DE112014005199T5 - Verbund-Spannarm oder -Führung für Steuerantriebsanwendungen - Google Patents

Abstract

Offenbart wird ein Körper eines Spannarms oder einer Führung mit einer Vielzahl von Schichten aus durchgehendem Fasermaterial. Jede Schicht weist Fasern auf, die in einer einzelnen Richtung orientiert sind und sich über den Großteil einer Länge oder Breite des Materials erstrecken. Die Fasern einer jeden der Vielzahl von Schichten sind in einer anderen Richtung orientiert als die Fasern angrenzender Schichten der Vielzahl von Schichten.

Description

• QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
• Diese Anmeldung beansprucht die Priorität einer oder mehrerer Erfindungen, die in der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/916,436, eingereicht am 16. Dezember 2013 mit dem Titel "Verbund-Spannarm oder -Führung für Steuerantriebsanwendungen", offenbart sind. Diese Priorität der vorläufigen US-Anmeldung wird nach 35 USC §119(d) hiermit beansprucht, und die vorstehend erwähnte Anmeldung ist durch Verweis hierin aufgenommen.
• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• GEBIET DER ERFINDUNG
• Die Erfindung betrifft das Gebiet der Spannarme oder Führungen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Verbund-Spannarm oder eine Verbund-Führung für Steuerantriebsanwendungen.
• BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
• Viele Spannarme oder Führungen nach dem Stand der Technik sind aus Stahl oder faserverstärktem Thermoplast/Harz hergestellt. Die Fasern können kurz oder lang sein und sind innerhalb des Thermoplasts oder Harzes verteilt. Die Fasern können aus Glas, Graphit, Aramid oder Kohlenstoff bestehen.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Offenbart wird ein Körper eines Spannarms oder einer Führung mit einer Vielzahl von Schichten aus durchgehendem Fasermaterial. Jede Schicht weist Fasern auf, die in einer einzelnen Richtung orientiert sind und sich über den Großteil einer Länge oder Breite des Materials erstrecken. Die Fasern einer jeden der Vielzahl von Schichten sind in einer anderen Richtung orientiert als die Fasern angrenzender Schichten der Vielzahl von Schichten.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Spannarms, der aus durchgehenden Fasermaterialien hergestellt ist.
• 2 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht eines Spannarms, der aus durchgehenden Fasermaterialien hergestellt ist.
• 3 zeigt eine Seitenansicht eines Spannarms, der aus durchgehenden Fasermaterialien hergestellt ist.
• 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Führung, die aus durchgehenden Fasermaterialien hergestellt ist.
• 5 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht einer Führung, die aus durchgehenden Fasermaterialien hergestellt ist.
• 6 zeigt eine Seitenansicht einer Führung, die aus durchgehenden Fasermaterialien hergestellt ist.
• 7a und 7b zeigen eine Schemansicht der Schichtung des unidirektionalen Bandes. 7b zeigt einen Querschnitt von 7a.
• 8 zeigt einen Abschnitt eines Spannarmkörpers einer ersten Ausführungsform.
• 9 zeigt ein Abschnitt eines Spannarmkörpers mit einer erhöhten Dicke nach einer zweiten Ausführungsform.
• 10 zeigt einen Abschnitt eines Spannerarms einer weiteren Ausführungsform, in dem zwei Körper durch durchgehende Fasermaterialien verbunden sind.
• 11 zeigt einen Abschnitt eines ”I”-förmigen Spannarms aus mehreren durchgehenden Fasermaterialien.
• 12 zeigt einen ”C”-förmigen Spannarm aus mehreren durchgehenden Fasermaterialien.
• 13 zeigt einen kastenförmigen Spannarm aus mehreren durchgehenden Fasermaterialien.
