CS260557B1

CS260557B1 - Leaf plastic spring and method of jojl production

Info

Publication number: CS260557B1
Application number: CS864941A
Authority: CS
Inventors: Ludek Zamyslicky; Miroslav Hanke; Karel Hejtmanek; Zbynek Sucharda; Jiri Pscheidt; Lubomir Zeman
Original assignee: Ludek Zamyslicky; Miroslav Hanke; Karel Hejtmanek; Zbynek Sucharda; Jiri Pscheidt; Lubomir Zeman
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1986-06-30
Publication date: 1988-12-15
Also published as: CS494186A1

Abstract

Listová plastová pružina, která odpovídá velikostem namáhání v jednotlivých místech s větší mírou útlumových vlastností, přičemž je zaručeno dodržení vzdálenosti mezi horní a spodní vrstvou, zjednodušení a urychlení její výroby má uvnitř v oblasti neutrální osy namáhání alespoň jednu podélnou dutinu vyplněnou jádrem. Výroba spočívá v tom, že na jádro, které se otáčí kolem své podélné osy, se navíjí ve více vrstvách předimpregnovaný kompozitní materiál v podobě pramence vláken nasyceného pryskyřicí, přičemž pramenec vláken svírá 8 podélnou osou jádra úhel větší než 0 a menší než 90°. Listové pružiny jsou zejména vhodné pro odpružení kol motorových vozidel, železničních vagónů a podvozků letadel.A plastic leaf spring, which corresponds to the magnitude of the stress in individual places with a greater degree of damping properties, while ensuring that the distance between the upper and lower layers is maintained, simplifying and accelerating its production, has at least one longitudinal cavity filled with a core inside in the area of the neutral axis of the stress. The production consists in winding a pre-impregnated composite material in the form of a strand of fibers saturated with resin in multiple layers onto a core that rotates around its longitudinal axis, the strand of fibers forming an angle of greater than 0 and less than 90° with the longitudinal axis of the core. Leaf springs are particularly suitable for the suspension of wheels of motor vehicles, railway wagons and aircraft landing gear.

Description

Vynález se týká listové plastové pružiny z kompozitu tvořeného vlákny ve tvrditelné matrici v oblasti kolem neutrální osy namáhání vytvořenou podélnou dutinu, a způsobu její výroby.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sheet plastic spring made of a fiber composite in a curable matrix in a region around the neutral stress axis formed by a longitudinal cavity, and to a method for producing the same.

Známá provedení listových plastových pružin jsou vytvořena v podstatě jako plné profily a pro dosažení proměnné tuhosti v závislosti na vzdálenosti od místa působení zatížení mění se jejich Šířka a výěka nebo tvar jejich příčného průřezu. Přitom velikost plochy příčného průřezu věak musí zůstat neměnná, což je dáno vlastnostmi kompozitu tvořeného vlákny ve vytvrditelné matrici a technologií výroby. Tato známá provedení mají nedostatek v tom, že nejsou využity vlastnosti materiálu v oblasti neutrální osy namáhání pružiny, kde nedochází k mechanickému namáhání.Known embodiments of leaf plastic springs are formed essentially as solid profiles and their width and height or the shape of their cross-section vary in order to achieve variable stiffness depending on the distance from the point of application of the load. However, the size of the cross-sectional area, however, must remain unchanged, which is due to the properties of the fiber composite in the curable matrix and the manufacturing technology. These known embodiments have the drawback that the properties of the material in the region of the neutral axis of the spring load, where no mechanical stress occurs, are not utilized.

Známá provedení listových plastových pružin založených na principu nosníku stejného ohybového odporu mají horní a spodní vrstvu kompozitu odděleny jádrem s proměnným příčným průřezem, čímž je dosaženo, že vzdálenost mezi horní a spodní vrstvou kompozitu se podél délky pružiny mění. Nevýhodou těchto pružin je to, že při deformaci jádra se vrstvy mohou k sobě přiblížit, čímž se mění moment setrvačnosti průřezu, sníží se tuhost a pružina přestane plnit požadavky na ni kladené. Problémem je i dokonalé spojení vrstev s jádrem.Known embodiments of sheet plastic springs based on the principle of a beam of the same bending resistance have an upper and a lower composite layer separated by a core with a variable cross-section, whereby the distance between the upper and lower composite layer varies along the length of the spring. The disadvantage of these springs is that during the deformation of the core, the layers can come closer together, thereby changing the moment of inertia of the cross-section, reducing the stiffness and stopping the spring to fulfill the requirements imposed on it. The perfect connection of the layers to the core is also a problem.

