DE69804263T2

DE69804263T2 - Zahnrad mit Verbundstruktur für die Kontrolle von Greiferbänden in Webmaschinen und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE69804263T2
Application number: DE69804263T
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Casarotto
Original assignee: Promatech SpA
Current assignee: Promatech SpA
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2018-04-18
Also published as: ITMI970960A0; ES2171280T3; IT1291653B1; EP0874074A1; DE69804263D1; ITMI970960A1; EP0874074B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Zahnrad, um die Bewegung von Greiferbändern in Webstühlen zu steuern. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Verbundstruktur des genannten Zahnrads und auf ein Verfahren, ein solches herzustellen.
Es ist bekannt, daß bei modernen Textilmaschinen aufgrund der sehr hohen Geschwindigkeiten und der als Folge davon großen Trägheitskräfte häufig erhebliche Probleme im Zusammenhang mit dem Verschleiß der Greiferbänder und dem Verschleiß der Zahnräder auftreten, die deren Vor- und Zurückbewegung innerhalb des Webfachs steuern. Diesen Problemen hat man seit langem dadurch entgegenzutreten versucht, daß auf der einen Seite die Geometrien der Zähne des Zahnrads und der Schlitze der Bänder, die damit in Eingriff stehen, sorgfältig untersucht wurden, und andererseits dadurch, daß die Materialien in geeigneter Weise ausgesucht wurden, die für die Konstruktion der Zahnräder und der Greiferbänder verwendet wurden. Trotz dieser Bemühungen sind die Lösungen, die bis heute verwendet werden, nicht vollständig zufriedenstellend.
Die grundsätzlichen Anforderungen, die durch die vorstehend genannten Zahnräder erfüllt werden müssen, betreffen hauptsächlich den Widerstand gegen Verschleiß, geringes Gewicht, Dimensionsstabilität und große Steifigkeit, wobei einige dieser Merkmale im Gegensatz zueinander stehen.
Bis vor einiger Zeit wurden die Zahnräder, um die genannten Anforderungen zu erfüllen, üblicherweise durch Abformen oder Spritzgießen aus leichten Legierungen erhalten, oder aus Kunststoffmaterialien unterschiedlicher Arten: Wenn solche Materialien auf der einen Seite genügend leicht sind, um nicht übermäßige Trägheitsmomente in dem Zahnrad zu erzeugen, weisen sie auf der anderen Seite häufig nur geringen Verschleißwiderstand auf, einen unzureichend niedrigen Elastizitätskoeffizienten und eine unzureichende Dimensionsstabilität.
Ein erster Versuch, um die unterschiedlichen, gegensätzlichen Merkmale dieser Zahnräder kompatibel miteinander zu gestalten, ist in der US-A-4,696,200 beschreiben. Dieses Patent schlägt ein Zahnrad aus einer Verbundstruktur vor, das mit einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, welches sich dazu eignet, sein geringes Gewicht zu gewährleisten, wobei die Verzahnung aus Metallblech hergestellt wird, einem ausreichend starren und verschleißbeständi gen Material, das in geeigneter Weise gestanzt, gebogen und entlang des Umfangs des Kunststoffrades angebracht wird. Eine ähnliche Lösung ist in der EP 0 751 246 A vorgeschlagen worden.
Dennoch ist auch diese Lösung nicht optimal, da das Kunststoffmaterial, aus dem das Zahnrad hergestellt wird, nicht dazu geeignet ist, eine angemessene Steifigkeit und Dimensionsstabilität bereitzustellen, wobei darüber hinaus die Kombination des Metallblechs, aus dem die Verzahnung besteht, mit dem Radkörper aus Kunststoffmaterial Anlaß zu Defekten geben kann.
Tatsächlich hat die Lösung, die in dem vorstehend genannten Patent vorgeschlagen ist, den Vorteil, daß die Möglichkeit der Verwendung einer Verbundstruktur erstmalig beschrieben ist, aber sie steht immer noch in Verbindung mit herkömmlichen Konzepten und Technologien, die sich nicht dazu eignen, voll von den Vorteilen zu profitieren, die durch Verbundstrukturen bereitgestellt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Nachteile des bekannten Stands der Technik zu überwinden, indem ein Zahnrad mit einer verbesserten Verbundstruktur bereitgestellt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Zahnrad nach Anspruch 1 gelöst, um die Bewegung der Greiferbänder in Webstühlen zu steuern, welches eine Verbund-Tragstruktur aufweist, die durch eine sandwichartige Zwischenanordnung einer Scheibe aus einem hochwiderstandsfähigen leichten Material zwischen zwei Scheiben aus Kohlefaser oder aus Glasfaser oder aus einem metallischen Film erhalten wird, wobei eine kreisförmige metallische Verzahnung entlang des Umfangs der genannten Scheibe aus hochwiderstandsfähigem leichten Material aufgebracht ist und die Verbindung zwischen den beiden Scheiben und mit der metallischen Verzahnung durch ein Kunstharz gewährleistet ist.