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Dokumentenidentifikation DE69419823T2 24.02.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0626250
Titel Verfahren zur Herstellung einer aus monolithischem Verbundwerkstoff hergestellten Pleuelstange durch Auflegen von vorimprägnierten Fasern auf einer entfernbaren Form und dadurch erhaltene Pleuelstange
Anmelder Aérospatiale Société Nationale Industrielle, Paris, FR
Erfinder Auberon, Marcel, F-33185 Le Haillan, FR;
Fuchs, Jean-Francois, F-33480 Sainte Helene, FR;
Leard, Jean-Philippe, F-33700 Merignac, FR
Vertreter Sparing . Röhl . Henseler, 40237 Düsseldorf
DE-Aktenzeichen 69419823
Vertragsstaaten AT, BE, DE, ES, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 24.05.1994
EP-Aktenzeichen 944500024
EP-Offenlegungsdatum 30.11.1994
EP date of grant 04.08.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.02.2000
IPC-Hauptklasse B29C 53/82
IPC-Nebenklasse B29C 57/00   B29C 33/52   B29C 70/00   F16C 3/02   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Pleuelstangen, die dazu bestimmt sind, zwischen zwei Punkten einer Struktur gelagert zu werden, und geeignet sind, Längskräfte aufzunehmen, und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von einteiligen Pleuelstangen aus Verbundmaterial, die aus einem hohlen laufenden Abschnitt mit zylindrischem oder nicht zylindrischem Querschnitt gebildet ist, der mit zwei Pleuelstangenköpfen, insbesondere in Form einer Befestigungsgabel, verbunden ist.

Aus den französischen Patenten FR-2.446.180 und FR-2.550.123 ist bereits die Herstellung einteiliger Pleuelstangen aus Verbundmaterial, wovon der laufende Abschnitt und die Endabschnitte ausschließlich aus vorimprägnierten Fasern gebildet werden, die auf einen geeigneten Dorn aufgetragen werden, der anschließend zu Polymerisationszwecken in eine Gießform gesetzt wird, deren Innenwand sich der Form der herzustellenden Pleuelstange anschmiegt, bekannt.

In FR-2.446.180 besitzen die Fasern die Form eines Gewebes, das in mehreren Wicklungen oder "Lagen" auf einem Dorn aus verformbarem Material aufgerollt ist, der anschließend an beiden Enden abgeflacht wird.

Neben der Tatsache, daß eine solche Technik kein Verwirklichen von Pleuelstangenköpfen mit Gabel zuläßt, ermöglicht sie auch kein freies Modulieren der lokalen Eigenschaften des Verbundmaterials in Längsrichtung der Pleuelstange, da von im voraus vorhandenen Geweben ausgegangen wird, die einfach auf den Dorn geschichtet werden. Ferner handelt es sich nicht wirklich um einteilige Pleuelstangen, da der Dorn in den Pleuelstangen gefangen bleibt.

In FR-2.550.123 werden die Fasern in einer Richtung, nämlich in Richtung der Längsachse der Pleuelstange, auf einem dehnbaren Dorn aufgebracht, der anschließend "aufgeblasen" wird, so daß er sich der Gießform anpaßt.

Ein solches unidirektionales Aufbringen, das durch das Ausdehnen des so beschichteten Dorns erzwungen ist, ermöglicht kein Variieren der Eigenschaften des Aufbringens von Fasern in Längsrichtung der Pleuelstange und unterstützt lediglich den Widerstand gegen Längskräfte.

Ferner ist aus US-A-3 970 495 und US-A-4 218 895 die Herstellung einer hohlen Transmissionswelle durch Wickeln vorimprägnierter Fasern auf einen Dorn bekannt, bei der Wände mit veränderlicher Dicke erzielt werden können.

Jedoch sind solche Transmissionswellen, die im Gegensatz zu Pleuelstangen, die im wesentlichen zug- und druckbelastet arbeiten, nur Torsionskräfte aufnehmen, an den Enden mit Verbindungsmitteln versehen, die denen von Pleuelstangen, d. h., die Gabeln mit einem oder zwei Seitenteilen besitzen, nicht gleichen.

Die Lehre aus den zwei oben zitierten Dokumenten ermöglichen keine Herstellung von Pleuelstangen, die mit solchen Gabeln versehen sind.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile der herkömmlichen Techniken zu beseitigen, indem sie eine neuartige Technik der Herstellung durch Aufbringen vorimprägnierter Fasern auf einen Dorn für einteilige Pleuelstangen des obenerwähnten Typs, der veränderliche Wanddicken aufweist, vorschlägt.