Tyto známé pružiny jsou vyráběny navíjením vláken, procházejících lázní kapalné pryskyřice na rám, který se otáčí kolem osy' ležící ve středu pružiny kolmo k její podélné ose. Takto vzniklý polotovar je slisován ve formě do požadovaného tvaru a zvýěenou teplotu vytvrzen. Protože se jedná o plný profil, je doba vytvrzování delší, nebot vpodstatě závisí na tlouštce vytvrzovaného materiálu. V důsledku uvedeného navíjení má známý^zpúsob výroby větší nároky i na prostor.These known springs are produced by winding fibers passing through a bath of liquid resin onto a frame that rotates about an axis' lying in the center of the spring perpendicular to its longitudinal axis. The blank thus formed is pressed in the mold into the desired shape and the elevated temperature cured. Because it is a full profile, the curing time is longer, since it essentially depends on the thickness of the cured material. As a result of the winding, the known production method has a greater space requirement.

Cílem vynálezu je vytvořit namáhání v jednotlivých místech dodržení vzdálenosti mezi horní výroby této pružiny.It is an object of the present invention to provide stresses at individual locations by maintaining the distance between the upper production of this spring.

listovou plastovou pružinu, která odpovídá velikostem s větší mírou útlumových vlastností, přičemž je zaručeno a spodní vrstvou a dále jednoduchý a rychlejší způsobleaf plastic spring, which corresponds to sizes with a greater degree of attenuation properties, while guaranteeing the bottom layer and a simple and faster way

Uvedeného cíle se dosahuje listovou plastovou pružinou z kompozitu tvořeného vlákny ve tvrditelné matrici, která má v oblasti kolem neutrální osy namáhání vytvořenou podélnou dutinu, podle vynálezu, tím, že dutina je vyplněna jádrem. Pružina je opatřena průchozími otvory vedoucími do dutiny. Jádro může mít oválný příčný průřez, může být opatřeno alespoň jednou podélnou drážkou, případně mít alespoň jednu podélnou dutinu. Tato pružina se podle vynálezu vyrábí tak, že na jádro, které se otáčí kolem své podélné osy, se navíjí ve více vrstvách předimpregnovaný kompozitní materiál v podobě pramence vláken nasyceného pryskyřicí, přičemž pramenec svírá s podélnou osou pružiny úhel větší než 0° a menší než 90°. Další způsob výroby pružiny podle vynálezu spořívá v tom, že na nekonečný pás se separátní fólií, kterým jsou ovinuty kladky, z nichž je jedna hnací, se navíjí předimpregnovaný pás kompozitu obsahující minimálně jedno vlákno, čímž mezi protilehlými navinutými vrstvami vzniká dutina, do které se po sejmuti polotovaru z páru vloží jádro a tento celek se slisuje ve formě.This object is achieved by a sheet plastic spring made of a fiber composite in a curable matrix having a longitudinal cavity formed in the region around the neutral stress axis, in that the cavity is filled with a core. The spring is provided with through holes leading into the cavity. The core may have an oval cross-section, may be provided with at least one longitudinal groove, or may have at least one longitudinal cavity. According to the invention, this spring is produced by winding in a plurality of layers a pre-impregnated composite material in the form of a strand of resin-saturated fibers on a core rotating about its longitudinal axis, wherein the strand forms an angle greater than 0 ° and less than 90 °. A further method of manufacturing a spring according to the invention consists in winding a pre-impregnated composite strip containing at least one fiber on a continuous film with a separate film wrapped in rollers of which one is a drive, thereby forming a cavity between the opposed wound layers into after removal of the blank from the pair, the core is inserted and the whole is compressed in a mold.

Kromě výhod daných přímo cílem vynálezu, je dosažena úspora materiálu a menší dimenzace tlumičů, což vede i k nižší hmotnosti pružiny a tlumicího příslušenství. Zjednodušení výroby spočívá především ve zkrácení doby vytvrzování, nebot jde o menší tlouštku vytvrzovaného materiálu, což přináší i úsporu tepelné energie.In addition to the advantages provided directly by the object of the invention, material savings and less dimensioning of the dampers are achieved, which also results in a lower weight of the spring and damping accessories. The simplification of production consists mainly in shortening the curing time, because it is a smaller thickness of the cured material, which also brings savings in thermal energy.

