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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kunststoff-Wirkwerkzeugbarre,
bei dem man aus einem Kunststoff-Halbzeug einen Korpus formt, den
Kunststoff aushärten
läßt und mindestens ein
Befestigungselement in die Barre einbaut.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine Kunststoff-Wirkwerkzeugbarre mit einem
Korpus, der mindestens eine Schicht aus faserverstärktem Kunststoff aufweist,
und mindestens einem Befestigungselement, das mit dem Korpus verbunden
ist, wobei sich das Befestigungselement zumindest teilweise durch die
Schicht hindurch erstreckt.
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Ein
derartiges Verfahren und eine derartige Wirkwerkzeugbarre sind beispielsweise
aus
DE 41 11 108 A1 bekannt.
Ein Formkörper,
der zur Befestigung von weiteren Bauteilen Muttergewindestücke oder
Muttergewinde enthält,
wird mit Bändern
aus Kunststoff umkleidet, die jeweils mit einer Verstärkungsfäden enthaltenden
Matte verstärkt
sind. Wenn der Kunststoff der Bänder
ausgehärtet
ist, werden Löcher
durch den Kunststoff gebohrt, die dann mit den Muttergewinden der
Muttergewindestücke übereinstimmen
müssen.
Um die Ausrichtung zu erleichtern, kann man auch die Löcher durch
den Kunststoff und die Löcher
für die
Muttergewinde gleichzeitig bohren und anschließend jeweils ein Gewinde in
die Muttergewindestücke
einschneiden.
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Ein
derartig Herstellungsverfahren ist relativ aufwendig. Nach dem Aushärten des
Kunststoffs ist noch eine Reihe von Bearbeitungsschritten erforderlich.
Darüber
hinaus benötigt
man bei einer derartigen Ausgestaltung relativ große Muttergewindestücke, um
sicherzustellen, daß beim
Bohren der Löcher immer
genügend
Material stehenbleibt, um Schrauben in die Gewinde einschrauben
zu können.
Dies erhöht
die Masse der Barre. Wenn man kleinere Muttergewindestücke verwendet,
dann ist eine sehr genaue Positionierung mit einem entsprechend
hohen Aufwand erforderlich.
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DE 203 14 470 U1 zeigt
eine Barre aus faserverstärktem
Kunststoff-Hohlprofil, das während
der Herstellung um einen Formkörper
ausgebildet wird. Der Formkörper
ist mit Einlagen versehen. Die Einlagen bestehen aus einem leichten
metallischen Werkstoff, z.B. Aluminium, und sind regelmäßig mit
glatten Durchbrüchen
versehen oder mit Durchbrüchen,
die Innengewinde besitzen. Die übrigen
Bereiche des Formkörpers
bestehen beispielsweise aus einem Hartschaum-Kunststoff. Üblicherweise
wird der Formkörper
in der Barre verbleiben. Wenn die Barre über ihre Längserstreckung ein gleichbleibendes Profil
aufweist, dann kann der Formkörper
nach dem Herstellungsvorgang aus dem Hohlkörper entfernt werden. In diesem
Fall werden die Einlagen mittels Klemmschrauben oder Klebstoff an
der Barre fixiert. Daraus ergibt sich ein relativ hoher Aufwand
bei der Herstellung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Herstellen einer Kunststoff-Wirkwerkzeugbarre zu
vereinfachen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß man das
Befestigungselement in das Kunststoff-Halbzeug vor dem Aushärten einsetzt.
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Mit
dieser Vorgehensweise ist sichergestellt, daß das Befestigungselement immer
an der richtigen Position liegt. Man kommt also mit relativ kleinen
Befestigungselementen aus. Da das Befestigungselement vor dem Aushärten in
das Kunststoff-Halbzeug eingesetzt wird, wird es beim Aushärten des
Kunststoffs automatisch mit eingehärtet, also mit befestigt. Der
Kunststoff kann das Befestigungselement sehr eng umschließen, so
daß das
Befestigungselement mit einer vergleichsweise hohen Haltekraft im
Kunststoff der Wirkwerkzeugbarre gehalten wird. Dementsprechend
kann man auch dann, wenn größere Kräfte auf
des Befestigungselement wirken, relativ kleine Befestigungselemente
verwenden, weil diese sehr stabil in der Barre befestigt sind. Es
besteht praktisch keine Gefahr, daß man Löcher zu groß fertigt und damit die Tragfähigkeit
der Barre in unnötiger
Weise schwächt.
