DE102006062414A1 - Zylinderrohr für einen Hydraulikzylinder aus Faserverbundwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Zylinderrohr aus Faserverbundwerkstoff, aufweisend ein Rohrstück aus textilverstärktem Kunststoff mit anschließenden Bereichen zur Aufnahme und Befestigung metallischer Flanschbauteile, wobei das Zylinderrohr und die metallischen Flanschbauteile einen Hydraulikzylinder bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderrohr (1) im Bereich zur Ausführung des Kolbenhubes ein zylindrisches Profil und im Bereich zur Aufnahme und Befestigung der Flanschbauteile (2a, 2b) ein abgeflachtes Profil mit einem dazwischenliegenden Übergangsbereich aufweist, in dem das zylindrische Profil kontinuierlich in das abgeflachte Profil überführt wird, wobei alle Bereiche einen etwa konstanten Umfang aufweisen und durch ein aufgewickeltes textiles Flächenhalbzeug (17, 18, 19) verstärkt sind. Ein Verfahren zur Herstellung des Zylinderrohres ist beschrieben.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Zylinderrohr aus Faserverbundwerkstoff, aufweisend ein Rohrstück aus textilverstärktem Kunststoff mit anschließenden Bereichen zur Aufnahme und Befestigung metallischer Flanschbauteile, wobei das Zylinderrohr und die metallischen Flanschbauteile einen Hydraulikzylinder bilden. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Zylinderrohres nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
- Die Wettbewerbsfähigkeit vieler Hydraulikkomponenten für Luft- und Raumfahrtanwendungen wird maßgeblich durch die Realisierung innovativer Leichtbaukonzepte bestimmt. Die strukturellen Komponenten etwa von Hydraulikaktuatoren werden bisher im Wesentlichen aus hochfesten, z. T. geschmiedeten Stahlwerkstoffen hergestellt. Insbesondere bei Ausführungen mit langen Hüben trägt das entsprechend lange Zylinderrohr erheblich zum Aktuatorgewicht bei. Durch den Einsatz von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) können insbesondere bei solchen langen Zylinderrohren deutliche Gewichtseinsparungen erzielt werden.
- Nach dem Stand der Technik wurde das Problem bisher wie folgt gelost:
- a) Zylinderrohre aus Stahl Für Hydraulikaktuatoren bei Luftfahrtanwendungen kommen bisher vorwiegend schwerere Zylinderrohre aus hochwertigen Stahlwerkstoffen zum Einsatz.
- b) Zylinderrohre aus Faser-Kunststoff-Verbund mit formschlüssigen Flanschverbindungen Für Leichtbau-Hydraulikzylinder werden vereinzelt Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) eingesetzt. Das typische industriell eingesetzte Fertigungsverfahren für derartige Zylinderstrukturen ist das Faserwickelverfahren. Einfache Verbund-Zylinderrohre werden in Kombination mit Zugankern eingesetzt, die die Längskräfte zwischen den Zylinderflanschen übertragen.
- Zylinderrohre aus Faserverbund:
-
- • Hufenbach,
W.; Müller,
C. H.: Verwendung eines Verbundaggregates aus einem Liner und einem
faserverstärktem
Kunststoffrohr als Druckzylinder eines Stellantriebes der Hochdruckhydraulik.
Patent,
DE 44 30 502 C2 , 27. Aug. 1994 - Schraubverbindung:
-
- • Wenderoth,
K.; Bachmann, A.: Schraubverbindung für einen Körper aus Faserverbundwerkstoff.
