hintereinander angeordnet, bevorzugt jeweils ein Paar unter einem Zahnkopf.
Die Faserverbund-Kunststoff-Schicht weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,2 und 2 mm und hierbei weiter bevorzugt zwischen 0,3 und 1 ,5 mm auf. Diese Dicke hat sich als sehr geeignet für die Erhöhung der
Verschleißfestigkeit erwiesen. Größere Dicken wären sehr schwer und damit unerwünscht. Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist eine obere Abschlussschicht auf der Faserverbund-Kunststoff-Schicht angeordnet, welche ebenfalls dem besagten Zahnprofil des Grundkörpers folgt. Eine solche obere
Abschlussschicht kann speziellen Anforderungen angepasst sein,
beispielsweise ist sie als Verschleißoberfläche und/oder zur
Reibungsminderung ausgebildet.
Die Erfindung umfasst ebenfalls eine Greiferstange mit einem Greiferrohr aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, in das die erfindungsgemäße
Zahnstange formschlüssig eingezogen ist. Das Greiferrohr ist im Verhältnis zur Zahnstange sehr steif ausgebildet und besteht vorzugsweise aus einem pultrudierten Kunststoff, vorzugsweise einem Carbonfaser-verstärkten Kunststoff. Das verhältnismäßig steife Greiferrohr verleiht der Greiferstange die notwendige Stabilität, während die demgegenüber elastischere
Zahnstange mit der verstärkenden Faserverbund-Kunststoff-Schicht für den permanenten Zahneingriff wichtig ist.
Das Greiferrohr weist im Querschnitt bevorzugt ein C-förmiges Profil auf, welches den Grundkörper von drei Seiten aufnimmt. Die Zahnoberfläche der Zahnstange liegt hierbei frei, damit ein Zahnrad mit den Zähnen kämmen kann.
Schließlich betrifft die Erfindung einen Greifer für Greiferwebmaschinen mit einer wie vorgenannt ausgebildeten Greiferstange sowie einem auf der Greiferstange angeordneten Greiferkopf.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbei- spielen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische, teilweise gebrochene Draufsicht auf einen
Ausschnitt einer Zahnstange mit einer an seinen Seitenkanten in einen Grundkörper eingebetteten Faserverbund-Kunststoff- Schicht;
Figur 2 eine perspektivische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer
Faserverbund-Kunststoff-Schicht; Figur 3 eine perspektivische, teilweise gebrochene Ansicht auf die
Unterseite der Zahnstange gemäß der Figur 2;
Figur 4 eine Zahnstange gemäß der Figur 1 ; Figur 5 ein Greiferrohr, das zur Aufnahme einer Zahnstange gemäß der
Figuren 2-4 dient,
Figur 6 eine erste perspektivische Ansicht eines Greifers mit einer
Greiferstange, bestehend aus Greiferrohr und Zahnstange, und mit einem Greifer, und
Figur 7 den Greifer der Figur 6 in einer zweiten perspektivischen
Ansicht. Die Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Zahnstange 1 für eine
Greiferwebmaschine (nicht dargestellt), wobei die Zahnstange 1 aus einem Grundkörper 2 und einer Faserverbund-Kunststoff-Schicht 11 besteht. Der Grundkörper 2 ist besonders bevorzugt aus einer ausgehärteten
duroplastischen Harzverbindung, wobei hierzu z.B. ein Polyurethan-Harz oder ein Epoxidharz mit entsprechend zugesetzten Additiven zum Einsatz kommt, oder einem Thermoplast, beispielsweise Polyamid. Es können zudem Füllstoffe in Form von Fasern und/oder Partikeln zugesetzt sein.
Der Grundkörper 2 weist einen Boden 7 und zwei in Längsrichtung L der Zahnstange 1 parallel verlaufende Seitenschultern 8 auf, die in Querrichtung Q der Zahnstange 1 beabstandet verlaufen. Der Grundkörper 2 weist ein Zahnprofil 3 mit einer Vielzahl von identischen Zähnen 4 auf, das zwischen den beiden Seitenschultern 8 in Längsrichtung L der Zahnstange 1 ausgebildet ist. Die Zähne 4 weisen hierbei in bekannter Art und Weise Zahnfüße 5 und Zahnköpfe 6 auf, wobei die Zahnköpfe 6 des Grundkörpers 2 knapp unterhalb der Oberkante der Seitenschultern 8 liegen.
