Schaftstab und Schaftrahmen für eine Webmaschine

Abstract

 Der Schaftstab eines Schaftrahmens für eine Webmaschine mit flachem Profil weist zwei Halbschalen (16) auf, welche aus thermoplastischem Faserverbundwerkstoff mit technischen Endlosfasern bestehen, ein Hohlprofil (15) bilden und mechanisch fest miteinander verbunden sind. An der Aussenseite des Profils ist eine steife Längsverstärkung (17) und an der Innenseite eine Tragschiene (18) angeordnet, welche beide mit den Halbschalen (16) mechanisch fest verbunden sind. Dies ergibt einfach aufgebaute, leichte und steife Schaftstäbe und Schaftrahmen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Schaftstab eines Schaftrahmens für eine Webmaschine, welcher Faserverbundwerkstoffe enthält und ein flaches Profil aufweist, sowie einen Schaftrahmen mit derartigen Schaftstäben. Schaftrahmen und Schaftstäbe moderner Webmaschinen müssen hohen mechanischen Beanspruchungen genügen. Sie sind daher bisher meist aus Metall aufgebaut, bei grossen Webbreiten eher aus Stahl, für schnellaufende Maschinen zunehmend aus Aluminium. Dabei sind sie aus vielen Teilen aufwendig zusammengesetzt und damit relativ teuer in der Herstellung. Zudem weisen sie immer noch relativ grosse träge Massen auf, was bei hohen und weiter steigenden Maschinendrehzahlen zunehmend Probleme aufwirft. Es sind auch schon Schaftrahmen, welche Duroplast-Verbundwerkstoffteile enthalten, bekannt geworden. Diese sind aber noch zu aufwendig und teuer in der Herstellung, immer noch kompliziert im Aufbau und überdies bestehen Probleme im Dauerbetrieb.

[0002] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu überwinden und bessere Schaftstäbe sowie damit aufgebaute Schaftrahmen zu schaffen. Dabei sollen die Schaftstäbe einfach aufgebaut, kostengünstig und rasch herstellbar sein, aus wenigen Teilen bestehen, reduzierte Massen und/oder höhere Steifigkeiten aufweisen und dabei hohe Betriebsdauern erreichen.

[0003] Diese Aufgaben werden durch erfindungsgemässe Schaftstäbe nach Anspruch 1 sowie durch Schaftrahmen nach Anspruch 17 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen dabei vorteilhafte Ausführungen und Weiterentwicklungen der Erfindung.

[0004] Die besonderen Vorteile der erfinderischen Lösung liegen darin, dass mit einer neuen Struktur, kombiniert mit neuen Verbundwerkstoffen und deren Anordnung, sowohl Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften als auch wesentliche Vereinfachungen und Kostenreduktionen erreicht werden. Im Prinzip wird auf möglichst einfache Art eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht erreicht durch Kombination der Halbschalenstruktur mit beidseitigen tragenden und sehr steifen Verstärkungen an den flachen Enden des Profilstabs, d.h. durch die aussenseitige Längsverstärkung und die innenseitige Tragschiene, welche sowohl die Litzen trägt als auch gleichzeitig mechanisch fest in den Schaftstab integriert ist. Das aus zwei mechanisch festen Halbschalen gebildete Hohlprofil dient als leichte und stabile Abstandshalterung zwischen diesen endseitigen Längsverstärkungen. Dazu sind äussere Längsverstärkung und innere Tragschiene je mechanisch fest mit den Halbschalen verbunden. Die thermoplastische Matrix ergibt im Verbund überdies eine erhöhte Dauerfestigkeit und Schlagzähigkeit der Schaftstäbe bzw. des Schaftrahmens. Durch den Halbschalen-Hohlprofilaufbau wird weiter eine erhöhte Biegesteifigkeit, eine hohe Schwingungsdämpfung und damit letztlich auch eine wesentliche Lärmreduktion erreicht.