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Vorzugsweise
setzt man das Befestigungselement in das Kunststoff-Halbzeug ein,
solange es flächig
vorliegt. Ein flächiges
Material läßt sich
in der Regel wesentlich einfacher handhaben als ein räumlich geformtes
Material. Dementsprechend kann man mit einem geringen Aufwand eine
sehr präzise
Positionierung des Befestigungselements vornehmen.
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Auch
ist von Vorteil, wenn man das Befestigungselement auf einem Träger fixiert,
der in eine zum Aushärten
verwendete Form gemeinsam mit dem Halbzeug eingelegt wird. Die Position
des Befestigungselements wird dann durch den Träger bestimmt, so daß eine relativ
genaue Positionierung erreicht werden kann. Der Träger bleibt
mit dem Befestigungselement auch beim Aushärten verbun den. Nach dem Aushärten wird
der Träger
dann gemeinsam mit der Form von der Barre entformt und von der Barre
gelöst.
Dies hat darüber
hinaus den Vorteil, daß man
automatisch sicherstellt, daß eine Öffnung, über die
man von außen
auf das Befestigungselement zugreift, bestehen bleibt. Dementsprechend sind
keine zusätzlichen
Maßnahmen
erforderlich, um diese Öffnung
später
zu erzeugen.
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Vorzugsweise
verwendet man zum Fixieren des Befestigungselements am Träger eine
Befestigungsgeometrie des Befestigungselements, mit der die fertige
Barre mit anderen Elementen einer Wirkmaschine in Verbindung gebracht
wird. Wenn beispielsweise das Befestigungselement ein Innengewinde
aufweist, dann kann man den Träger
mit Hilfe einer Schraube mit dem Befestigungselement verbinden.
Natürlich
sind auch andere Befestigungsgeometrien möglich.
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Vorzugsweise
erzeugt man vor dem Einbringen des Befestigungselements ein Loch
in dem Kunststoff-Halbzeug. Durch die Erzeugung eines Lochs wird
die Faserstruktur des faserverstärkten Kunststoff-Halbzeugs
allenfalls lokal gestört
oder unterbrochen. Die Fasern werden im übrigen nicht verdrängt oder
verlagert. Das Kunststoff-Halbzeug
ist vorzugsweise aus mehreren in verschiedenen Richtungen übereinandergelegten
Prepregs oder Kohlefasermatten gebildet. Wenn man vor dem Einbringen des
Befestigungselements ein Loch erzeugt, dann kann man lokal Fasern,
die in unterschiedliche Richtungen verlaufen, durchtrennen oder
umordnen, ohne den Gesamtzusammenhang der Fasern im übrigen größer zu stören.
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Dies
gilt insbesondere dann, wenn man das Loch ausstanzt. Beim Ausstanzen
ergibt sich in der Regel eine relativ glatte Schnittkante, so daß die Störungen in
der Faserstruktur tatsächlich
lokal auf dieses Loch begrenzt ist.
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In
einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß man das
Loch durch Furchen erzeugt. Beim Furchen wird ein Werkzeug mit einer
Spitze und einer daran anschließenden
vorzugsweise konischen Durchmesservergrößerung durch das Halbzeug gedrückt. Dabei
werden die Verstärkungsfasern nicht
zerstört,
sondern seitlich verdrängt,
so daß die Barre
später
eine hohe Stabilität
besitzt. Wenn die Verstärkungsfasern
in unterschiedlichen Lagen des Halbzeugs unterschiedliche Orientierungen
haben, ist mit dem Furchen auch in der Umgebung des Lochs keine
nennenswerte Schwächung
verbunden, weil die Verstärkungsfasern
nur seitlich zu ihrer Längserstreckung
verdrängt
werden können.