Příklady listové plastové pružiny a způsobu její výroby podle vynálezu jsou znázorněny na připojených výkresech, kde obr. 1 je podélný řez první alternativou pružiny podle vynálezu, obr. 2 je půdorys pružiny podle obr. 1, obr. 3 je řez A-A podle obr. 1, obr. 4 je řez B-B podle obr. 1, obr. 5 je řez C-C podle obr. 1, obr. 6 je podélný řez druhou alternativou přužiny podle vynálezu, obr. 7 je řez A-A podle obr. 6, obr. 8 je řez C-C podle obr. 6, obr. 9 je řez B-B podle obr. 6, obr. 10 je podélný řez alternativou pružiny podle vynálezu, obr. 11 je řez A-A podle obr. 10, obr. 12 je řez B-B podle obr. 10, obr. 13 je podélný řez čtvrtou alternativou pružiny podle vynálezu, obr. 14 je řez A-A podle obr. 13, obr. 15 je řez B-B podle obr. 13, obr. 16 znázorňuje schematicky alternativu způsobu výroby pružiny podle vynálezu, obr. 17, 18 jsou schematická znázornění lisování a vytvrzováni pružiny.Examples of a leaf plastic spring and a method for its manufacture according to the invention are shown in the accompanying drawings, wherein Fig. 1 is a longitudinal section of a first alternative spring according to the invention; Fig. 2 is a plan view of the spring of Fig. 1; Fig. 4 is a section BB of Fig. 1, Fig. 5 is a section CC of Fig. 1, Fig. 6 is a longitudinal section of a second alternative spring according to the invention; Fig. 7 is section AA according to Fig. 6; Fig. 6 is a sectional view of Fig. 6; Fig. 9 is a sectional view of Fig. 6; Fig. 10 is a longitudinal sectional view of an alternative spring according to the present invention; Fig. 13 is a longitudinal section of a fourth alternative spring according to the invention; Fig. 14 is a section AA of Fig. 13; Fig. 15 is a section BB of Fig. 13; 18 are schematic illustrations of spring compression and curing.

Listová plastová pružina 2 v příkladu podle obr. 1 až 5 sestává z křížového návinu z kompozitního materiálu tvořeného vlákny ve tvrditelné matricí. V oblasti neutrální osy 6 namáhání má dutinu 3, která je po celé délce pružiny 2 a která má proměnlivý příčný průžez ve směru podélné osy pružiny 1_. V dutině 3 je uspořádáno jádro 2, které je bud plné nebo má vnitřní dutinu 8 (alternativy jsou znázorněny v levé a pravé polovině obr. 1). Vnitřní dutina 8 je uzavřená. Pružina 2 je opatřena průchozími otvory 4 vedoucími do dutiny pro případné vytaveni jádra 2· Jádro 2 je opatřeno alespoň jednou podélnou drážkou 5 pro uchyceni počátku křížového návinu 2.The sheet plastic spring 2 in the example of FIGS. 1 to 5 consists of a cross winding of a fiber composite in a curable matrix. In the region of the neutral stress axis 6, it has a cavity 3 which extends along the entire length of the spring 2 and which has a variable cross-section in the direction of the longitudinal axis of the spring 7. A cavity 3 is provided in the cavity 3, which is either solid or has an internal cavity 8 (alternatives are shown in the left and right half of Fig. 1). The inner cavity 8 is closed. The spring 2 is provided with through holes 4 leading into the cavity for potential melting of the core 2. The core 2 is provided with at least one longitudinal groove 5 for receiving the origin of the cross winding 2.

Druhý přiklad listové plastové pružiny 2 podle obr. 6 až 9 se od prvně popsané alternativy liči v tom, že je navíc opatřena horní a spodní vrstvou £ kompozitu a vlákny orientovanými ve směru podélné osy pružiný 2·The second example of the leaf plastic spring 2 according to FIGS. 6 to 9 differs from the first described alternative in that it is additionally provided with an upper and a lower layer of the composite and fibers oriented in the direction of the longitudinal axis.

Dalěl přiklad listové plastové pružiny 2 podle obr. 10 až 12 je oproti příkladu podle obr. 6 až 9 opatřen ježtě bočními vrstvami 10 kompozitu s vlákny orientovanými ve směru podélné osy pružiny 2· ^u tohoto příkladu je znázorněna i otevřená vnitřní dutina J3 jádra 2·Dalěl example leaf plastic springs 2 according to Figs. 10 to 12 is compared with the example of FIGS. 6-9 is provided Eat side layers 10 of the composite with fibers oriented along the longitudinal axis of the spring 2 · ⁱⁿ this example is shown as an open inner cavity J3 core 2 ·

Příklad podle obr. 13 až 15 znázorňuje listovou plastovou pružinu 2 bez křížového návinu 2, kde přímo na jádro 2 je nanesena horní a spodní vrstva 9, případně i bočni vrstvy 10. kompozitu tvořeného vlákny ve směru podélné osy pružiny 2· ^v pravé polovině obr. 13 je znázorněna varianta jádra 2 ⁸ plným profilem, které má vnitřní dutinu v koncové části pružiny 2·13 to 15 shows a sheet plastic spring 2 without a cross winding 2, in which the upper and lower layers 9 and possibly the lateral layer 10 of the fiber composite ^{in the} right half of the spring 2 are applied directly to the core 2. 13 shows a variant of the core 2 ^{8 with a} full profile having an internal cavity in the end portion of the spring 2.