[0005] Gemäss abhängigen Ansprüchen können mechanisch besonders stabile und einfach herstellbare Schaftstäbe durch thermoplastische Verschweissung der Halbschalen geschaffen werden. Durch eine flächige Verbindung von Tragschiene und Halbschalen kann eine besonders günstige, einfache Kraftübertragung erreicht werden, wobei die Höhe der Verbindungsfläche mit Vorteil mindestens so gross sein kann wie die Dicke der Tragschiene. Geeignete kostengünstige Ausführungen der Tragschiene können aus einem Stahlprofil oder einem Stahlblechprofil bestehen. Ebenso kann die Längsverstärkung aus Stahl-, Aluminiumprofilen oder Stahlblechprofilen bestehen. Besonders leichte und steife Ausführungen können mit UD-Verstärkungsfasern erreicht werden. Leichte und kostengünstige Halbschalen können mindestens 50 % Glasfasern und +45° Glasfaserlaminat enthalten. Geeignete Matrixmaterialien der Halbschalen können aus PPS, PEI, PA, PES, PSU, PUR oder PE bestehen. Besonders gute Steifigkeiten werden erreicht durch flache Uebergangsbereiche der Halbschalen zu Längsverstärkung und Tragschiene. Mit Vorteil betragen dabei deren Neigungswinkel höchstens 40°. Gute Krafteinleitungen in Anschlussbereichen können durch eine mit den Halbschalen thermoplastisch verschweisste Auflage gebildet werden.

[0006] Besonders einfach aufgebaute und stabile Webschaftrahmen können durch identische, symmetrisch angeordnete obere und untere Schaftstäbe gebildet sein.

[0007] Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Figuren weiter erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemässen Schaftstab im Schnitt mit zwei Halbschalen und Hohl profil sowie endseitigen Längsträgern;

Fig. 2 und 3 weitere Beispiele von Schaftstäben;

Fig. 4 bis 7 Beispiele von Längsverstärkungen des Schaftstabs;

Fig. 8 ein Prinzipschema des erfindungsgemässen Schaftstabes;

Fig. 9 einen erfindungsgemässen Schaftrahmen mit oberem und unterem Schaftstab;

Fig. 10 eine Anschlusspartie mit Betätigungs element;

Fig. 11 einen Anschlussbereich zu den Seiten stützen des Schaftrahmens.

[0008] Der prinzipielle Aufbau des erfindungsgemässen Schaftstabes ist in Fig. 8 und ein Ausführungsbeispiel in Fig. 1 dargestellt. Im Gegensatz zu bisherigen Schaftstäben weist der erfindungsgemässe Schaftstab 11 einen einfachen integrierten Aufbau mit zwei je an den Enden seines flachen Profils liegenden tragenden Längsverstärkungen auf: Mit einer äusseren Längsverstärkung 17 und einer inneren Tragschiene 18, welche auch die Litzen 8 trägt und damit die Litzenzugkräfte K8 aufnimmt (siehe auch Fig. 9). Diese Längsträger 17 und 18 bilden zusammen mit einem dazwischen liegenden, aus zwei Halbschalen 16 gebildeten Hohlprofil 15 eine sehr leichte Tragstruktur mit grösstmöglicher Festigkeit und Biegesteifigkeit bezüglich der Litzenkräfte K8. Die leichten und mechanisch festen Halbschalen 16 bestehen aus thermoplastichem Verbundwerkstoff mit technischen Endlosfasern. Das Halbschalenhohlprofil dient als Abstandselement, welches die Kräfte Ka, Kb zwischen den Trägern 17 und 18 überträgt bzw. aufnimmt.

[0009] Mit einer relativ grossen möglichen Breite B des Halbschalenprofils, welches die Schaftteilung C d.h. den für einen Schaftrahmen zur Verfügung stehenden Platz weitgehend ausfüllen kann, wird auch bezüglich tordierender Momente weiterer einwirkender Kräfte eine hohe Biegesteifigkeit erreicht. Damit werden auch Schwingungen unterdrückt oder vermieden. Dies ergibt auch eine wesentliche Lärmreduktion. Diese neue Bauweise ermöglicht es, die Kraftrichtung K8 der Litzen in die Mittelebene 24 des Stabprofils zu legen und damit Torsionskräfte zu vermindern. Ganz wesentlich ist die mechanisch feste Verbindung der Längsträger 17 und 18 mit den Halbschalen 16. Sehr leichte und steife Halbschalen können z.B. eine Schichtdicke von nur 0.4 - 1 mm aufweisen.