Deshalb hat die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer einteiligen Pleuelstange aus Verbundmaterial zum Gegenstand, mit einem zylindrischen, hohlen laufenden Abschnitt, der an jedem Ende über einen Verbindungsabschnitt mit sich vergrößernder Stärke mit einer Gabel verbunden ist, umfassend:

- Herstellen eines extrahierbaren Dorns, insbesondere eines schmelzbaren Dorns, auf einem starren Mittelbaum, wobei der Dorn einen zylindrischen Mittelteil enthält, der an jedem Ende durch ein Verbindungsteil verlängert ist, der den Verbindungsabschnitten der Pleuelstange entspricht und seinerseits durch ein Teil mit rechtwinkligem Querschnitt verlängert ist, das der Gabel der Pleuelstange entspricht;

- Wickeln und/oder Aufbringen von vorimprägnierten Fasern auf den Dorn und die Teile mit rechtwinkligem Querschnitt in einer vorgegebenen Anzahl von Schichten und mit einer vorgegebenen Neigung der Fasern in bezug auf die Achse des Dorns;

- Polymerisieren unter Ausübung eines gleichmäßigen Verdichtungsdrucks auf die gesamte äußere Oberfläche der so erhaltenen Gesamtheit;

- dann Herausziehen des Dorns und der Teile und Durchlochen und Bearbeiten der Gabelbügel auf die geforderten Maße.

Die Erfindung hat außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer einteiligen Pleuelstange aus Verbundmaterial als Gegenstand, die einen zylindrischen, hohlen laufenden Abschnitt enthält, der über einen Verbindungsabschnitt mit sich vergrößernder Stärke einerseits mit einer Gabel und andererseits mit einem ab geflachten Kopf verbunden ist, enthaltend:

- Herstellen eines erweiterbaren Dorns, insbesondere eines schmelzbaren Dorns, auf einem starren Mittelbaum, wobei der Dorn einen zylindrischen Mittelteil enthält, der an jedem Ende durch ein Verbindungsteil verlängert ist, der den sich erweiternden Teilen der Pleuelstange entspricht, wobei einer der Verbindungsteile durch ein Teil mit rechtwinkligem Querschnitt verlängert ist, das der Gabel der Pleuelstange entspricht, während der andere der Verbindungsteile durch ein Teil mit rechtwinkligem Querschnitt verlängert ist, das dem abgeflachten Kopf der Pleuelstange entspricht;

- Wickeln und/oder Aufbringen von vorimprägnierten Fasern auf den Dorn und die Teile mit rechtwinkligem Querschnitt in einer vorgegebenen Anzahl von Schichten und einer vorgegebenen Neigung der Fasern in bezug auf die Achse des Dorns;

- Herausziehen des Teils, das dem abgeflachten Kopf der Pleuelstange entspricht, und Pressen der gegenüberliegenden Seiten des Teils aus Verbundmaterial gegenüber dem herausgezogenen Teil mit Hilfe von an die Form des abgeflachten Kopfes angepaßten Formgebungsmitteln, um den abgeflachten Kopf zu bilden;

- Polymerisieren unter Ausübung eines gleichmäßigen Verdichtungsdrucks auf die gesamte äußere Oberfläche der so erhaltenen Gesamtheit;

- dann Herausziehen des Dorns und des der Gabel der Pleuelstange entsprechenden Teils sowie Durchlochen und Bearbeiten der Gabel und des abgeflachten Kopfes auf die geforderten Maße.

Vorzugsweise wird die oder jede Gabel nach dem Wickeln/Aufbringen der Fasern und vor dem Polymerisieren/Verdichten des Verbundmaterials zusammen mit ihrem Verbindungsabschnitt mit an die Form der Gabel der Pleuelstange angepaßten Formgebungsmitteln versehen.

Gemäß einem Arbeitsverfahren wird die obige Gesamtheit aus dem starren Mittelbaum, dem mit Fasern versehenen Dorn sowie gegebenenfalls den Formgebungsmitteln in einem Behälter angeordnet, der anschließend evakuiert wird, woraufhin die Gesamtheit mit ihrem Behälter in einem mit Druck beaufschlagten Autoklaven angeordnet wird, um die Polymerisation sicherzustellen.

Gemäß einer Anwendung des Verfahrens auf die Herstellung einer Pleuelstange, die Befestigungsabschnitte enthält, die über einen Verbindungsabschnitt mit veränderlichem Querschnitt und veränderlicher Wanddicke mit einem laufenden Teil mit konstanter Wanddicke verbunden sind, werden Fasern auf den gesamten Dorn durch Wickeln in Umfangsrichtung und in Längsrichtung gewickelt und auf die Befestigungsabschnitte und die Verbindungsabschnitte Fasern durch Wickeln oder Aufbringen in Abhängigkeit von den zu erhaltenden lokalen Dicken angebracht.