Der Durchmesser des Werkzeugs wird letztendlich so groß gewählt wie
der Durchmesser des Befestigungselements.
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Vorzugsweise
ordnet man dem Befestigungselement benachbart mindestens eine Verstärkung aus
Kunststoff-Halbzeug so an, daß sie
von einem Stützflansch
des Befestigungselements übergriffen
wird. Die Verwendung eines Stützflanschs
am Befestigungselement bietet eine erhöhte Sicherheit dagegen, daß das Befestigungselement,
das im übrigen
eng von dem Kunststoff umschlossen ist, der sich beim Aushärten eng
an das Befestigungselement angelehnt hat, aus dem ausgehärteten Kunststoff
umschlossen wird. Die Verwendung einer zusätzlichen Verstärkung bewirkt,
daß der
Kunststoff in der Umgebung des Befe stigungselements lokal verstärkt wird,
so daß man
zum späteren
Befestigen von Anbauteilen an der Barre oder zum Befestigen der Barre
an einer Wirkmaschine größere Kräfte aufbringen
kann, ohne daß die
Gefahr eine Beschädigung besteht.
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Auch
ist von Vorteil, wenn man zwischen der Verstärkung und dem Befestigungselement
einen Hohlraum vorsieht, in den man Kunststoff mit Fasern beim Pressen
verdrängt.
Damit ergibt sich eine noch bessere Abstützung des Befestigungselements
in der Barre. Beispielsweise kann man ein Befestigungselement mit
einem konisch zulaufenden Schaft verwenden und dafür sorgen,
daß der
Kunststoff beim Aushärten
in die im Querschnitt dreieckförmigen
Ausnehmungen hineinfließt,
so daß das
Befestigungselement noch besser festgehalten wird.
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Bevorzugterweise
legt man das Kunststoff-Halbzeug unter Ausbildung eines Innenraums
in eine Pressenform ein und beaufschlagt den Innenraum beim Pressen
mit Innendruck. In diesem Fall kann man die Barre als geschlossenes
Hohlprofil herstellen, ohne daß man
im Innern des Korpus der Barre einen Formkörper oder dergleichen benötigt. Da der
Innenraum hohl bleibt, kann die Masse der Barre klein gehalten werden.
Die Erzeugung eines Innendrucks reicht aus, um die zum Pressen des
Kunststoff-Halbzeugs
erforderlichen Kräfte
aufzubringen. Mit der Erzeugung des Innendrucks ist es in der Regel
auch möglich,
den Kunststoff überall
dorthin fließen
zu lassen, wo es erwünscht
ist, insbesondere eng an das Befestigungselement anzulegen.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß man
einen Schlauch mit dem Kunststoff-Halbzeug in die Pressenform einlegt
und das Kunststoff-Halbzeug um den Schlauch herum führt, wobei
man den Schlauch unter Druck setzt. Wenn der Schlauch dann aufgeblasen
wird, preßt
er das Kunststoff-Halbzeug von innen gegen die Pressenform beziehungsweise
gegen den in die Pressenform eingelegten Träger, so daß man auch bei relativ geringen
Wandstärken
eine ausreichende Stabilität
der Barre erhält.
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Die
Aufgabe wird bei einer Kunststoff-Wirkwerkzeugbarre der eingangs
genannten Art dadurch gelöst,
daß das
Befestigungselement in die Schicht eingehärtet ist.
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Das
Befestigungselement ist also sozusagen Bestandteil der Schicht.
Zum einen erstreckt sich das Befestigungselement zumindest teilweise
durch die Schicht hindurch, so daß es geometrisch Bestandteil der
Schicht ist. Zum anderen wird das Befestigungselement beim Pressen
des Kunststoffs so eng vom Kunststoff umschlossen, daß der Kunststoff
mit dem Befestigungselement vollflächig verklebt. Dies ergibt eine
außerordentlich
hohe Haltekraft für
das Befestigungselement im Korpus.
