DE3726340A1

DE3726340A1 - Verfahren zur herstellung einer zug-druck-strebe mit krafteinleitungsaugen

Info

Publication number: DE3726340A1
Application number: DE19873726340
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Barthel; Wolfgang Heppel; Josef Ing Grad Vonderau
Original assignee: Sachs Systemtechnik GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1987-08-07
Filing date: 1987-08-07
Publication date: 1989-02-16

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel lung einer Zug-Druck-Strebe mit angeformten Krafteinlei tungsaugen in den jeweiligen Endbereichen sowie Zug-Druck- Strebe nach diesem Verfahren unter Verwendung von Fasern z. B. aus Kunststoff, Glas oder Aramid, welche mit Kunst stoff in einer Form unter Druck und Wärme verpreßt werden.

Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 32 48 373 ist es be reits bekannt, eine Zug-Druck-Strebe aus einem Verbundmate rial herzustellen, wobei ein längsverlaufendes Faserbündel in einer Form von einer Leichtmetall-Legierung umgossen wird und eine anschließende Bearbeitung zur Bildung einer vorbestimmten Form vorgesehen ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hochbelast bare Zug-Druck-Strebe zu erstellen, welche leicht herzu stellen ist und komplizierte Positionierungsprobleme in der Form vermeidet und möglichst ohne eine Nacharbeit auskommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Verfahrensanspruches gelöst. Durch einfaches Übereinan derlegen von ausgestanzten Zuschnitten der gesamten Kontur oder Teilen der gesamten Kontur aus Fasergelegen mit uni direktionaler Faserrichtung, wobei zumindest im Bereich der Augen der Zug-Druck-Strebe die Faserrichtung sowohl längs der Strebe als auch nach beiden Seiten um etwa 30° bis 60° geneigt verlaufen, sowie durch Herstellen der Öffnungen der Augen mittels konisch-zylindrischer Dorne, wodurch sich die Fasern im Bereich der Öffnungen in ihrer Ausrichtung diesen Öffnungen angleichen sowie durch Verpressen der mit Kunst stoff getränkten Zuschnitte in einer Form unter erhöhter Temperatur ist es möglich, unter Verwendung von einfachen Ausgangsmaterialien in einem einfachen Herstellungsprozeß hochbelastbare Zug-Druck-Streben zu erstellen. Insbesondere durch das Übereinanderlegen von mehreren Zuschnitten mit zueinander geneigter Ausrichtung der Fasern wird es mög lich, beim Herstellen der Augen der Streben durch konisch- zylindrische Dorne die Fasern der Fasergelege der äußeren Kontur der Augen anzugleichen, so daß an diesen Stellen im fertigen Bauteil eine besonders hohe Belastung übertragbar ist. Durch die eingeführten Dorne in Verbindung mit dem Aufheizen der entsprechenden Form und dem Verfließen des Kunststoffes ist den Fasern die Möglichkeit gegeben, sich tangential um den das Auge formenden Dorn auszurichten. In dieser Lage erfolgt das Erstarren des Kunststoffs und das fertige Bauteil weist sowohl die gewünschte Außenform als auch die für die hohe Belastung erwünschte Form und Lage der Fasern auf.

Zur Vereinfachung der Herstellung und der Handhabung der Zuschnitte ist es besonders vorteilhaft, vorimprägnierte Fasergelege zu verwenden. Auf diese Weise ist bereits der Kunststoff im Fasergelege in ausreichender Menge vorhanden, wobei gleichzeitig die Fasergelege eine besser zu handha bende Konsistenz aufweisen.

Es wird weiterhin vorgeschlagen, daß sämtliche Fasergelege aus Kurzfasergelegen bestehen mit einer Faserlänge von etwa 1 bis 6 mm. Bei der Verwendung von solchen Kurzfasern, die sowohl in Längsrichtung der Strebe als auch dazu geneigt um etwa 30° bis 60° nach beiden Seiten verlaufen, ergibt sich in sehr einfacher Weise eine exakte Ausrichtung im Bereich der Augen durch das Einführen der Dorne und das Erhitzen in der Form durch Aufschwimmen. Die hochbelasteten Bereiche um die Augen herum sind so durch die etwa kreisförmige Aus richtung der Kurzfasern den Beanspruchungen gewachsen.

Es ist jedoch auch möglich Fasergelege mit Langfasern zu verwenden, wobei die Zuschnitte mit langen Fasern derart hergestellt werden, daß die Längserstreckung der Fasern von Auge zu Auge verlaufen, es ist dann allerdings vorteilhaft, weitere Zuschnitte von im wesentlichen runder Form für die Bereiche der Augen vorzusehen, die as Gelegen mit Kurzfa sern bestehen und deren Ausrichtung um ca. 30° bis 60° nach beiden Seiten von der Ausrichtung der Langfasern abweichen. Durch entsprechendes Schichten mehrerer Zuschnitte aus Langfasergelegen und aus Kurzfasergelegen ist es so mög lich, eine entsprechend den Belastungen der Strebe angepaß te Ausrichtung der Fasern zu erzielen.