Gemäß einer Ausführungsform werden wenigstens zwischen bestimmten der Faserschichten wenigstens des laufenden Teils ein Klebefilm und eventuell wenigstens eine Glasgewebeschicht aufgebracht.

Unter einem extrahierbaren Dorn wird ein Dorn verstanden, der nach dem Polymerisieren des Verbundmaterials über das eine oder das andere seiner Enden aus der Pleuelstange herausgezogen werden kann, ohne die Unversehrtheit der Pleuelstange zu beeinträchtigen. Zum Beispiel und gemäß einer Ausführungsform wird der Dorn aus einem schmelzbaren Material, insbesondere aus einer Mischung aus Sand und Bindemittel wie etwa dem im Handel als "Arenyl" bezeichneten Material, gegossen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Pleuelstangen durch Wickeln/Aufbringen ermöglicht eine Mechanisierung der industriellen Fertigung, wodurch eine sehr gute Reproduzierbarkeit und eine Kostenverringerung im Vergleich zu den herkömmlichen, konkurrierenden Verfahren, insbesondere den Streckverfahren, die sehr viel Handarbeit und Zwischengänge zum Zerschneiden von Geweben erfordern, garantiert wird.

Ferner können mit der Technik des Wickelns/Aufbringens die Qualität der Pleuelstange und deren Leistungsmerkmale in bezug auf die Absorption von Kräften aufgrund der Optimierung der Richtung und Orientierung der Fasern in den verschiedenen Abschnitten der Pleuelstange kontrolliert werden.

Schließlich garantiert die Verbindung von äußerem, gleichmäßigem Druck, der auf die gesamte äußere Oberfläche der Pleuelstange ausgeübt wird, und Polymerisation eine optimale Verdichtung des Verbundmaterials.

Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung hervor, wobei die Beschreibung lediglich beispielhaft und mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gegeben wird, worin:

die Fig. 1a, 1b und 1c Ansichten sind, die eine Pleuelstange mit zylindrischem, laufenden Abschnitt und Gabeln an beiden Enden von oben, von der Seite bzw. von vorn zeigen,

die Fig. 2a und 2b Ansichten sind, die einen erfindungsgemäßen Dorn für die Herstellung einer Pleuelstange des Typs gemäß den Fig. 1a bis 1c von der Seite bzw. von oben zeigen,

Fig. 3 eine Wicklungsphase eines Dorns des Typs gemäß den Fig. 2a, 2b zeigt,

Fig. 4 schematisch in einem axialen Längsschnitt einen mit Fasern überzogenen und an seinen Enden mit Formgebungselementen versehenen Dorn zeigt,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Ausführungsform der Formgebungselemente auf der rechten Seite der Gabel der Pleuelstange zeigt,

Fig. 6 den in einen Verdichtungsbehälter eingeführten Dorn aus Fig. 4 teilweise zeigt, und

die Fig. 7 bis 14 die Ausführung einer Pleuelstange zeigen, die an einem Ende mit einer Gabel und am anderen Ende mit einem abgeflachten Kopf versehen ist.

In den Fig. 1a bis 1c ist schematisch ein Pleuelstangentyp gezeigt, der mit dem Verfahren der Erfindung hergestellt werden kann und aus einem zylindrischen, hohlen laufenden Abschnitt 1 mit konstanter Wanddicke gebildet ist, der zwei gleiche Pleuelstangenköpfe in Form einer Gabel 2 verbindet, die in einen Zylinder mit einem etwas kleineren Durchmesser als der des laufenden Abschnitts 1 übergehen, wobei die Gabeln mit dem letzteren über einen Verbindungsabschnitt 3 verbunden ist, der mit sich veränderndem Querschnitt und zunehmender Wanddicke zwischen dem laufenden Abschnitt 1 und der Gabel 2 verläuft. Jede Gabel 2 ist aus zwei parallelen Seitenteilen 4 mit rechtwinkligem Querschnitt gebildet und durch zwei sich gegenüberliegende Löcher 5 durchbrochen.

Die Fig. 2a, 2b zeigen schematisch einen Dorntyp, der gemäß der Erfindung zur Herstellung von Pleuelstangen des einteiligen Typs nach den Fig. 1a bis 1c aus Verbundmaterial geeignet ist.

Dieser Dorn ist aus einem starren Mittelschaft 6, beispielsweise aus Metall, vorzugsweise hohl mit einer porösen oder durch Löcher durchbrochenen Wand (6a, Fig. 6), um die Gasabscheidung durch das Dornmaterial während seiner Verkokung sicherzustellen, gebildet, um den ein Körper 7 aus einer Sand- Bindemittel-Mischung, beispielsweise aus dem im Handel mit "Arenyl" bezeichneten Material, geformt ist, das in heißem Wasser löslich ist und somit geschmolzen und wiedergewonnen werden kann. Der Körper 7 wird zur inneren Grundform der herzustellenden Pleuelstange geformt.