Offenlegungsschrift,
DE 102 06 614 A1 , 15. Feb. 2002 - Konturverbindungen:
-
- • Bachmann,
A.; Zankl, W.: Hydraulikzylinder. Patentschrift
DE 196 49 133 C1 , 27. Nov. 96 - • Ching,
F.: Composite cylinder for use in aircraft hydraulic actuator. Europäisches Patent,
EP 0 640 186 B1 , 19. Feb. 1997 - Schlaufenverbindungen:
-
- • Dirkin,
W.; Douglass, D.; Tootle, J. N.; Benton, T. L.: Fluid Actuator including
composite cylinder assembly. Patentschrift,
US 4,685,384 , 11. Aug. 1987 - Die Nachteile des Standes der Technik bestehen in Folgendem:
- zu a) Die Verwendung von Stahlwerkstoffen für Zylinderrohre führt insbesondere bei längeren Aktuatoren zu erheblichen Bauteilgewichten.
- zu b) Die Wickeltechnik ist für die Herstellung von Zylinderstrukturen geradezu prädestiniert. Die Schwierigkeit besteht jedoch in der strukturellen Integration geeigneter Bauteilgeometrien, die eine formschlüssige lösbare Anbindung der Zylinderflansche sowie die Einleitung hoher axialer Lasten erlauben. Integrative Konturen für die formschlüssige Einbettung von Lasteinleitungselementen können z. B. mit Hilfe der Wickeltechnik hergestellt werden. Dabei wird die Faserverbundkomponente durch direkte Faserablage auf dem konturierten Lasteinleitungselement hergestellt. Die spätere Montage und Demontage derartiger Lasteinleitungselemente ist im Allgemeinen schwierig.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine funktions- und fertigungsgerechte Faserverbund-Metall-Mischbauweise für einen Leichtbau-Hydraulikzylinder und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Zylinderrohr für einen Hydraulikzylinder mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
- Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderrohres mit den im Anspruch 10 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Varianten des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
- Mit Hilfe eines typischen Faserverbund-Fertigungsverfahrens wie etwa „Resin Transfer Moulding" (RTM), „Vacuum Assisted Resin Infusion" (VARI) oder Prepreg/Autoklav-Technik sowie durch Einsatz eines speziellen mehrteiligen Formkerns wird die endkonturnahe Fertigung einer Zylinderstruktur (
1 ) aus textilverstärktem Kunststoff mit einer integrativen Fügezone für eine gelenkige Bolzenbefestigung (5 –8 ) ermöglicht. Der mehrteilige Formkern (13 ,14 ) weist im Bereich des späteren Kolbenhubs eine zylindrische Form auf und im Bereich der Bolzenbefestigung ein abgeflachtes Profil mit gegenüberliegenden parallelen, ebenen Flächen. Dazwischen befindet sich ein Übergangsbereich, in dem das Kreisprofil kontinuierlich in das Flachprofil überführt wird. Ein besonderes Merkmal des Wickelkerns ist dabei ein über alle Bereiche etwa konstanter Umfang, der das faltenfreie Aufwickeln von textilen Flächenhalbzeugen ermöglicht. Für die Fertigung kommen flächige textile Halbzeuge (17 –19 ) mit ausreichendem Drapiervermögen wie etwa Gewebe, Gelege oder Gestricke aus hochfesten und steifen Verstärkungsfasern (Kohlenstofffasern oder Glasfasern) in Betracht. Besonders einfach gelingt die Ablage der Verstärkungshalbzeuge auf dem Formkern, wenn zunächst eine etwa zylindrische Preform durch Aufwickeln von Flächenhalbzeugen hergestellt wird, die anschließend