[0010] In der Ausführung von Fig. 1 ist die Längsverstärkung als UD-Profil 31 ausgeführt. Dieses Profil mit hoher spezifischer Festigkeit und Steifigkeit besteht aus unidirektionalen Kohle- oder Glasfasern in thermoplastischer Matrix. Eine besonders gute Verbindung über die Verbindungsfläche 10 zwischen Längsverstärkung 17 und Halbschalen 16 wird erreicht, wenn beide dasselbe Matrixmaterial aufweisen und dieses an der Verbindungsfläche 10 thermoplastisch miteinander verschweisst ist. Solche Verbindungen sind überdies rasch und einfach auszuführen. Auf der Innenseite des Profils ist ein Stahlprofil 44 als Tragschiene 18 für die Litzen 8 mechanisch fest mit den Halbschalen 16 verbunden. Diese mechanisch feste Verbindung kann auch durch Verschrauben oder Nieten hergestellt sein. Besonders vorteilhaft sind jedoch flächige Verbindungen mittels Kleben, Schweissen oder amorphem Fügen, quasi thermoplastischem Löten. Das Stahlprofil 44 ist hier so ausgebildet, dass eine relativ grosse Verbindungsfläche 19 entsteht. Mit Vorteil ist dabei deren Höhe H grösser als die Dicke D der Tragschiene 18. Damit die Litzen 8 einfach in die Tragschiene 18 eingehängt werden können und damit die Litzenkräfte K8 in der Mittelebene 24 des Schaftstabes zu liegen kommen, ist hier die eine Halbschale 16b in einem Uebergangsbereich 12 zwischen Stabmitte und Innenseite flach abgebogen. Zur Anpassung an die UD-Längsverstärkung 31 sind die Halbschalen (16a und 16b) ebenfalls in einem Uebergangsbereich 12 flach abgebogen. Diese Uebergangsbereiche weisen relativ kleine Winkel W auf, vorzugsweise höchstens 40°.

[0011] Fig. 2 zeigt einen Halbschalenschaftstab mit einer 2-teiligen Längsverstärkung 17 in Form von unidirektionalen Profilen 32 und einem einfach formbaren und kostengünstigen Stahlblechprofil 47 als Litzentragschiene 18. Ein weiterer Vorzug der erfindungsgemässen Halbschalenstäbe liegt in der Möglichkeit, auf einfache Art Anschlusspartien für Anschlusselemente wie Führungselemente 4 und Betätigungselemente 3 herzustellen, welche eine günstige Krafteinleitung auf das Halbschalenprofil ergeben. Dazu kann eine faserverstärkte Auflage 14 mit gleicher Thermoplastmatrix auf die Halbschalen 16 aufgeschweisst werden. Damit wird in Fig. 6 ein Anschlussbereich 13 für ein Betätigungselement 3 gebildet (siehe auch Fig. 9 und 10). Die auslaufende Form 49 des UD-Profils 33 ergibt einen besonders günstigen kontinuierlichen Verlauf der Kraftübertragung auf die Halbschalenstruktur.

[0012] Im Beispiel von Fig. 3 ist ein Anschlussbereich 5 durch thermoplastische Umformung und je nach aufzunehmenden Kräften mit oder ohne zusätzlicher Auflage 14 im mittleren Bereich 25 des Stabprofils gebildet, welcher die Verbindung mit den Seitenstützen 2 eines Schaftrahmens aufnimmt, wie dies in Fig. 9 und 11 weiter ausgeführt ist. Die Längsverstärkung 17 ist hier als Stahlprofil 34 zwischen die Halbschalen 16a, 16b eingeklebt und so ausgebildet, dass an der Profilaussenseite kein gebogener Uebergangsbereich notwendig ist. Es ist nur an der Innenseite ein flach gebogener Uebergangsbereich 12 der einen Halbschale 16b zur Tragschiene 18 erforderlich. Die Tragschiene 18 ist als weiteres Beispiel eines Stahlblechprofils 46 ausgeführt. An der Stabaussenseite ist ein Webschaft-Führungselement 4 auf die Halbschale 16 aufgeklebt, wobei hier das Stahlprofil 34 auch als verstärkende Unterlage wirkt.

[0013] Die Beispiele der Figuren 4 bis 7 zeigen weitere geeignete Ausführungen der Längsverstärkung 17. Fig. 4 zeigt ein Stahlprofil 35, welches beidseitig mit den Halbschalen 16 verklebt ist. Die Figuren 5 bis 7 zeigen weitere Beispiele kostengünstiger Stahlblechprofile 36, 39 und 40, mit ebenen Halbschalen beim Profil 36, mit wenig gebogenen Halbschalen beim Profil 39 und mit verschweissten Halbschalen 16 beim 2-teiligen Profil 40.

[0014] Fig. 9 zeigt einen Webschaftrahmen 1 mit erfindungsgemässen oberem und unterem Schaftstab 11. Besonders einfach herzustellen sind dabei Schaftrahmen mit identischen Schaftstäben, welche symmetrisch zur Schaftmitte 7 angeordnet sind. Der Schaftrahmen weist auch Seitenstützen 2 mit Führungsprofilen 6, Betätigungselemente 3 und obere und untere Führungselemente 4 auf.