Der Körper 7 weist einen mittleren zylindrischen Abschnitt 8 auf, der an beiden Enden durch einen Verbindungsabschnitt 9 verlängert ist, der den sich verändernden Abschnitten 3 der Pleuelstange entspricht. Die Verbindungsanschnitte 9 sind durch einen Abschnitt 10 mit rechtwinkligem Querschnitt verlängert, der, wie in Fig. 4 gezeigt wird, aus einem über den hohlen Mittelschaft 6 geschobenen Metallteil besteht und als Stütze bei der Realisierung der Pleuelstangengabeln 2 dient.

Fig. 3 zeigt den Dorn als Ganzes einschließlich der äußeren Elemente in der Verlängerung der Abschnitte 10, wobei diese Elemente durch die Umkehrbirnen 11 gebildet werden, die für die Schleife der Wicklung bei ihrem Rücklauf vom Kopf 12 zur Auftragung der Fasern F sorgt, die beispielsweise aus Kohlenstofffasern bestehen, die mit einem geeigneten Harz vorimprägniert sind.

Im unteren Abschnitt der Fig. 3 ist die mit dem Dorn 7 hergestellte Pleuelstange nach Fig. 1a gezeigt, wobei die Pleuelstange eine Länge L des Dorns belegt, die gleich dem Abstand der zwei Birnen 11 ist.

Nach dem Bewickeln/Belegen des Dorns und dem Polymerisieren des Verbundmaterials wird mit den endgültigen Bearbeitungsvorgängen und der Endbearbeitung fortgefahren.

Fig. 3 zeigt das Bewickeln des Dorns mit Hilfe des Kopfes 12.

Der Dorn wird nach dem Bewickeln/Belegen vorteilhaft mit einem undurchlässigen Film oder Gewebe überzogen, um jede Infiltration des Harzes in das Dornmaterial bei der nachträglichen Polymerisation zu verhindern.

Die Fasern F werden durch Wickeln oder Aufbringen aufgetragen.

Der Dorn wird durch Wickeln in Umfangsrichtung oder in Längsrichtung unter verschiedenen Neigungswinkeln in bezug auf die Achse des Dorns beschichtet.

In Fig. 6 sind zwei in Längsrichtung gewickelte Faserschichten 13 bzw. 14, die sich über die gesamte Länge des Dorns, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, erstrecken, und eine in Umfangsrichtung gewickelte Faserschicht 15, die sich ebenfalls über die gesamte Länge des Dorns erstreckt, gezeigt.

Zwischen die zwei längsgerichteten Faserschichten 13, 14 gegenüber dem zylindrischen Abschnitt 8 ist ein Klebefilm 16 eingefügt, der durch Kontaktbeschichten aufgetragen wurde, während zwischen der zweiten Faserschicht 14 in Längsrichtung und der Faserschicht 15 in Umfangsrichtung ein Glasgewebe 17 durch Kontaktbeschichten aufgetragen wurde.

Die Dicke der Fasern rechts von dem zylindrischen Abschnitt 8 ist von einem Ende zum anderen gleichmäßig.

In der Höhe der Dornabschnitte 9 verändert sich die Dicke der Faserschichten und verläuft, sich vergrößernd, bis in die Zone der Gabeln in der Höhe der Abschnitte 10.

Deshalb sind zwischen der ersten Schicht 13 und dem Dorn (Abschnitt 9) und zwischen den Schichten 13 und 14 Fasern 18 bzw. 19 in der Weise aufgebracht, daß die gewünschte Entwicklung der Dicke erzielt wird. Das Aufbringen wird in der Weise ausgeführt, daß die gewünschte zunehmende Entwicklung der Dicke zwischen den Dornabschnitten 8 und 10 verwirklicht wird.

Selbstverständlich wird die Schicht 18 vor dem Auftragen durch Wickeln der ersten Schicht 13 auf die Dornabschnitte 9, 10 aufgetragen, während die Schicht 18 unmittelbar nach der Schicht 13 und vor der zweiten Schicht 14 aufgetragen wird. Nach der Schicht 14 wird durch Aufbringen rechts von den Abschnitten 10 eine dritte Faserschicht 20 aufgetragen, die etwas über die Abschnitte 9 hinausragt. Das Aufbringen der Schichten 18, 9 und 20 gegenüber den Abschnitten 10 geschieht in der Weise, daß eine gleichmäßige Gesamtdicke von Fasern erzielt wird.