auf den Formkern aufgezogen wird. Dadurch ergibt sich ein sehr geringer Aufwand für den Halbzeugzuschnitt. Aufgrund der unterschiedlichen Beanspruchungen in einzelnen Bereichen des Faserverbund-Zylinderrohrs wird ein abschnittweise angepasster Schichtaufbau empfohlen. Im Bereich des innen wirkenden Fluiddrucks werden z. B. zusätzliche Textilien mit Fasern in Umfangsrichtung (18 ) benötigt, während in den Bereichen mit Bolzenverbindungen weitere ±45°-Verstärkungen (19 ) erforderlich werden. Für die Matrix sind duroplastische Kunststoffe prädestiniert, die als flüssige Reaktionsharze in die Textilien eingebracht werden. Darüber hinaus sind auch thermoplastische Kunststoffe und Metalle als Matrixwerkstoff geeignet. - Durch die Integration eines innenliegenden dünnwandigen Metallrohrs (Liner) (
11 ) im Bereich des Kolbenhubs und der Funktionsflansche (Bereich mit Kreis-Querschnitt) kann eine abriebfeste Gleitfläche für die Kolbendichtung und gleichzeitig eine Diffusionssperre bereitgestellt werden. Dieser metallische Liner wird zu Beginn der Fertigung auf dem Formkern (14 ) positioniert und dort mit O-Ring-Dichtungen gegen Benetzung mit Harz auf der Innenseite geschützt. Die O-Ring-Dichtungen dienen gleichzeitig der Zentrierung des metallischen Liners auf dem Formkern. - Nach dem Tränken der Faserhalbzeuge mit Reaktionsharz und nach Abschluss der Konsolidierung erfolgt die Entformung, wobei das Herausziehen des Formkerns (
13 ,14 ) durch eine geeignete Teilung (mindestens Zweiteilung) und durch hinterschnittfreie Gestaltung der einzelnen Formkern-Segmente ermöglicht wird. Getrennt werden die Formkernsegmente im Bereich des Übergangs von Kreisprofil zu Flachprofil durch eine spezielle verschränkte Trennflächenanordnung, da mit einer einfachen Trennebene keine hinterschnittfreien Segmente gestaltet werden können. - Die endgültige Form erhält das Faserverbundbauteil durch spanende Bearbeitung. Hierzu zählt das Trimmen der Rohrstruktur auf die gewünschte Länge, das Einbringen der Bolzenlöcher und die Berandung im Bereich der gelenkigen Bolzenbefestigung.
- Die hohen Arbeitskräfte des Hydraulikzylinders werden über den innen wirkenden Fluiddruck und die äußere gelenkige Bolzenbefestigung in die Textilverbundstruktur eingeleitet. Der Fluiddruck wirkt dabei axial auf metallische Funktionsflansche (
2a ,2b ,3 ), die das Zylinderrohr (1 ) zu beiden Seiten verschließen. Dabei weist in der Regel der Flansch (3 ), der der gelenkigen Bolzenbefestigung gegenüber liegt, eine Kolbenstangen-Durchführung auf. Für die Kraftübertragung von diesem Flansch auf das Faserverbund-Zylinderrohr sind auf dem Umfang verteilte Passbolzen (9 ) (etwa 8 bis 12 Stück) oder Passschrauben prädestiniert. Für die Befestigung des Flansches (2b ) eignet sich ebenfalls eine derartige Bolzenverbindung. Darüber hinaus kann dieser Flansch durch ein gesondertes Laschenpaar (4 ) aus Faserverbundwerkstoff oder Metall direkt mit dem Gelenkbolzen (5 ) verbunden werden. Verwendung eines speziellen mehrteiligen Formkerns, der die Herstellung und Entformung einer Zylinderstruktur mit integrativer Bolzen-Fügezone gestattet. - Die Vorteile der Erfindung bestehen in Folgendem:
- • Erhebliche Gewichtseinsparungen bei längeren Zylinderstrukturen gegenüber Stahlbauweisen
- • Reproduzierbare Herstellung hochwertiger, maßhaltiger Verbundkomponenten mit beanspruchungsgerechter Faserverstärkung
- • Hochfeste formschlüssige Verbindungen zwischen metallischen Lasteinleitungselementen und der Faserverbundkomponente, dadurch auch besonders kurzer und direkter Kraftfluss zwischen den Lasteinleitungselementen
- • Keine aufwendigen und teuren Strukturklebungen erforderlich
- • Serientauglichkeit durch rationellen automatisierbaren Prozess
- Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 bis3 Seitenansichten und zugehörige Längsschnitte von Leichtbau-Hydraulikzylindern mit Faserverbund-Rohrstruktur und jeweils verschiedenen Varianten zur Befestigung der metallischen Flanschkomponenten -
4 einen zweiteiligen Formkern, der die Formgebung der inneren Flächen der Faserverbund-Rohrstruktur und die anschließende Entformung ermöglicht -
5 einen dreiteiligen Formkern, der die Formgebung der inneren Flächen der Faserverbund-Rohrstruktur mit integriertem Rohrgewinde und die anschließende Entformung ermöglicht -
6 eine perspektivische Darstellung der Faserverbund-Rohrstruktur nach der Entformung und die gleiche Struktur nach der spanenden Endbearbeitung. -
7 eine prinzipielle Darstellung einer Preform-Herstellung für die Faserverbund-Rohrstruktur aus flächigen textilen Halbzeugen -
1 bis3 zeigen jeweils eine erfindungsgemäße Anordnung eines Zylinderrohrs aus Faserverbundwerkstoff (1 ) mit metallischen Flanschbauteilen (2a ,2b ,3 ). In das Zylinderrohr (1 ) sind dabei zwei ebene, parallele Laschen für die äußere gelenkige Bolzenbefestigung (5 –8 ) integriert. - Bei der in
1 dargestellten Variante wird der Flansch (2a ) durch ein eigenes Laschenpaar (4 ) mit dem Gelenkbolzen (5 ) verbunden. Auf diese Weise werden Druckkräfte auf den Hydraulikaktuator sehr direkt vom Gelenkbolzen auf die Hydraulikflüssigkeit übertragen. Diese Bauweise ermöglicht eine einfache und faserverbundgerechte Gestaltung des Zylinderrohrs (1 ), da für die Befestigung des Flanschbauteils (2a ) keine besonderen Montageflächen und Befestigungsbohrungen benötigt werden. Zur Befestigung des kolbenstangenseitigen Flanschbauteils (3 ) eignen sich Passschrauben und Passbolzen (9 ). - Bei der in
2 dargestellten Variante wird auch der Flansch (2b ) durch Passbolzen oder Passschrauben (9 ) direkt mit dem Zylinderrohr (1 ) verbunden. Daher werden bei dieser Variante keine Laschen (4 ) benötigt. Diese Variante bietet ferner den Vorteil, dass der metallische Liner (11 ) im Bereich der Flansche durch die Bolzenverbindungen über den Stoffschluss hinaus auch formschlüssig mit dem Zylinderrohr (1 ) verbunden ist. Darüber hinaus ist in2 exemplarisch ein Ventilblock (12 ) zur Aufnahme von Drosselventilen dargestellt, mit denen die Endlagendämpfung des Zylinders eingestellt werden kann. - Bei der in
3 dargestellten Variante wird der Flansch (3 ) durch eine spezielle Gewindekontur (20 ), die fertigungstechnisch in der Faserverbundstruktur integriert ist, formschlüssig mit dem Zylinderrohr (1 ) verbunden. - Zur Fertigung des Faserverbund-Zylinderrohrs wird auf einem Formkern eine schlauchförmige textile Preform abgelegt und mit Reaktionsharz getränkt.