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren nach Anspruch 12 bereit, um ein Zahnrad mit Verbundstruktur herzustellen, um die Bewegung von Greiferbändern in Webstühlen zu steuern, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, daß eine metallische Verzahnung in ein kreisförmiges Formwerkzeug eingelegt wird, wobei entlang seines Umfangs in dem Formwerkzeug zwei Scheiben aus Kohlefaser oder aus Glasfaser oder aus einem metallischen Film positioniert sind, wobei eine Scheibe aus hochwiderstandsfahigem leichten Material zwischen gelegt ist, und wobei ein Kunstharz anschließend in das Formwerkzeug eingespritzt wird, um die genannten Scheiben zu imprägnieren und um die Nuten, die zwischen den Zähnen der metallischen Verzahnung ausgebildet sind, und die Zwischenräume zwischen den Zähnen und den Scheiben aus Kohlefaser zumindest teilweise auszufüllen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung deutlich, die beispielhaft und unter Erläuterung durch die beigefügten Zeichnungen mitgeteilt wird, in der:
Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Zahnrads nach der Erfindung zeigt, wobei seine strukturelle Zusammensetzung deutlich wird;
Fig. 2 eine auseinandergezogene Längsschnitt- und Querschnittsdarstellung (B-B) des in Fig. 1 dargestellten Zahnrads zeigt, wobei insbesondere eine erste Ausführungsform seiner Verzahnung dargestellt ist;
Fig. 2A eine Variante der ersten Ausführungsform der Verzahnung des in Fig. 1 dargestellten Zahnrads ist; und
Fig. 3 eine Schnittansicht, ähnlich der nach Fig. 2, einer zweiten Ausführungsform des Zahnrads nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, besteht das Zahnrad nach der vorliegenden Erfindung aus einem runden Kern in Form einer Scheibe 1 aus hochwiderstandsfähigem leichten Material, bspw. aus einem mikrozellularen Kunststoffmaterial mit geringer Dichte, dessen Umfang eine Verzahnung 3 aus Metallblech zugeordnet ist, sowie aus zwei Scheiben 2 aus Kohlefaser, zwischen denen die Scheibe 1 angeordnet ist.
Ein Kunstharz 4, vorzugsweise ein wärmehärtbares Harz, wie bspw. ein Epoxidharz, hält die vorstehend genannten Elemente in Verbindung miteinander, nachdem es durch Polymerisation ausgehärtet ist, die durch eine Behandlung bekannter Art erhalten wird, bspw. durch Thermopolymerisation.
In der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform weist die Scheibe 1 eine kreisförmige, glatte Kontur auf, und die Verzahnung 3 aus Metallblech ist in geeigneter Weise geformt und durch eine Füllung aus Harz 4 daran angegliedert.
In einer Variante dieser Ausführungsform, die in Fig. 2A dargestellt ist, weist die Scheibe 1 statt dessen eine gezahnte Kontur auf, entlang der die in geeigneter Weise geformte Verzahnung 3 aus Metallblech unmittelbar aufgebracht und dann mit Hilfe des Harzes 4 verankert ist.
Schließlich weist die Scheibe 1 in der zweiten Ausführungsform des Zahnrades, die in Fig. 3 dargestellt ist, wiederum eine kreisförmige, glatte Kontur auf, entlang der ein kreisförmiges, metallisches, verzahntes Profil 3a mit festen Zähnen aufgebracht ist, das dann nach außen hin mit Harz 4 versiegelt wird.
Die Scheibe 1 aus Kunststoffmaterial wird in üblicher Weise durch Schneiden oder eine sonstige Art maschineller Bearbeitung aus einer Platte oder Tafel erhalten, und die Scheiben 2 aus Kohlefaser werden bevorzugt dadurch erhalten, daß sie aus einem Stoff ausgeschnitten werden, der mit den genannten Fasern vorab gesättigt ist.
Vorzugsweise füllt das Harz 4, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, teilweise die Nuten, die zwischen den Zähnen gebildet sind, so daß eine zwangsläufige Verbindung zwischen der Verzahnung 3 aus Metallblech - oder dem gezahnten Profil 3a - und der Kernscheibe 1 gebildet ist. Zu diesem Zweck weisen die Scheiben 2 einen Durchmesser auf, der den Wurzeldurchmesser des fertigen Zahnrads entspricht, und somit etwas größer ist als der Zahnbasisdurchmesser der Kernscheibe 1; dies ermöglicht es. Rückhaltewände für das Epoxidharz zu bilden, das die Nuten zwischen den Zähnen ausfüllt. Weiterhin, wie man aus den Querschnittsansichten B-B der Fig. 2, 2A und 3 entnimmt, ist das Profil der Verzahnungen 3 und 3a, die mit der Scheibe 1 zu verbinden sind, an der Basis zulaufend gestaltet, um die Zähne auf eine möglichst wirksame Weise in das Harz 4 einzubetten.
