DE3620081A1 - Verfahren zur herstellung von mit an der oberflaeche mit einer struktur versehenen stangenartigen teilen aus thermoplastischen kunststoffen - Google Patents

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.