4 zeigt den zweiteiligen Formkern (13 ,14 ), der zur Formgebung der Innenkontur dient. Mit dem Formkern (13 ) erfolgt die Formgebung des abgeflachten Rohrendes während der Formkern (14 ) zur Formgebung der kreiszylindrischen Bauteilsektion dient. Zur Fertigung im RTM-Verfahren wird die Anordnung aus Formkern und Preform in ein mindestens zweiteiliges geschlossenes Formwerkzeug eingelegt. Andere Fertigungsverfahren wie etwa VARI oder Prepreg-Technologie sind mit einem derartigen Formkern ebenfalls möglich. Nach der Infiltration mit Reaktionsharz und Abschluss der Konsolidierung wird der zweiteilige Formkern (13 ,14 ) im Übergangsbereich getrennt, so dass die beiden Formkerne (13 ,14 ) jeweils zum näher liegenden Ende der Faserverbund-Rohrstruktur herausgezogen werden können. Auf dem kreiszylindrischen Formkern kann gegebenenfalls der metallische Liner (11 ) noch vor dem Aufbringen von Faserverbundwerkstoff positioniert werden. - In
5 ist ein dreiteiliger Formkern dargestellt, wobei der zusätzliche Formkern (21 ) die Abformung eines Innengewindes ermöglicht. - In
6 das Faserverbund-Zylinderrohr nach Abschluss der Faserverbundfertigung (links) und nach Vollendung der spanenden Bearbeitung dargestellt. Aus dem abgeflachten Rohrbereich werden durch Fräsen die parallelen Laschen zur Aufnahme des Gelenkbolzens gefertigt. Bolzenlöcher und Senkungen für die Bolzenkopfauflage werden gebohrt oder gefräst. - In
7 ist das Prinzip der Preform-Herstellung dargestellt. Die textile Preform wird im Wesentlichen aus verschiedenen flächigen Halbzeugen aufgebaut, die in geeigneter Weise geschichtet und dann aufgerollt werden. Hierfür eignen sich biaxiale Gewebe (17 ), die sowohl die Längskräfte des Zylinders als auch die durch Innenüberdruck verursachten Umfangslasten aufnehmen können. Zur Verstärkung des durch Innenüberdruck belasteten Bereichs kommen darüber hinaus unidirektionale Gelege (18 ) vorteilhaft zum Einsatz. In den Bereichen der Bolzenverbindungen sind zusätzliche Verstärkungstextilien mit ±45°-Faserorientiertung (19 ) erforderlich. Die aus diesen Flächenhalbzeugen gebildete schlauchförmige Preform wird zur Faserverbundfertigung auf den zweiteiligen Formkern (13 ,14 ) aufgezogen. Da der Formkern über seine Länge einen etwa konstanten Umfang aufweist, kann die Preform bei geringer Drapierbarkeit hier faltenfrei positioniert werden. -
- 1
- Zylinderrohr aus textilverstärktem Kunststoff
- 2a
- Funktionsflansch
mit Befestigung am Gelenkbolzen
5 - 2b
- Funktionsflansch
mit Passbolzenverbindung zum Zylinderrohr
1 - 3
- Funktionsflansch mit Kolbenstangenführung
- 4
- Laschen
zur Verbindung des Funktionsflansches
2a mit Gelenkbolzen5 - 5
- Gelenkbolzen
- 6
- Kugelgelenk
- 7
- Lagerbuchse
- 8
- Befestigungswinkel
- 9
- Passbolzen zur Befestigung von Flanschbauteilen am Zylinderrohr
- 10
- Schrauben
zur Befestigung der Laschen
4 mit dem Flansch2a - 11
- Dünnwandiger metallischer Liner
- 12
- Ventilblock für Drosselventile
- 13
- Formkern für abgeflachte Rohrsektion
- 14
- Formkern für kreis-zylindrischen Rohrbereich
- 15
- Formkernbereich für Rohlingsaufmaß
- 16
- Übergangsbereich Kreisprofil-Flachprofil
- 17
- Gewebe aus Verstärkungsfasern
- 18
- Unidirektionales Gelege (0°) aus Verstärkungsfasern
- 19
- Biaxiales Gelege (±45°) aus Verstärkungsfasern
- 20
- Gewindekonturen
- 21
- Formkern für Rohrbereich mit Innengewinde
Claims (14)
- Zylinderrohr aus Faserverbundwerkstoff, aufweisend ein Rohrstück aus textilverstärktem Kunststoff mit anschließenden Bereichen zur Aufnahme und Befestigung metallischer Flanschbauteile, wobei das Zylinderrohr und die metallischen Flanschbauteile einen Hydraulikzylinder bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderrohr (
1 ) im Bereich zur Ausführung des Kolbenhubes ein zylindrisches Profil und im Bereich zur Aufnahme und Befestigung der Flanschbauteile (2a ,2b ) ein abgeflachtes Profil mit einem dazwischenliegenden Übergangsbereich aufweist, in dem das zylindrische Profil kontinuierlich in das abgeflachte Profil überführt wird, wobei alle Bereiche einen etwa konstanten Umfang aufweisen und durch ein aufgewickeltes textiles Flächenhalbzeug (17 ,18 ,19 ) verstärkt sind. - Zylinderrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Flächenhalbzeuge (
17 ,18 ,19 ) Gewebe, Gelege oder Gestricke aus hochfesten und steifen Verstärkungsfasern sind. - Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zylindrischen Profils textile Flächenhalbzeuge mit Fasern in Umfangsrichtung (
18 ) vorgesehen sind und im Bereich mit abgeflachten Profil Fasern in ±45°-Orientierung (19 ) vorgesehen sind. - Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Matrix duroplastische Kunststoffe vorgesehen sind, die als flüssige Reaktionsharze in die Textilien eingebracht sind.
- Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Matrix thermoplastische Kunststoffe oder Metalle vorgesehen sind.
- Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand im Bereich des zylindrischen Profils mit einem metallischen Liner (
11 ) ausgekleidet ist. - Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich mit abgeflachten Profil eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Gelenkbolzens (
5 ) zur Ausbildung einer gelenkigen Bolzenbefestigung vorgesehen ist. - Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zylindrisch auslaufenden Endes Bohrungen für Passbolzen (
9 ) zur Befestigung von Flanschbauteilen (3 ) am Zylinderrohr (1 ) vorgesehen sind. - Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zylindrisch auslaufenden Endes das Zylinderrohr ein gewelltes Profil zur formschlüssigen Befestigung von Flanschbauteilen (
3 ) vorgesehen ist. - Verfahren zur Herstellung eines Zylinderrohres aus Faserverbundwerkstoff mit einem Rohrstück aus textilverstärktem Kunststoff und anschließenden Bereichen zur Aufnahme und Befestigung metallischer Flanschbauteile, wobei das Zylinderrohr mit den metallischen Flanschbauteile zu einem Hydraulikzylinder komplettiert wird, dadurch gekennzeichnet, – dass ein mehrteiliger Formkern (
13 ,14 ,15 ) verwendet wird, der im Bereich zur Ausführung des Kolbenhubs ein zylindrisches Profil und im Bereich zur Aufnahme und Befestigung der Flanschbauteile (2a ,2b ) ein abgeflachtes Profil und einen dazwischenliegenden Übergangsbereich aufweist, in dem das zylindrische Profil kontinuierlich in das abgeflachte Profil überführt wird, – auf dem mehrteiligen Formkern (13 ,14 ,15 ) ein textiles Flächenhalbzeug (17 ,18 ,19 ) aufgewickelt wird, – anschließend das textile Flächenhalbzeug (17 ,18 ,19 ) auf dem mehrteiligen Formkern (13 ,14 ,15 ) konsolidiert wird, – der mehrteilige Formkern (13 ,14 ,15 ) aus dem konsolidierten textilen Flächenhalbzeug (17 ,18 ,19 ) entnommen wird, – und die Enden des Zylinderrohres (1 ) zur Aufnahme und Befestigung der metallischen Flanschbauteile (2a ,2b ,3 ) bearbeitet werden. - Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem textilen Flächenhalbzeug (
17 ,18 ,19 ) durch Aufwickeln eine zylindrische Preform erzeugt und dies Preform auf den mehrteiligen Formkern (13 ,14 ,15 ) aufgezogen wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Zylinderrohres (
1 ) durch spanende Bearbeitung auf Länge gebracht werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in das Ende mit dem abgeflachten Profil Bolzenlöcher eingebracht und ein Rand zur Ausbildung einer gelenkigen Bolzenbefestigung und Aufnahme des metallischen Flanschbauteils (
2a ,2b ) erzeugt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in das Ende mit dem zylindrisch auslaufenden Profil Löcher für Aufnahme von Passbolzen (
9 ) eingebracht werden.