Nach einem weiteren Merkmal ist es vorteilhaft, alle Zu schnitte in der Form der gesamten Kontur aus Fasergelegen mit Langfasern herzustellen, wobei in den Bereichen der Augen Löcher ausgestanzt werden, die einen kleineren Durch messer aufweisen als die fertigen Augen. In diese Löcher werden während des Herstellungsvorganges die konisch- zylindrischen Dorne eingeführt und die Löcher entsprechend auf das fertige Maß erweitert. Durch das Einstanzen der Löcher werden die Langfasern im Bereich der Augen gekürzt und es wird ihnen somit die Möglichkeit gegeben, sich zu mindest teilweise der Form des fertigen Auges im Herstel lungsprozeß anzugleichen.

Eine Zug-Druck-Strebe der beschriebenen Bauart eignet sich insbesondere für eine Pleuelstange einer Brennkraftmaschi ne. Sie bietet gegenüber den Pleuelstangen aus Metall z. B. ein erheblich niedrigeres Gewicht.

Die Erfindung wird anschließend anhand von Beispielen näher erläutert. Es zeigen im einzelnen

Fig. 1 bis 3 Zuschnitte aus Fasergelegen mit Kurzfasern;

Fig. 4, 5 und 6 die Entstehung eines Pleuels aus über einander geschichteten Zuschnitten aus Kurzfasergelegen; die

Fig. 7 bis 14 Zuschnitte für ein Pleuel sowohl aus Langfasergelegen als auch aus Kurzfasergelegen;

Fig. 10 bis 12 Zuschnitte aus Langfasergelegen mit vor gestanzten Löchern.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen 3 Zuschnitte 1, 2 und 3, welche alle aus einem Kurzfasergelege ausgestanzt sind, wobei die kurzen Fasern von etwa 1 bis 6 mm Faserlänge alle in eine Richtung ausgerichtet sind. Der Zuschnitt 1 verläuft mit seiner Längserstreckung in Richtung der Fasern. Die Zu schnitte 2 und 3 sind aus dem Gelege derart ausgestanzt, daß die Ausrichtung der einzelnen Fasern gegenüber der Längserstreckung des Zuschnittes um 30° bis 60° geneigt verlaufen. Mehrere dieser Zuschnitte 1 und 2 bzw. 3 werden nun zum Herstellen einer Zug-Druck-Strebe in Form eines Pleuels abwechselnd aufeinandergelegt. Wie weiter aus den Fig. 4 bis 6 ersichtlich, entsteht somit ein Paket 4 von mehreren Zuschnitten, bei welchem die kurzen die Fasern so wohl in Längsrichtung des Zuschnittes verlaufen als auch um 30° bis 60° nach beiden Seiten geneigt. Dieses Paket 4 wird nunmehr in eine Form eingelegt und entweder beim Einlegen in die Form oder nach dem Einlegen in die Form wird über konisch-zylindrische Dorne Öffnungen 8 bzw. 9 zentrisch zu den gewünschten Augen 6 bzw. 7 angebracht. Durch die Rela tivbewegung zwischen den konisch-zylindrischen Dornen und dem Paket 4 werden die Fasern im Bereich der Augen 6 bzw. 7 in Richtung auf die Außenkontur zu verdrängt und teilwei se in der in Fig. 6 dargestellten Form ausgerichtet. Bei voll eingeführten Dornen ergibt sich die Form gemäß Fig. 6. Die Augen 6 und 7 haben ihre endgültigen Innendurchmes ser erreicht und die Fasern verlaufen konzentrisch zu diesen kreisförmigen Augen. Anschließend wird die erhitzte Form ge schlossen. Durch die Erhitzung wird der in den Fasergelegen bereits vorhandene Kunststoff flüssig und er möglicht den Kurzfasern aufzuschwimmen und sich konzen trisch zu den Augen 6 und 7 auszurichten. Diese Lage bleibt beim anschließenden Abkühlungsprozeß erhalten. Durch dieses Verfahrfen wird auf äußerst einfache und rationelle Weise die Festigkeit der Augen 6 und 7 der Pleuelstange 5 derart erhöht, daß es nicht nötig ist, beispielsweise Ver bundmaterialien für die Herstellung zu verwenden. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß der für die Verbindunmg der Fasern untereinander vorgesehene Kunststoff nicht un bedingt schon im Fasergelege beigefügt sein muß, sondern daß es ohne weiteres möglich ist, entweder das fertige Paket 4 mit Kunststoff zu tränken oder auch den Kunststoff in die geschlossene Form einzubringen.