Fig. 6 bezieht sich auf ein einfaches Beispiel zur Veranschaulichung der Struktur der Pleuelstange gemäß der Erfindung, da natürlich die Gesamtzahl von vorimprägnierten Faserschichten, Klebefilmen und Glasgeweben größer als die der gezeigten sein kann und eine beliebige Art des Übereinanderschichtens der verschiedenen Schichten auf der Ebene jedes der Dornabschnitte 8, 9 und 10 gewählt werden könnte.

Das Wickeln und das Aufbringen erfolgen unter verschiedenen Winkeln, beispielsweise unter den Winkeln 0º, ± 25º, ± 45º, 90º.

Es ist anzumerken, daß in bezug auf die gleiche Schicht der Neigungswinkel der gewickelten oder aufgebrachten Faser je nach Zone der Pleuelstange variieren kann.

Vorzugsweise ist die Glasgewebeschicht 17 einheitlich und bildet die vorletzte Schicht, wobei die letzte Schicht (15) eine in Umfangsrichtung über den gesamten Dorn gewickelte Faserschicht ist.

Sobald die verschiedenen Schichten aufgetragen sind, wird der Dorn rechts von seinen Endabschnitten 9 und 10 mit Formgebungselementen für die Pleuelstangengabeln versehen, die in Fig. 6 durch 21 angedeutet sind und in den Fig. 4 und 5 gemäß einer Ausführungsform genauer gezeigt werden.

Die Formgebungselemente bestehen beispielsweise aus zwei Platten 21a, 21b (Fig. 5), die einander gegenüber angeordnet sind, wobei sie die Abschnitte 9 und 10 sandwichartig umfassen, und durch Spannstangen 22, die das Regulieren des durch die Platten 21a, 21b auf das dazwischenliegende Verbundmaterial ausgeübten Drucks ermöglichen, verbunden sind.

Die Platten 21a, 21b weisen eine ebene, zur Achse des Rohrs 6 parallele innere Oberfläche 23 und eine ebene innere Oberfläche auf, die in Entsprechung mit der äußeren Oberfläche des Verbundmaterials gegenüber den Abschnitten 9 geneigt ist.

Die Oberflächen 23 und 24 definieren die Außenseiten der Seitenteile 4 der Gabeln 2 sowie einen Teil (25, Fig. 1b und 3) der Verbindungsflächen zwischen den Gabeln und dem laufenden Abschnitt der Pleuelstange.

Nach dem Anbringen der Formgebungselemente 21a, 21b wird das Verbundmaterial an beiden Enden bei 26 (Fig. 3 und 4) eingeschnitten, während die Gesamtheit aus Rohr 6, Dorn 7, Verbundmaterial und Formgebungselementen in einem dichten Behälter 27 (Fig. 4 und 6) angeordnet wird, der evakuiert wird, wobei die Gesamtheit mit ihrem Behälter anschließend in einem Autoklaven angeordnet wird, um das Harz des Verbundmaterials zu polymerisieren.

Das Autoklavieren erfolgt bei Temperaturen und Zeitdauern, die dem Polymerisationszyklus angepaßt sind, wobei die Trockenkammer des Autoklaven zu Beginn der Polymerisation unter Druck von einigen Bar gesetzt wird.

Der Behälter 27 verhindert, daß in dem Autoklaven enthaltene, unter Druck stehende Gase in das Material eindringen, wobei sichergestellt wird, daß auf die gesamte äußere Oberfläche des Verbundmaterials ein gleichmäßiger Verdichtungsdruck ausgeübt wird.

Wenn die Polymerisation beendet ist, wird der Behälter 27 herausgenommen, die Endabschnitte 10 des Dorns herausgezogen und der Dorn anschließend in warmes Wasser mit maximal 50ºC getaucht, um den Sand (8, 9) aufzuweichen, das Rohr 6 und den Schutzfilm des Dorns abzuheben und anschließend die so gefertigte Pleuelstange innen und außen zu reinigen.

Die Schlußphase der Endbearbeitung besteht in der Bearbeitung der Pleuelstange (Abstimmen auf die Länge L, Ausfräsen der Gabeln 2, Oberflächenbehandlung der Seitenteile 4, Bohren der Löcher 5) und dem anschließenden Prüfen der Pleuelstange, beispielsweise durch Ultraschall.

Die endgültige Pleuelstange ist in ihrem laufenden Abschnitt 1 sowie in den zwei Verbindungsabschnitten 3 hohl, wobei sich der Innenraum zwischen den Seitenteilen 4 der Gabeln nach außen öffnet. Im Fall eines zylindrischen laufenden Abschnitts 1 und Gabeln 2 mit im rechtwinkligem Hauptquerschnitt weisen die Verbindungsabschnitte 3 eine äußere Oberfläche auf, die eine Übergangsfläche darstellt, die von einem Kreis (laufender Abschnitt 1) ausgeht und in ein Rechteck (Gabel 2) übergeht.