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009029299A1 (de) * | 2009-09-09 | 2011-03-31 | Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh | Schwingungsdämpfer |
EP2371521A1 (de) * | 2010-04-02 | 2011-10-05 | Techspace Aero S.A. | Verfahren zur Herstellung eines Gleichrichters |
CN102720721A (zh) * | 2012-07-02 | 2012-10-10 | 江苏恒神纤维材料有限公司 | 碳纤维复合材料增强液压油缸 |
DE102011076200A1 (de) * | 2011-05-20 | 2012-11-22 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Teleskop-Schwingungsdämpfer |
DE102011087597A1 (de) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer |
DE102013222188A1 (de) * | 2013-10-31 | 2015-04-30 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Teleskop-Schwingungsdämpfer |
WO2017009173A1 (de) * | 2015-07-15 | 2017-01-19 | Thyssenkrupp Bilstein Gmbh | Schwingungsdämpfer mit kohlefaserdämpferrohr für kraftfahrzeug |
US9718322B2 (en) | 2014-11-26 | 2017-08-01 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Shock absorbers having a composite base assembly with an over-molded closure insert |
WO2023131520A1 (en) * | 2022-01-07 | 2023-07-13 | Trelleborg Sealing Solutions Germany Gmbh | Lightweight composite actuator |
US11794542B2 (en) | 2021-03-08 | 2023-10-24 | DRiV Automotive Inc. | Shock absorber with metal damper tube and composite mounting attachment and spring seat |
-
2006
- 2006-12-22 DE DE200610062414 patent/DE102006062414A1/de not_active Withdrawn
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009029299B4 (de) * | 2009-09-09 | 2015-12-31 | Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh | Schwingungsdämpfer |
DE102009029299A1 (de) * | 2009-09-09 | 2011-03-31 | Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh | Schwingungsdämpfer |
US8910759B2 (en) | 2009-09-09 | 2014-12-16 | Zf Friedrichshafen Ag | Vibration damper |
RU2564740C2 (ru) * | 2010-04-02 | 2015-10-10 | Текспейс Аэро С.А. | Способ изготовления спрямляющего аппарата и полученный таким способом спрямляющий аппарат |
US8807933B2 (en) | 2010-04-02 | 2014-08-19 | Techspace Aero S.A. | Method for manufacturing a rectifier |
EP2371521A1 (de) * | 2010-04-02 | 2011-10-05 | Techspace Aero S.A. | Verfahren zur Herstellung eines Gleichrichters |
DE102011076200A1 (de) * | 2011-05-20 | 2012-11-22 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Teleskop-Schwingungsdämpfer |
DE102011087597A1 (de) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer |
CN102720721A (zh) * | 2012-07-02 | 2012-10-10 | 江苏恒神纤维材料有限公司 | 碳纤维复合材料增强液压油缸 |
DE102013222188A1 (de) * | 2013-10-31 | 2015-04-30 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Teleskop-Schwingungsdämpfer |
US9718322B2 (en) | 2014-11-26 | 2017-08-01 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Shock absorbers having a composite base assembly with an over-molded closure insert |
WO2017009173A1 (de) * | 2015-07-15 | 2017-01-19 | Thyssenkrupp Bilstein Gmbh | Schwingungsdämpfer mit kohlefaserdämpferrohr für kraftfahrzeug |
DE102015213306B4 (de) | 2015-07-15 | 2020-01-02 | Thyssenkrupp Ag | Schwingungsdämpfer mit Kohlefaserdämpferrohr für Kraftfahrzeug |
US11794542B2 (en) | 2021-03-08 | 2023-10-24 | DRiV Automotive Inc. | Shock absorber with metal damper tube and composite mounting attachment and spring seat |
WO2023131520A1 (en) * | 2022-01-07 | 2023-07-13 | Trelleborg Sealing Solutions Germany Gmbh | Lightweight composite actuator |
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