Auf dem Grundkörper 2 ist erfindungsgemäß eine Faserverbund-Kunststoff- Schicht 11 ausgebildet, die ebenfalls ein Zahnprofil 13 aufweist, welches dem Zahnprofil 3 des Grundkörpers 2 folgt. Die Faserverbund-Kunststoff- Schicht 11 weist demnach ebenfalls Zähne 14 mit Zahnfüßen 15 und
Zahnköpfen 16 auf (s. Figur 2). Hierbei folgt die Faserverbund-Kunststoff- Schicht 11 , d.h. ohne Unterbrechungen in ihrem Verlauf aufzuweisen, dem Zahnprofil 3 über mehrere Zähne 4, d.h. über mindestens zwei Zähne 4, vorzugsweise sogar über die gesamte Länge des Grundkörpers 2, so dass eine durchgängige Verstärkung der Zahnflanke des Grundkörpers 2 erreicht wird.
Die Faserverbund-Kunststoff-Schicht 11 ist aufgebaut aus einem Kunststoff, in den Verstärkungsfasern 12 eingebettet sind (s. Figur 2, wo die
Verstärkungsfasern 12 angedeutet sind). Der Kunststoff ist beispielsweise ein Duroplast in Form eines Polyurethan-Harzes. Die Verstärkungsfasern 12 sind zumindest teilweise, bevorzugt in Gänze, Endlosfasern, die zudem besonders bevorzugt von Carbonfasern gebildet sind. Es können aber auch Glasfaser oder Polymerfasern (z.B. Aramidfasern) oder Mischungen aus den genannten Fasern verwendet werden. Vorzugsweise laufen die
Verstärkungsfasern 12 hierbei parallel zur Zahnflankenoberfläche. Zusätzlich zu den endlosen Verstärkungsfasern 12 können Wirrfasern als weitere Verstärkungsfasern 12 der Faserverbund-Kunststoff-Schicht 11 zugesetzt sein, beispielsweise Carbon-Wirrfasern.
Um die Faserverbund-Kunststoff-Schicht 11 zu erhalten, wird beispielsweise ein duroplastisches Prepreg verwendet, d.h. ein mit Reaktionsharz
vorimprägniertes (englisch: pre-impregnated) textiles Faser-Matrix-Flalbzeug, das unter Temperatur und Druck ausgehärtet wird. Alternativ kann
beispielsweise auch ein Organoblech zum Einsatz kommen, das aus einem Fasergewebe oder einem Fasergelege besteht, das in eine thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist. Dem Fachmann sind derartige Techniken gut bekannt.
Die endlosen Verstärkungsfasern 12 sind besonders bevorzugt in mehreren Lagen angeordnet wie dies in Figur 2 angedeutet ist. Vorliegend sind drei Orientierungen angedeutet. In einer Lage verlaufen die Verstärkungsfasern in Längsrichtung L der Zahnstange 1 , während die Verstärkungsfasern 12 in den anderen beiden Lagen in dem dargestellten Fall im 90°-Winkel zueinander angeordnet sind und gegenüber der Längsrichtung L der
Zahnstange 1 einen Winkel von -45° bzw. +45° einnehmen.
Der Grundkörper 2 ist vorliegend als Hinterfüllung unter der Faserverbund- Kunststoff-Schicht 11 ausgebildet. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass keine unerwünschten Zwischenräume zwischen den beiden
Zahnprofilen 3 und 13 vorhanden sind. Zudem wird vorliegend eine
formschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper 2 und der
Faserverbund-Kunststoff-Schicht 11 erreicht, indem die Seitenkanten 18 der Faserverbund-Kunststoff-Schicht 11 in den Seitenschultern 8 des Grundkörpers 2 durch Eingießen eingebettet sind (s. Figuren 1 und 2). Die Breite der Einbettung auf beiden Seiten der Faserverbund-Kunststoff-Schicht 11 beträgt einige Millimeter. Auf diese Weise wird eine stabile Zahnstange 1 realisiert.