Der erfindungsgemäß verwendete Dorntyp kann hohen äußeren Drücken standhalten. Dies wird durch das Auftragen von Fasern durch Wickeln und Aufbringen ermöglicht, wodurch eine ausgezeichnete Verdichtung des Verbundmaterials und ein schnelles und einfach zu automatisierendes Auftragen der Fasern sichergestellt wird.

Die vielfachen Möglichkeiten der Anordnung der Fasern oder anderer Elemente aus Verbundmaterial (Richtung und Orientierung der Fasern, Abwechseln der Schichten, Auftragen zusätzlicher Schichten wie etwa eines Klebefilms 16 oder eines Glasgewebes 17 oder eines anderen Materials) in den verschiedenen Abschnitten der Pleuelstange verleihen dieser bemerkenswerte mechanische Widerstandseigenschaften bei unterschiedlichen Belastungen (Druck, Zug, Biegung, Torsion, Stoßfestigkeit).

Schließlich ist die Erfindung nicht auf die oben gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern deckt im Gegenteil alle Varianten ab, insbesondere hinsichtlich der Eigenschaft des Verbundmaterials (Fasern, Harz, Klebefilm, Verstärkungsgewebe), der Formen und der Abmessungen des laufenden Abschnitts, der Endabschnitte und der Verbindungsabschnitte der Pleuelstange, der Eigenschaft und der Beschaffenheit der Formgebungsmittel für die Endabschnitte der Pleuelstange sowie der Arten der Ausübung von Druck auf den mit Fasern beschichteten Dorn und der Herstellung eines Dorns, der aus der Pleuelstange herausgezogen werden kann, ohne deren Unversehrtheit zu beeinträchtigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung von Pleuelstangen mit einer Gabel an einem Ende und einem einfachen abgeflachten Kopf am anderen Ende angewandt werden.

Die Fig. 7 bis 14 zeigen die erfindungsgemäße Ausführung einer solchen Pleuelstange.

Um die Form des Endes als abgeflachter Kopf oder abgeflachtes Ohr der Pleuelstange zu berücksichtigen, umfaßt der Dorn 28 einen hohlen, durchbrochenen Mittelschaft 29 analog dem Schaft 6 aus Fig. 6, der sich jedoch nur bis zur Höhe des Abschnitts 31, der den mittleren Abschnitt 32 mit dem Abschnitt, der dem abgeflachten Kopf entspricht, verbindet, in den Körper aus Sand 30 erstreckt. In der Verlängerung des Verbindungsabschnitts 31, der zusammen mit dem mittleren Abschnitt 32 wie die Dornabschnitte 8 und 9 aus Fig. 6 beispielsweise aus "Arenyl" gefertigt ist, wird ein abgeflachtes Metallteil 33 mit rechtwinkligem Querschnitt, auf dem Fasern gewickelt oder aufgebracht sind, durch Kleben befestigt, das dem abgeflachten Kopf der Pleuelstange entspricht. Vorzugsweise verzweigt das Ende des Teils 33 über die Kante 34 des Abschnitts 31.

Das Teil 33 fortsetzend ist ein mit diesem ein einziges Teil bildender Schaft 35 mit der Achse des Schaftes 29 ausgerichtet angeordnet, wobei die Schäfte 29, 35 die Drehachse des Dorns 28 definieren. Auf dem Schaft 35 neben dem Teil 33 ist analog zur Birne 11 aus Fig. 3 eine Umkehrbirne 36 angeordnet.

Das Auftragen durch Wickeln oder Aufbringen von Fasern auf dem Dorn 28, dessen anderes Ende dem linken Abschnitt der Vorrichtung aus Fig. 4 gleicht, erfolgt bis auf den Unterschied, daß dieses andere Ende mit einer normalem Gabel mit zwei Seitenteilen versehen ist, genau wie im Beispiel aus Fig. 6.

Fig. 9 zeigt den mit Fasern beschichteten Dorn aus den Fig. 7 und 8.

Anschließend wird das Beschichtungsverbundmaterial M bei 37 eingeschnitten, um, wie in Fig. 10 gezeigt ist, mit dem Ablösen vom Schaft 35, der Birne 36 und dem Teil 33 fortzufahren.

Zu den Elementen 21a, 21b aus Fig. 5 analoge Formgebungselemente 38 werden klammerartig über die zwei gegenüberliegenden Flanken des Verbundmaterialabschnitts M gegenüber den Dornabschnitten 31 und dem entfernten Teil 33 angeordnet. Durch Annähern der Teile 38 (Fig. 11) wird der durch das Entfernen des Teils 33 hinterlassene Leerraum beseitigt.