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Vorzugsweise
weist das Befestigungselement im Innern des Korpus einen Stützflansch
auf. Der Stützflansch
sichert dagegen, daß das
Befestigungselement aus dem Korpus herausgezogen werden kann. Der
Stützflansch
bildet also zusätzlich
eine Art Formschluß,
so daß die
Kräfte,
mit denen man das Befestigungselement beaufschlagen kann, relativ
groß gewählt werden
können.
Da der Stützflansch im
Innern des Korpus angeordnet ist, ist er von außen nicht zugänglich und
kann dementsprechend nicht zerstört
oder beschädigt
werden.
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Vorzugsweise
schließt
der Stützflansch
mit einer Befestigungsachse einen Winkel <90° ein.
Diese Ausbildung des Befestigungselements erleichtert die Herstellung.
Beim Einlegen des Befestigungselements in das Kunststoff-Halbzeug
liegt das Befestigungselement nur mit einem relativ kleinen Bereich auf
dem Kunststoff-Halbzeug
auf.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß der
Kunststoff zumindest im Bereich parallel zur Längserstreckung der Barre einen
Raum bis zum Stützflansch
vollständig ausfüllt. Damit
ergibt sich in der unmittelbaren Umgebung des Befestigungselements
eine Verdickung, die die Belastbarkeit des Befestigungselements
in der Barre weiter vergrößert. Diese
Belastbarkeit kann noch dadurch gesteigert werden, daß man im
Bereich des Befestigungselements zusätzliche Schichten aus Kunststoff-Halbzeug
aufeinanderlegt, so daß sich
letztendlich lokal vorbestimmte Verdickungen ergeben.
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Vorzugsweise
weist das Befestigungselement einen Schaft auf, der die Schicht
vollständig durchragt.
Dies hat den Vorteil, daß eine
relativ große Befestigungslänge dem
Befestigungselement zur Verfügung
steht.
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Auch
ist von Vorteil, wenn der Schaft mit der Außenseite der Barre abschließt. Damit
ergibt sich eine glatte Außenseite
der Barre, so daß das
Risiko von Störungen
oder Verletzungen von Bedienungspersonen relativ klein ist.
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Vorzugsweise
ist der Schaft konisch ausgebildet. Dies läßt eine weitere Erhöhung der
Kräfte
zu, die auf das Befestigungselement wirken können. Der Kunststoff des Korpus
legt sich beim Pressen vollständig
an den konischen Schaft an und bildet zur Aufnahme des Schalters
einen trichterförmigen Raum,
der sich nach außen
verjüngt.
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Vorzugsweise
weist der Korpus einen Innenraum auf, in dem ein Schlauch angeordnet
ist, der von innen am Korpus anliegt und das Befestigungselement
von innen überdeckt.
Der Schlauch wird beim Pressen der Barre verwendet, um im Innenraum
einen Druck zu erzeugen. Dabei verklebt der Schlauch mit der Barre
und gegebenenfalls auch mit dem Befestigungselement, so daß er im
Innenraum erhalten bleibt.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
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1 ein
Kunststoff-Halbzeug mit eingesetzten Befestigungselementen im Schnitt,
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2 das
Kunststoff-Halbzeug im perspektivischer Darstellung,
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3 das
in eine Pressenform eingelegte Kunststoff-Halbzeug,
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4 einen
Schnitt durch eine fertige Barre und
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5 einen
Schnitt durch die fertige Barre an einer anderen Position in Längsrichtung.
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1 zeigt
ein Halbzeug 1 aus einem faserverstärkten Kunststoff in ausgebreiteter
und flächiger Form.