In der Figur 3 ist ein Ausschnitt des Bodens 7 der Zahnstange 1
wiedergegeben. Hier sind unter jedem Zahnkopf 6 je zwei in Querrichtung Q der Zahnstange 1 durch einen Steg 10 voneinander beabstandete
Aussparungen 9 in dem Grundkörper 2 vorhanden, die beispielsweise im Zuge der Flinterfüllung erzeugt werden. Durch diese Aussparungen 9 kann das Gewicht der Zahnstange 1 reduziert werden, so dass größere
Beschleunigungen und damit höhere Maschinendrehzahlen erreicht werden können. Zwar sinkt die Steifigkeit der Zahnstange 1 durch die Aussparungen 9. Dies ist aber entweder nicht von Relevanz oder kann durch eine
Materialanpassung für den Kunststoff und ggf. darin enthaltene Füllstoffe des Grundkörpers 2 ausgeglichen werden.
In der Figur 4 ist schließlich eine Zahnstange 1 dargestellt, wie sie dann in ein Greiferrohr 23 entsprechend der Figur 5 formschlüssig eingezogen werden kann. Das Greiferrohr 23 besteht vorzugsweise aus einem
Carbonfaser-verstärkten Kunststoff und ist mittels Pultrusion hergestellt. Es weist ein C-Profil mit einem Boden 24 und an ihren Oberkanten leicht umgebogenen Seitenwänden 25 auf. Auf diese Weise wird ein Innenraum 26 erhalten, in den die Zahnstange 1 von der Stirnseite des Greiferrohrs 23 formschlüssig eingezogen wird. Flieraus resultiert eine sog. Greiferstange 22, wie sie in Figur 6 dargestellt ist.
In den Figuren 6 und 7 ist schließlich ein Greifer 20 für Greiferwebmaschinen dargestellt. Der Greifer umfasst eine Greiferstange 22, die ihrerseits ein Greiferrohr 23 aus vorzugsweise Carbonfaser-verstärktem Kunststoff und eine darin formschlüssig eingezogene Zahnstange 1 umfasst, sowie einen auf der Greiferstange 22 angeordneten Greiferkopf 28. Eine solche Anordnung eines Greifers ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der
Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind. So kann beispielsweise eine Deckschicht oder
Außenschicht auf der Faserverbund-Kunststoff-Schicht 11 angebracht sein. Diese Außenschicht kann als Verschleißschutz und/oder zur
Reibungsminderung dienen. Auch kann die Faserverbund-Kunststoff-Schicht 11 in Längsrichtung L der Zahnstange 1 in mehrere beabstandete oder auf Stoß angeordnete Segmente unterteilt sein, wobei jedoch zumindest ein Segment sich über mindestens zwei Zähne 4 des Grundkörpers 2 erstreckt.
Bezuqszeichenliste
1 Zahnstange
2 Grundkörper
3 Zahnprofil
4 Zahn
5 Zahnfuß
6 Zahnkopf
7 Boden
8 Seitenschulter
9 Aussparung
10 Steg
11 Faserverbund-Kunststoff-Schicht
12 Verstärkungsfasern
13 Zahnprofil der Faserverbund-Kunststoff-Schicht
14 Zahn der Faserverbund-Kunststoff-Schicht
15 Zahnfuß der Faserverbund-Kunststoff-Schicht
16 Zahnkopf der Faserverbund-Kunststoff-Schicht
18 Seitenkanten
20 Greifer
22 Greiferstange
23 Greiferrohr
24 Boden
25 Seitenwände
26 Innenraum
28 Greiferkopf
L Längsrichtung der Zahnstange
Q Querrichtung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 Zahnstange (1 ) für Greiferwebmaschinen, wobei die Zahnstange (1 ) mit einem Antriebsritzel einer Antriebseinrichtung der
Greiferwebmaschine in Eingriff bringbar ist,
- mit einem Grundkörper (2) aus einem Kunststoff, wobei der
Grundkörper (2) ein Zahnprofil (3) aufweist, sowie
- mit einer Faserverbund-Kunststoff-Schicht (1 1 ) auf dem Grundkörper (2), wobei die Faserverbund-Kunststoff-Schicht (1 1 ) endlose
Verstärkungsfasern (12) enthält und dem Zahnprofil (3) des
Grundkörpers (2) in Längsrichtung (L) der Zahnstange (1 ) über mehrere Zähne (4) folgt.