In den Fig. 7 bis 9 sind weitere Zuschnitte 10 bis 14 dargestellt, die zusammen in geschichteter Form als Aus gangsmaterial für ein Pleuel dienen. Dabei ist der Zu schnitt 10 aus einem Langfasergelege hergestellt und die Fasern verlaufen in Längsrichtung des Pleuels von dem einen Auge zum andern. Da hier beim Durchstoßen der konisch- zylindrischen Dorne ein Ausrichten der Fasern nicht in dem für die Festigkeit des Pleuels notwendigen Maß stattfindet ist vorgesehen, zumindest im Bereich der Augen Zuschnitte 11 bis 14 von etwa runder Gestalt vorzusehen, welche aus Kurzfasergelegen ausgestanzt sind. Sie werden dabei mit Zu schnitten 10 in unterschiedlicher Reihenfolge gestapelt, wobei die Ausrichtung der Zuschnitte 11 bis 14 mit Kurzfa sern derart vorgenommen wird, daß diese in einem Winkel von 30° bis 60° gegenüber der Ausrichtung der Langfasern im Paket zu liegen kommen. Die weitere Verarbeitung dieses Paketes erfolgt wie bereits oben anhand der Fig. 4 bis 6 beschrieben. Durch die zugefügten Zuschitte 11 bis 14 wird es auch in diesem Fall möglich sein, eine ausreichende An zahl von Fasern in die konzentrische Form zur Darstellung der Augen zu überführen, so daß die Festigkeit des herge stellten Bauteils gewährleistet ist.

Die Fig. 10 bis 12 zeigen 3 Zuschnitte 15 bis 17, welche jeweils aus Langfasergelegen ausgestanzt sind. Die Zu schnitte weisen jeweils die komplette Kontur des herzustel lenden Bauteils auf und sie sind derart aus dem Langfaser gelege ausgestanzt, daß bei einem Teil die Ausrichtung in Längsrichtung verläuft und bei einem Teil die Ausrichtung um etwa 30° bis 60° nach der einen oder nach der anderen Seite geneigt. Gleichzeitig werden beim Ausstanzen der Zu schnitte Löcher 19 bzw. 20 vorgesehen, die konzentrisch zu den späteren Augen verlaufen und die jeweils einen kleine ren Durchmesser aufweisen als die fertigen Augen. Die Zu schnitte 15 bis 17 werden nunmehr ebenfalls zu einem Paket übereinandergelegt und die Löcher 19 und 20 durch konisch- zylindrische Dorne auf das Endmaß aufgeweitet. Durch das Einbringen der Löcher 19 und 20 werden in dem Bereich der Augen zumindest ein Teil der Langfasern abgeschnitten und gekürzt, so daß im späteren Umformungsprozeß in der Form auch hier ein Teil der Fasern in der Lage sind, sich an die Form der Augen konzentrisch anzupassen. Bei dieser Vorge hensweise ist es somit auch möglich, nur unter Verwendung von Zuschnitten aus Langfasergelegen eine ausreichende Festigkeit des Endproduktes zu erzielen.

In allen oben beschriebenen Fällen ist das Herstellen der Zuschnitte und die Handhabung der Zuschnitte bis zum Ein führen in die entsprechende Form einfach und preiswert durchzuführen. Die mit diesem Verfahren hergestellte Strebe bzw. die für eine Brennkraftmaschine vorgesehene Pleuel stange ist ohne komplizierte Manipulationen während des Herstellvorgangs und ohne Zufügen anderer Materialien der hohen Belastungen gewachsen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Zug-Druck-Strebe mit angeformten Krafteinleitungsaugen in den jewei ligen Endbereichen sowie Zug-Druck-Strebe nach diesem Verfahren, unter Verwendung von Fasern, z. B. aus Kunststoff, Glas oder Aramid, welche mit Kunststoff in einer Form unter Druck und Wärme verpreßt werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Ausstanzen von Zuschnitten (1-3, 10-17) der gesam ten vorgesehenen Kontur oder Teilen davon aus Fasergelegen mit unidirektionaler Faserrichtung;
b) Übereinanderlegen von mehreren Zuschnitten (1-3, 10-17) zu einem Paket (4) derart, daß zumindest im Bereich der Augen (6, 7) die Faserrichtung sowohl längs der Strebe als auch nach beiden Seiten um etwa 30°-60° verlaufen;
c) Herstellung der Augen (6, 7) über Öffnungen (8, 9) mittels konisch-zylindrischer Dorne;
d) Verpressen der mit Kunststoff getränkten Zuschnit te (1-3, 10-17) in der Form unter erhöhter Tempera tur.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise vorimprägnierte Fasergelege verwen det werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Fasergelege aus Kurzfasergelegen beste hen mit einer Faserlänge von etwa 1-6 mm.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschnitte (10) mit der Form der gesamten Kontur aus Fasergelegen mit Langfaser bestehen, wobei die Fasern in Richtung der Längserstreckung von Auge zu Auge verlaufen, und weitere Zuschnitte (11-14) von im wesentlichen runder Form für die Bereiche der Augen aus Gelegen mit Kurzfasern bestehen, deren Ausrichtung um ca. 30°-60° nach beiden Seiten von der Ausrichtung der Langfasern abweichen.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zuschnitte (15-17) in der Form der gesamten Kontur aus Fasergelegen mit Langfasern bestehen, wobei in den Bereichen der Augen Löcher (19, 20) ausgestanzt werden, die einen kleineren Durchmesser aufweisen als die fertigen Augen (6, 7).

6. Strebe nach den Verfahren der Ansprüche 1-5, da durch gekennzeichnet, daß die Strebe als Pleuelstange (5) für eine Brennkraftmaschine ausgebildet ist.