Das auf diese Weise erhaltene Zahnrad löst die Aufgabe der vorliegenden Erfindung vollständig, indem es eine hervorragende Starrheit bzw. Steifigkeit und Dimensionsstabilität aufweist, sowie ein äußerst geringes Gewicht, das im wesentlichen durch die Verbund- Sandwichstruktur mit Kohlefasern bestimmt wird, und auch einen ausreichenden Verschleiß widerstand, der durch die Verzahnung aus Metallblech gewährleistet wird, die dazu bestimmt ist, unmittelbar auf das Greiferband einzuwirken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Zahnrad noch leichter gestaltet werden, indem Löcher 5 durch die Dicke der Scheibe 1 und der beiden Scheiben 2 ausgebildet werden. Solche Löcher können bspw. dadurch erhalten werden, daß das Harz nach dem Aushärten ausgestanzt wird. Die gleiche Technik könnte dazu verwendet werden, ein mittleres Durchgangsloch 6 herzustellen, um das Zahnrad auf seiner nicht dargestellten Tragwelle zu verkeilen.
Alternativ und um die Kontinuität der Kohlefasern nicht zu unterbrechen, könnten die Löcher 5 in den beiden Scheiben 2 vor dem Aushärten des Harzes gebildet werden, indem die Maschen der Kohlefasern in geeigneter Weise aufgeweitet werden, wie dies an sich bekannt ist.
Darüber hinaus könnte die Verbindung zwischen den Scheiben 2 und der Kernscheibe 1 weiter mit Hilfe von Nieten verbessert werden, die nach Aushärtung des Harzes durch Polymerisation in kleine Löcher 7 eingebracht werden, die an geeigneten Stellen in der Scheibe 1 und in den beiden Scheiben 2 ausgebildet sind.
Das Zahnrad nach der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung des folgenden Verfahrens hergestellt werden.
Eine erste Scheibe 2 aus Kohlefaser oder aus Glasfaser wird in eine geeignete, im wesentlichen kreisförmige Form eingebracht. Die Verzahnung aus Metall wird dann in die Form eingebracht und dazu veranlaßt, entlang ihrer in geeigneter Weise geformten Umfangskontur daran zu haften. Anschließend wird auch die Kernscheibe 1 und die zweite Scheibe 2 darin eingelegt. Die Form wird dann geschlossen, und Epoxidharz oder ein anderes synthetisches Harz wird in diese eingespritzt, so daß die beiden Scheiben 2 und die Kernscheibe 1 imprägniert werden und die Nuten, die zwischen den Zähnen der metallischen Verzahnung gebildet sind, sowie die Zwischenräume zwischen den Zähnen und den beiden Scheiben aus Kohlefaser teilweise gefüllt werden. Abschließend wird eine geeignete thermische Behandlung mit der Form ausgeführt, um die Wärmeaushärtung des Harzes zu veranlassen und seine Polymerisierung abzuschließen, so daß es die erforderlichen mechanischen Eigenschaften erhält.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden dann Löcher 5 zur Gewichtseinsparung in die Dicke der Scheiben 1 und 2 ausgebildet.
Es sei allerdings darauf verwiesen, daß die Erfindung nicht auf die speziellen, vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, die lediglich nicht beschränkende Beispiele des Bereichs der Erfindung zeigen, sondern daß eine Anzahl von Varianten denkbar ist, die alle innerhalb des Griffbereichs eines Fachmanns auf dem vorliegenden Gebiet liegen, ohne daß dadurch der Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.
Insbesondere ist es möglich, obwohl bevorzugt auf Scheiben 2 aus Kohlefaser Bezug genommen worden ist, durch entsprechendes Einstellen der Dicken und Verwenden eines geeigneten synthetischen Harzes auch Scheiben aus Glasfasern oder aus anderen leichten Fasern oder Scheiben aus einem metallischen Film oder aus leichten metallischen Legierungen zu verwenden, die in der Technologie von Verbundlaminaten bereits bekannt sind.
Gleiches gilt für die Scheibe 1, die, anstelle aus einem mikrozellularen synthetischen Material geringer Dichte hergestellt zu werden, mit gleich guten Ergebnissen aus einem leichten Material hergestellt werden könnte, das eine quer verlaufende Wabenstruktur aufweist, bspw. Kunststoff oder Papier, oder auch eine leichte metallische Legierung.