Der dargestellte Querschnitt zeigt das Halbzeug entsprechend einem
Querschnitt einer fertigen Barre, wie er in den 4 und 5 dargestellt
ist. Das Halbzeug 1 ist hier durch ein Prepreg gebildet. Für die nachfolgende
Erläuterung
wird dieses Halbzeug 1 auch als "Schicht" bezeichnet, auch wenn es tatsächlich aus
mehreren Lagen zusammengesetzt ist. In diesem Fall können Verstärkungsfasern
in jeder einzelnen Lage parallel zueinander angeordnet sein. Die
Fasern unterschiedlicher Lagen haben dann unterschiedliche Orientierungen.
Die Dicke des Halbzeugs 1 beträgt beispielsweise 2 mm.
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In
das Halbzeug 1 sind mehrere Löcher 2, 3 eingestanzt.
Durch jedes Loch ist ein Befestigungselement 4, 5 geführt. Die
Löcher 2, 3 können auch
dadurch gebildet werden, daß man
ein spitzes Werkzeug durch das Halbzeug 1 hindurchdrückt, so
daß die
Verstärkungsfasern
des Halbzeugs 1 nicht geschnitten, sondern seitlich verdrängt werden.
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Das
Befestigungselement 4 weist einen konischen Schaft 6 und
einen Stützflansch 7 auf,
wobei der Stützflansch 7 mit
einer Befestigungsachse 8 einen spitzen Winkel einschließt.
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Das
Befestigungselement 5 weist einen zylindrischen Schaft 9 und
einen Stützflansch 10 auf, der
eine etwas geringere Erstreckung als der Stützflansch 7 hat.
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Wie
aus 2 zu erkennen ist, sind auf das Halbzeug 1 mehrere
Verstärkungen
aufgelegt. Dabei handelt es sich um zwei Streifen 11, 12,
die sich parallel zur Längserstreckung
des Halbzeugs 1 erstrecken und beidseits der Befestigungselemente 4 angeordnet
sind. Die Anordnung der Streifen 11, 12 ist dabei
so, daß die
Streifen 11, 12 vom Stützflansch 7 der Befestigungselemente 4 übergriffen
werden, d.h. der Stützflansch 7 stützt sich
auf den Streifen 11, 12 ab. Zwischen den Streifen 11, 12 verbleibt
eine Lücke 13.
Im Bereich der Lücke 13 liegt
der Stützflansch 7 weder
auf den Streifen 11, 12 noch auf dem Halbzeug 1 auf.
Die Streifen 11, 12 können genauso aufgebaut sein
wie das Halbzeug, also durch mehrere Lagen von UD-Prepregs, deren
Fasern unterschiedliche Orientierungen aufweisen. Auch die Streifen 11, 12 können eine
Dicke von ca. 2 mm aufweisen.
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Im
Bereich der Befestigungselemente 5 ist eine weitere Verstärkung 14 vorsehen,
die die Befestigungselemente 5 vollständig umgibt. Zweckmäßigerweise
wird die Verstärkung 14 auf
das Halbzeug 1 aufgelegt, bevor die Löcher 3 ausgestanzt
werden. Die Verstärkung 14 ist
genauso aufgebaut wie die Streifen 11, 12.
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Um
die Befestigungselemente 4, 5 in den Löchern 2, 3 zu
fixieren, sind Träger 15, 16 vorgesehen. Jeder
Träger 15, 16 wird
auf der den Stützflanschen 7, 10 gegenüberliegenden
Seite des Halbzeugs 1 an das Halbzeug angelegt. Schraubbolzen 17, 18 werden
durch die Träger 15, 16 hindurch
und in Innengewinde 19, 20 der Befestigungselemente 4, 5 eingeschraubt.
Dabei können
die Schraubbolzen 17, 18 so angezogen werden,
daß die
Befestigungselemente 4, 5 mit ihrem Schaft 6, 9 auf
den Trägern 15, 16 aufstehen.
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Eine
weitere Verstärkung 21 ist
entlang der anderen Längskante
des Halbzeugs 1 aufgelegt, deren Aufbau dem der Streifen 11, 12 entspricht.