2 Zahnstange (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Grundkörpers (2) ausgewählt ist aus der folgenden Gruppe:
- Duroplaste, beispielsweise Polyurethan-Flarze oder Epoxidharze;
- Thermoplaste, beispielsweise Polyamid;
- Elastomere;
wobei in den Kunststoff Füllstoffe, z.B. Fasern und/oder Partikel, eingebettet sein können.
3. Zahnstange (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff der Faserverbund-Kunststoff-Schicht (1 1 ) ausgewählt ist aus der folgenden Gruppe:
- Duroplaste, beispielsweise Polyurethan-Flarze oder Epoxidharze;
- Thermoplaste, z.B. als Bestandteil von Organoblech oder hergestellt mittels In-situ-Polymerisation.
4 Zahnstange (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (12) aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind:
- Carbonfasern;
- Polymerfaser, beispielsweise Aramidfasern;
- Glasfasern;
- Mischungen aus den vorgenannten Fasern.
5. Zahnstange (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverbund-Kunststoff-Schicht (11 ) aus einem der folgenden Materialien hergestellt ist:
- Prepreg, insbesondere ein duroplastisches Prepreg, beispielsweise auf Polyurethan- oder Epoxidharz-Basis;
- ursprünglich trockenes Faserhalbzeug mit infiltriertem Flarz;
- thermoplastisches, multiaxiales, Wärme-umgeformtes Organoblech.
6 Zahnstange (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverbund-Kunststoff-Schicht (11 ) aus mehreren Lagen besteht, wobei die Verstärkungsfasern (12)
zumindest in zwei dieser Lagen in unterschiedlichen Winkellagen verlaufen.
7. Zahnstange (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (12) parallel zur
Zahnflankenoberfläche liegen.
8 Zahnstange (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) als Hinterfüllung unter der Faserverbund-Kunststoff-Schicht (11 ) ausgebildet ist.
9. Zahnstange (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) in seiner Längsrichtung (L) verlaufende Seitenschultern (8) aufweist, welche die Seitenkanten (18) der Faserverbund-Kunststoff-Schicht (11 ) einrahmen.
10. Zahnstange (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkanten (18) der Faserverbund- Kunststoff-Schicht (11 ) in den Seitenschultern (8) eingebettet sind.
11. Zahnstange (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Faserverbund-Kunststoff-Schicht (11 ) in Längsrichtung (L) der Zahnstange (1 ) über mehr als zwei Zähne (4) des Zahnprofils (3) erstreckt, vorzugsweise über fünf oder
beispielsweise zehn Zähne (4).
12. Zahnstange (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverbund-Kunststoff-Schicht (11 ) durchgehend ausgebildet oder in mehreren Sektionen in
Längsrichtung der Zahnstange (1 ) aufgeteilt ist.
13. Zahnstange (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Zahnköpfen (6) des Grundkörpers (2) mehrere in seiner Längsrichtung (L) hintereinander angeordnete Aussparungen (9) vorgesehen sind.
14. Zahnstange (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens zwei Aussparungen (9) in
Querrichtung (Q) des Grundkörpers (2) nebeneinander angeordnet sind, die von einem Steg (10) getrennt sind.
15. Zahnstange (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Abschlussschicht auf der
Faserverbund-Kunststoff-Schicht (11 ) angeordnet ist, welche ebenfalls dem besagten Zahnprofil (3) des Grundkörpers (2) folgt.
16. Greiferstange (22) mit einem Greiferrohr (23) aus vorzugsweise Carbonfaser-verstärktem Kunststoff sowie mit einer in das Greiferrohr (23) formschlüssig eingezogenen Zahnstange (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
17. Greifer (20) für Greiferwebmaschinen mit einer Greiferstange (22) nach dem vorhergehenden Anspruch sowie einem auf der
Greiferstange (22) angeordneten Greiferkopf (28).
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