[0015] Im Ausschnitt von Fig. 10 ist die Ausdehnung eines Anschlussbereichs 13 ersichtlich, welcher durch eine verschweisste Auflage 14 gebildet ist. Das Betätigungselement 3 ist dabei lösbar, z.B. durch Verschraubung, oder auch durch Verklebung befestigt (vergleiche Fig. 6).

[0016] Fig. 11 zeigt eine Verbindung von Schaftstäben 11 und Seitenstützen 2. Ein Anschlussbereich 5 (Fig. 3) im mittleren Bereich des Halbschalenprofilstabs 11 ist gebildet durch eine thermoplastische Einbuchtung der Halbschalen 16 mit einer dazwischen liegenden eingeschweissten Auflage 14. Die Seitenstützen 2 können ebenfalls aus thermoplastischem Verbundmaterial mit hochfesten technischen Fasern bestehen. Dann kann auch die eine Seitenstütze fest mit den Halbschalen der Schaftstäbe verschweisst sein, während die zweite Seitenstütze, zwecks Einzug der Litzen, lösbar verbunden wird.

Ansprüche

1. Schaftstab eines Schaftrahmens für eine Webmaschine, welcher Faserverbundwerkstoffe enthält und ein flaches Profil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaftstab zwei Halbschalen (16) aufweist mit einer Matrix aus thermoplastisch verformbarem Kunststoff und einer Verstärkung aus technischen Endlosfasern, wobei die Halbschalen ein Hohlprofil (15) bilden und mechanisch fest miteinander verbunden sind, sowie gekennzeichnet durch eine an der Aussenseite des Profils liegende und mit den Halbschalen (16) fest verbundene Längsverstärkung (17) hoher spezifischer Steifigkeit und durch eine an der Innenseite des Profils angeordnete Tragschiene (18), welche ebenfalls mit den Halbschalen (16) mechanisch fest verbunden ist.

2. Schaftstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (16) thermoplastisch miteinander verschweisst sind.

3. Schaftstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Tragschiene (18) und Halbschalen (16) über eine Verbindungsfläche (19) miteinander verbunden sind.

4. Schaftstab nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe H der Verbindungsfläche (19) zwischen Tragschiene (18) und Halbschalen (16) mindestens so gross ist wie die Dicke D der Tragschiene.

5. Schaftstab nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragschiene (18) aus einem Stahlprofil (44) besteht.

6. Schaftstab nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragschiene (18) aus einem Stahlblechprofil (46) besteht.

7. Schaftstab nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsverstärkung (17) aus einem Stahl- oder Aluminiumprofil (34) besteht.

8. Schaftstab nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsverstärkung (17) aus einem Stahlblechprofil (36) besteht.

9. Schaftstab nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsverstärkung (17) aus UD-Verstärkungsfasern (31) mit hoher spezifischer Steifigkeit wie Kohle- oder Glasfasern besteht.

10. Schaftstab nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (16) mindestens 50 Gew% Glasfasern enthalten.

11. Schaftstab nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (16) aus ±45° Glasfaserlaminat oder Glasfasermatte bestehen.

12. Schaftstab nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix der Halbschalen (16) aus PPS, PEI, PA, PES, PSU, PUR oder PE besteht.

13. Schaftstab nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Halbschale (16a, 16b) flache Uebergangsbereiche (12) zu Längsverstärkung (17) und/oder Tragschiene (18) aufweist.

14. Schaftstab nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungswinkel W der Uebergangsbereiche (12) höchstens 40° betragen.

15. Schaftstab nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlussbereiche (13) durch eine mit den Halbschalen (16) verschweisste Auflage (14) gebildet sind.

16. Schaftstab nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch Anschlussbereiche (5) zu den Seitenstützen (2) eines Schaftrahmens, welche thermoplastisch umgeformt sind.

17. Schaftrahmen mit einem oberen und einem unteren Schaftstab (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 16.

18. Schaftrahmen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der obere und der untere Schaftstab (11) identisch ausgebildet und symmetrisch zur Schaftmitte (7) angeordnet sind.

19. Schaftrahmen nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlusselemente (3, 4) mit den Halbschalen (16) der Schaftstäbe flächig und mechanisch fest verbunden sind.

20. Schaftrahmen nach einem der Ansprüche 17 bis 19 mit Seitenstützen (2), dadurch gekennzeichnet, dass auch die Seitenstützen aus Thermoplast Profilen mit Verstärkungen aus technischen Endlosfasern gebildet sind.

Zeichnung