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Das
mit den Befestigungselementen 4, 5, den Streifen 11, 12 und
den Verstärkungen 14, 21 versehene
Halbzeug 1 wird gemeinsam mit den Trägern 15, 16 in
eine Pressenform 22 eingelegt. Die Pressenform 22 weist
ein Oberteil 23 und ein Unterteil 24 auf. Im Oberteil 23 ist
eine Ausnehmung 25 für den
Träger 16 und
im Unterteil 24 ist eine Ausnehmung 26 für den Träger 15 vorgesehen
(3).
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Das
Halbzeug 1 wird nun so in die Pressenform 22 eingelegt,
daß sich
ein Innenraum 27 ergibt und das Halbzeug 1 sich
im Bereich seiner beiden Verstärkungen 14, 21 überlappt.
In diesem Stadium gibt es zwischen dem Befestigungselement 4 und den
Streifen 11, 12 jeweils noch einen kleinen Hohlraum 28.
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In
den Innenraum 27 wird ein Schlauch 29 eingelegt,
der unter Druck gesetzt wird, solange der Kunststoff des Halbzeugs 1,
des Streifens 11, 12 der Verstärkungen 14, 21 noch
formbar ist. Natürlich kann
man den Schlauch 29 bereits einlegen, bevor man das Halbzeug
in die dargestellte Schleife legt. Die Pressenform 22 wird
bei der Druckbeaufschlagung des Schlauchs 29 geschlossen
gehal ten und ebenfalls unter Druck gesetzt. Dabei werden die Bereich
entlang der Längskanten
des Halbzeugs 1 mit den dazwischenliegenden Verstärkungen 14, 21 aufeinandergepreßt. Das
Halbzeug 1 wird durch den im Schlauch 29 herrschenden
Druck von innen gegen die Pressenform 22 gepreßt, so daß sich eine
Barre 30 ergibt, wie sie in den 4 und 5 dargestellt ist.
Daraus ist zu erkennen, daß der
Kunststoff der Streifen 11, 12 den Bereich bis
zum Stützflansch 7 des
Verstärkungselements 4 vollständig ausgefüllt hat.
Das Verstärkungselement 4 durchragt
das Halbzeug 1 und die Streifen 11, 12 vollständig und schließt mit der
Außenseite 31 der
Barre 30 glatt ab. Dies ist auf einfache Weise dadurch
erreicht worden, daß der
Träger 15 eine
Begrenzung für
die Außenseite 31 bildet.
Durch Spalte, die sich zwischen der Pressenform 22 und
den Trägern 15, 16 ergeben, kann überflüssiger Kunststoff
verdrängt
werden.
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Die
Bereiche des Halbzeugs 1 entlang seiner Längskanten
mit den Verstärkungen 14, 21 bilden nun
einen Befestigungsabschnitt 32 zur Aufnahme von Wirkwerkzeugen,
beispielsweise Nadeln 33, die mit Hilfe eines Klemmstücks 34 und
eines Schraubbolzens 35 am Befestigungsabschnitt 32 festgeklemmt
werden können.
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Der
Schlauch 29 verbleibt im Innern der Barre 30.
Er deckt das Befestigungselement 4 ab, so daß die Gefahr
gering ist, daß durch
das Befestigungselement 4 Verunreinigungen in das Innere
der Barre 30 gelangen.
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5 zeigt
die Barre 30 in einer Schnittansicht außerhalb der Befestigungselemente 4.
Es ist zu erkennen, daß im
Bereich der Lücke 13 eine
verringerte Wandstärke der
Bodenwand 36 entstanden ist. Dies ist aber unkritisch,
weil hier keine Befestigungselemente 4 vorgesehen sind.
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Der
Stützflansch 10 des
Befestigungselements 5 ist sozusagen allseitig von Kunststoff
umgeben, so daß der
Stützflansch 5 vollständig formschlüssig in
dem Befestigungsabschnitt 32 gehalten ist.
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Auch
der Schaft 9 des Befestigungselements 5 schließt mit der
Außenseite
der Barre 30 ab.