Dutina 2 ^a tím i jádro 2 mohou mlt různý příčný průřez .(například čočkovitý, elipsoidnl, kruhový). Jádro 2 může být zhotoveno z různých materiálů, jejichž charakter se určí podle druhu a velikosti zatížení pružiny (kov, plast, pryž). Z důvodů lepšího tlumeni může být jádro 2» případně výplň vnitřní dutiny 2 jádra T_, z hmoty pohlcující vibrace (například polyuretanová pěna).The cavity 2 ^and hence the core 2 may have different cross-sections (e.g., lenticular, ellipsoidal, circular). The core 2 can be made of various materials, the character of which is determined by the type and magnitude of the spring load (metal, plastic, rubber). For better damping, the core 2 or the inner cavity 2 of the core T may be of a vibration absorbing material (e.g. polyurethane foam).

V obr. 16 až 18 je znázorněn příklad způsobu výroby pružiny podle vynálezu. Na nekonečný pás 16 se separátní fólií 17, kterým jsou ovinuty kladky 12, 13, z nichž jedna je hnací, se navíjí nekonečný předimpregnovaný pás 11 kompozitu obsahujícího vlákna. Mezi kladkami 12. 13 vzniká dutina 3, do které se po sejmutí polotovaru z pásu 16 vloží jádro T_ a tento polotovar se v tvárnici 14 tlakem tvárníku 15 ze tepla vylisuje do požadovaného tvaru.16 to 18 show an example of a method for manufacturing a spring according to the invention. A continuous pre-impregnated web 11 of the fiber-containing composite is wound onto a continuous web 16 with a separate film 17 wrapped with rollers 12, 13, one of which is a driving film. Between the rollers 12, 13 there is a cavity 3 into which, after removal of the blank from the belt 16, a core T is inserted and this blank is pressed into the desired shape in the mold 14 by pressing the mold 15 from the heat.

V případě přužiny 2 opatřené samostatnými bočními vrstvami 10 se nejprve (podle obr. 17) vylisuji boční vrstvy 10 a následně (podle obr. 18) se pružina 2 opatří horní a spodní vrstvou 2·In the case of a spring 2 provided with separate side layers 10, the side layers 10 are first pressed (according to FIG. 17) and subsequently (according to FIG. 18) the spring 2 is provided with upper and lower layers 2.

Dalši možný způsob výroby listové plastové pružiny 2 spočívá v tom, že na jádro 2» otáčejici se kolem své podélné osy, se navíjí ve více vrstvách předimpregnovaný kompozitní materiál v podobě pramence vláken nasyceného pryskyřicí. Pramenec vláken přitom svírá s podélnou osou jádra 2 úhel větší než 0° a menší než 90°.Another possible method of manufacturing the sheet plastic spring 2 is to wind a pre-impregnated composite material in the form of a strand of resin-saturated fibers on a plurality of layers on a core 2 rotating about its longitudinal axis. The fiber strand forms an angle of greater than 0 ° and less than 90 ° with the longitudinal axis of the core 2.

Listová plastová pružina podle vynálezu je určena zejména pro odpruženi motorových vozidel, železničních vagónů a podvozků letadel. Obecně je použitelná pro ohybová namáhání.The leaf plastic spring according to the invention is intended in particular for the suspension of motor vehicles, railway wagons and aircraft undercarriages. It is generally applicable to bending stresses.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A sheet plastic spring made of fiber-composite in a curable matrix having a longitudinal cavity formed around the neutral stress axis, characterized in that the cavity (3) is filled with a core (7).

Leaf plastic spring according to claim 1, characterized in that it has through holes (4) leading to the cavity (3).

Leaf plastic spring according to claim 1, characterized in that the core (7) has an oval cross-section.

Leaf plastic spring according to claim 1, characterized in that the core (7) is provided with at least one longitudinal groove (5).

Leaf plastic spring according to claim 1, characterized in that the core (7) has at least one internal cavity (8).

6. A method according to claim 1, characterized in that a pre-impregnated composite material in the form of a resin-saturated strand is wound in a plurality of layers on a core (7) rotating about its longitudinal axis. with a longitudinal axis of the core, an angle greater than 0 ° and less than 90 °.

Method for producing a leaf plastic spring according to Claims 1 to 5, characterized in that a pre-impregnated strip is wound onto an endless belt (16) with a separate film (17) wrapped with rollers (12, 13), one of which is a driving belt. (11) of a composite comprising at least one fiber, thereby forming a cavity (3) between the opposed wound layers, into which, after removal of the blank from the strip (16), a core (7) is inserted and compacted in the form of a block (14); with a moulder (15).