Der gesamte Dorn mit seinem Formgeber 38 wird wie in dem Beispiel aus Fig. 6 in einem Behälter 27 (Fig. 12) angeordnet, wobei die Gesamtheit anschließend in einem Autoklaven angeordnet wird, um das Harz des Verbundmaterials unter Druck zu polymerisieren.

Nach der Polymerisation wird der Behälter 27 herausgenommen und der Sand des Dorns 28 durch Aufweichen mit durch das durchbrochene Rohr 29 eingeführtem warmem Wasser entfernt, worauf die von der Form befreite, hohle Pleuelstange (Fig. 13) an einem ihrer Enden einen abgeflachten Kopf 39 aufweist, der nach dem Ausfräsen, der Oberflächenbehandlung und dem Bohren eines Lochs 40, ein Ohr oder eine Gabel mit einem einzelnen Seitenteil des herkömmlichen Typs bildet (Fig. 14).


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung einer einteiligen Pleuelstange aus Verbundmaterial, mit einem zylindrischen, hohlen laufenden Abschnitt (1), der an jedem Ende über einen Verbindungsabschnitt (3) mit sich vergrößernder Stärke mit einer Gabel (2) verbunden ist, enthaltend:

Herstellen eines extrahierbaren Dorns, insbesondere eines schmelzbaren Dorns (7), auf einem starren Mittelbaum (6), wobei der Dom einen zylindrischen Mittelteil (8) enthält, der an jedem Ende durch ein Verbindungsteil (9) verlängert ist, der den Verbindungsabschnitten (3) der Pleuelstange entspricht und seinerseits durch ein Teil (10) mit rechtwinkligem Querschnitt verlängert ist, das der Gabel (2) der Pleuelstange entspricht;

Wickeln und/oder Aufbringen von vorimprägnierten Fasern auf den Dorn (7) und die Teile (10) mit rechtwinkligem Querschnitt in einer vorgegebenen Anzahl von Schichten und mit einer vorgegebenen Neigung der Fasern in bezug auf die Achse des Dorns;

Polymerisieren unter Ausübung eines gleichmäßigen Verdichtungsdrucks auf die gesamte äußere Oberfläche der so erhaltenen Gesamtheit;

dann Herausziehen des Dorns (7) und der Teile (10) und Durchlochen und Bearbeiten der Gabel (2) auf die geforderten Maße.

2. Verfahren zur Herstellung einer einteiligen Pleuelstange aus Verbundmaterial, die einen zylindrischen, hohlen laufenden Abschnitt (1) enthält, der über einen Verbindungsteil (3) mit sich vergrößernder Stärke einerseits mit einer Gabel (2) und andererseits mit einem abgeflachten Kopf (39) verbunden ist, enthaltend:

Herstellen eines erweiterbaren Dorns, insbesondere eines schmelzbaren Dorns (28), auf einem starren Mittelbaum (29), wobei der Dorn einen zylindrischen Mittelteil (32) enthält, der an jedem Ende durch ein Verbindungsteil (9, 31) verlängert ist, der den sich erweiternden Verbindungsabschnitten (3) der Pleuelstange entspricht, wobei einer (9) der Verbindungsteile durch ein Teil (10) mit rechtwinkligem Querschnitt verlängert ist, das der Gabel (2) der Pleuelstange entspricht, während der andere (31) der Verbindungsteile durch ein Teil (33) mit rechtwinkligem Querschnitt verlängert ist, das dem abgeflachten Kopf (39) der Pleuelstange entspricht;

Wickeln und/oder Aufbringen von vorimprägnierten Fasern auf den Dorn (28) und die Teile (10, 33) mit rechtwinkligem Querschnitt in einer vorgegebenen Anzahl von Schichten und einer vorgegebenen Neigung der Fasern in bezug auf die Achse des Dorns;

Herausziehen des Teils (33), das dem abgeflachten Kopf (39) der Pleuelstange entspricht, und Pressen der gegenüberliegenden Seiten des Teils aus Verbundmaterial gegenüber dem herausgezogenen Teil (33) mit Hilfe von an die Form des abgeflachten Kopfes (39) angepaßten Formgebungsmitteln (38), um den abgeflachten Kopf (39) zu bilden;