Claims

1. Zahnrad mit Verbundstruktur zur Steuerung der Bewegung der Greiferbänder in Webstühlen, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Verbund-Tragstruktur aufweist, erhältlich durch eine sandwichartige Zwischenanordnung einer Scheibe (1) aus einem hochwiderstandsfähigen leichten Material zwischen zwei Scheiben (2) aus Kohlefaser oder Glasfaser oder einem metallischen Film, wobei eine kreisförmige metallische Verzahnung (3, 3a) entlang des Umfangs der genannten Scheibe (1) aus hochwiderstandsfähigem leichten Material aufgebracht ist und die Verbindung zwischen den beiden Scheiben (1, 2) und mit der metallischen Verzahnung (3, 3a) durch ein Kunstharz (4) gewährleistet ist.

2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Scheibe (1) aus hochwiderstandsfähigem leichten Material aus einem mikrozellularen Kunststoffmaterial geringer Dichte hergestellt ist.

3. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Scheibe (1) aus hochwiderstandsfähigem leichten Material aus einem leichten Material mit einer Wabenstruktur in Querrichtung hergestellt ist.

4. Zahnrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Material eine Leichtmetallegierung ist.

5. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Harz (4) teilweise die genannte metallische Verzahnung (3) umschließt, wobei die Nuten ausgefüllt sind, die zwischen den Zähnen und den genannten Scheiben (2) aus Kohlefaser oder Glasfaser gebildet sind.

6. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Scheibe (1) aus hochwiderstandsfähigem leichten Material eine glatte Kontur aufweist, wobei die genannte metallische Verzahnung (3) durch eine in geeigneter Weise geformte Metallplatte bzw. ein Metallblech ausgebildet ist, die der glatten Kontur der Scheibe (1) zugeordnet ist.

7. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) aus hochwiderstandsfähigem leichten Material eine gezahnte Kontur aufweist, wobei die metallische Verzahnung (3) durch eine in geeigneter Weise geformte Metallplatte bzw. ein Metallblech gebildet ist, das an der gezahnten Kontur der Scheibe (1) haftet bzw. klebt.

8. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) aus hochwiderstandsfähigem leichten Material eine glatte Kontur aufweist, wobei die genannte metallische Verzahnung durch ein kreisförmiges, metallisches gezahntes Profil (3a) mit festen Zähnen gebildet ist, das an der glatten Kontur der genannten Scheibe (1) haftet bzw. klebt.

9. Zahnrad nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Verzahnung (3) oder das gezahnte Profil (3a) an der Basis konisch zulaufen.

10. Zahnrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (1, 2) Löcher (5) zur Gewichtseinsparung aufweisen.

11. Zahnrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (5) zur Gewichtseinsparung durch Stanzen hergestellt sind.

12. Verfahren zum Herstellen eines Zahnrads mit Verbundstruktur, um die Bewegung von Greiferbändern in Webstühlen zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische Verzahnung (3, 3a) in ein kreisförmiges Formwerkzeug eingelegt wird, wobei entlang seines Umfangs in dem Formwerkzeug zwei Scheiben (2) aus Kohlefaser oder Glasfaser oder aus einem metallischen Film positioniert sind, wobei eine Scheibe (1) aus hochwiderstandsfähigem leichten Material zwischengelegt ist, und wobei ein Kunstharz (4) anschließend in das Formwerkzeug eingespritzt wird, um die genannten Scheiben (1, 2) zu imprägnieren und um die Nuten, die zwischen den Zähnen der metallischen Verzahnung (3, 3a) ausgebildet sind, und die Zwischenräume zwischen den Zähnen und den Scheiben (2) aus Kohlefaser zumindest teilweise auszufüllen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Dicke der genannten Scheiben (1, 2) hindurch Löcher (5) zur Gewichtseinsparung ausgebildet sind.