Polymerisieren unter Ausübung eines gleichmäßigen Verdichtungsdrucks auf die gesamte äußere Oberfläche der so erhaltenen Gesamtheit;

dann Herausziehen des Dorns (28) und des der Gabel (2) der Pleuelstange entsprechenden Teils (10) sowie Durchlochen und Bearbeiten der Gabel (2) und des abgeflachten Kopfes (39) auf die geforderten Maße.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Wickeln/Aufbringen der Fasern und vor der Polymerisation/Verdichtung des Verbundmaterials die oder jede Gabel (2) zusammen mit ihrem Verbindungabschnitt (3) mit an die Form der Gabel (2) der Pleuelstange angepaßten Formgebungsmitteln (21a, 21b) versehen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit aus dem starren Mittelbaum (6), dem mit Fasern versehenen Dorn sowie gegebenenfalls den Formgebungsmitteln (21a, 21b, 38) nach Anspruch 3 in einem Behälter angeordnet wird, der anschließend evakuiert wird, woraufhin die Gesamtheit mit ihrem Behälter (27) in einem mit Druck beaufschlagten Autoklaven angeordnet wird, um die Polymerisation sicherzustellen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das insbesondere auf die Herstellung einer Pleuelstange angewendet wird, die Befestigungsabschnitte (2, 39) enthält, die über einen Verbindungsabschnitt (3) mit veränderlichem Querschnitt und veränderlicher Wanddicke mit einem laufenden Abschnitt (1) mit konstanter Wanddicke verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern auf den gesamten Dorn (8 bis 10; 28) durch Wickeln in Umfangsrichtung und in Längsrichtung gewickelt werden, und daß auf die Befestigungsabschnitte und die Verbindungsabschnitte Fasern durch Wickeln oder Aufbringen in Abhängigkeit von den zu erhaltenden lokalen Dicken angebracht werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwischen bestimmten der Faserschichten wenigstens des laufenden Abschnitts (1) ein Klebefilm (16) und eventuell wenigstens eine Glasgewebeschicht (17) in aufgebracht werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf derselben Faserschicht der Neigungswinkel der gewickelten oder aufgebrachten Faser je nach Zone der Pleuelstange unterschiedlich ist.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Form der Gabel (2) der Pleuelstange angepaßten Formgebungsmittel (21a, 21b) zwei parallele ebene Oberflächen (23), wovon eine in Richtung zur anderen gedrückt wird, indem die mit Fasern beschichteten Teile des Dorns (10), die dem Gabelbügel (2) der Pleuelstange entsprechen, sandwichartig angeordnet werden, sowie zwei geneigte ebene Oberflächen (24) definieren, die ebenfalls gegeneinander gedrückt werden, indem die mit Fasern beschichteten Teile des Dorns (9), die dem Verbindungsteil (3) des laufenden Abschnitts (1) der Pleuelstange mit der Gabel (2) entsprechen, sanwichartig angeordnet werden

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (7, 28) durch Sand- und Bindemittelformung hergestellt wird, wobei der Mittelbaum (6, 29) hohl und seine Wandung mit Löchern (6a) versehen oder porös ist.

10. Einteilige Pleuelstange aus Verbundmaterial, die gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 erhalten wird, mit einem rohrförmigen, laufenden Abschnitt (1), zwei Befestigungsabschnitten (2, 39) und rohrförmigen Verbindungsabschnitten (3) zwischen dem laufenden Abschnitt und den Endstücken, die aus einem Verbundmaterial gebildet sind, das Fasern enthält, die in aufeinanderfolgenden Schichten aufgebracht sind und in bezug auf die Längsachse der Pleuelstange unter verschiedenen Winkeln im Bereich von 0º bis 90º orientiert sind.

11. Pleuelstange nach Anspruch 10, mit zwei Endstücken in Form einer Gabel (2).

12. Pleuelstange nach Anspruch 10, die an einem Ende eine Gabel (2) und am anderen Ende einen abgeflachten Kopf (39) umfaßt.

13. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der laufende Abschnitt (1) eine konstante Dicke aufweist und zwischen zwei übereinanderliegenden Faserschichten (13, 14) einen Klebefilm (16) umfaßt.

14. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte aufgebrachte Faserschicht aus in Umfangsrichtung gewickelten Fasern (15) gebildet ist.

15. Pleuelstange nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß am Ort des laufenden Abschnitts (1) zwischen die letzte Faserschicht (15) und die vorletzte (14) eine Glasgewebeschicht (17) eingefügt ist.

16. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf Höhe der Befestigungsteile (2, 39) und der Verbindungsabschnitt (3) in Umfangsrichtung aufgebrachte Fasern (15, 18, 19, 20) enthält, die abwechselnd mit den mit einer Neigung in bezug auf die Achse der Pleuelstange aufgebrachten Fasern (13, 14) angeordnet sind.

17. Pleuelstange nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsabschnitte (3) eine Wandstärke mit zunehmender Dicke besitzen, während die Befestigungsteile (2, 39) ein Seitenteil (4) mit konstanter Dicke besitzen.

18. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern derselben Schicht einen Neigungswinkel in bezug auf die Längsachse der Pleuelstange bilden, der je nach Zone der Pleuelstange unterschiedlich ist.







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