• 14 zeigt einen rohrförmigen Spannarm aus mehreren durchgehenden Fasermaterialien.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• 1–3 zeigen einen einstückigen Spannarm 3 aus durchgehenden Fasermaterialien und 4–6 zeigen eine einstückige Führung 13 aus durchgehenden Fasermaterialien. Der Spannarm 3 weist einen Körper 2 aus einem durchgehenden Fasermaterial 20 auf, zum Beispiel einem unidirektionalen Band. Das durchgehende Fasermaterial ist in Schichten aufgebaut, um einen ausreichenden Halt der Ketten- oder Riemenlast zum Beispiel gegen Biege-. Scher- und Torsionskräfte bereitzustellen. Der Körper 2, 12 ersetzt einen herkömmlichen Körper eines Arms 3 oder einer Führung 13 nach dem Stand der Technik mit derselben Steifigkeit oder Belastungskapazität.
• Das unidirektionale Band oder durchgehende Fasermaterial 20 weist Fasern 10 auf, zum Beispiel Glas- oder Kohlenstofffasern, wobei ein Großteil der Fasern in einer einzelnen Richtung verlaufen und in einem thermoplastischen Substrat 11 gehalten sind, wie in den 7a–7b dargestellt. Die Fasern 10 sind vorzugsweise gerade und nicht gekräuselt. Jede Schicht des unidirektionalen Bandes 20 ist eine einzelne Lage und hat und hat daher Fasern in einer einzeln/en Richtung (entweder über die gesamte Länge oder die gesamte Breite des Bandes). Die Richtung der Fasern 10 kann variiert werden, indem die Richtung der Lagen und die Anordnung des Bandes variiert wird, was eine anpassbare Festigkeit und Steifigkeit für jeder der hergestellten Spannarme oder Führungen ermöglicht. Das durchgängige Fasermaterial 20 bietet eine erhöhtes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht im Vergleich zu Harzen mit kurzen Fasern, langen Fasern und metallischen Teilen.
• 7a zeigt eine Seitenansicht eines Körpers aus drei Schichten des unidirektionalen Bandes 20, die so geschichtet sind, dass die Fasern 10 in einer unterschiedlichen Richtung platziert sind als in der vorhergehenden Schicht. 7b zeigt einen Querschnitt des Körpers entlang der Linie 7b-7b. Eine erste Schicht 10a hat die Fasern 10 in einer horizontalen Richtung relativ zu dem Papier (d. h. quer zur Länge des Bandes). Eine zweite Schicht 10b hat die Fasern 10 in das Papier verlaufend (d. h. entlang der Länge des Bandes). Eine dritte Schicht 10c hat die Fasern diagonal relativ zu der ersten und der zweiten Schicht 10a, 10b geschichtet.
• Direkt an dem Körper 2 des Spannarms sind eine Kettengleitfläche 4, eine Kolbenverbindung 6 und ein Vorsprung 8 zur Aufnahme eines Schwenkpunkts (nicht dargestellt). Die Kettengleitfläche 4, die Kolbenverbindung 6 und der Vorsprung 8 zur Aufnahme eines Schwenkpunktes können aus thermoplastischem Harz hergestellt und an den Körper 2 angeformt sein. Die Verbindung zwischen dem Körper 2 und der Kettengleitfläche 4, der Kolbenverbindung 6 und dem Vorsprung 8 kann durch Schmelzen und/oder chemisches Kleben oder durch mechanische Sicherung durch Sicherungsschnitte in dem Körper 2 erfolgen. Der Körper 2 kann auch die Kettengleitfläche 4, die Kolbenverbindung 6 und den Vorsprung 8 auf dem Körper, der als ein Substrat dient, abgelegt oder "aufgewachsen" haben, zum Beispiel unter Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens.
• Direkt an dem Körper 12 der Führung 13 angebracht, wie in 4–6 dargestellt, sind eine Kettengleitfläche 14, ein erster Vorsprung 17 an einem ersten Ende des Körpers 12 und ein zweiter Vorsprung 19 an einem zweiten Ende des Körpers 12, jeweils zur Aufnahme einer Schraube (nicht dargestellt) zur Sicherung der Führung 13 an dem Motor. Die Kettengleitfläche 14, der erste Vorsprung 17 und der zweite Vorsprung 19 können aus thermoplastischem Harz hergestellt und an den Körper 12 angeformt sein. Die Verbindung zwischen dem Körper 12 und der Kettengleitfläche 14, dem ersten Vorsprung 17 und dem zweiten Vorsprung 19 kann durch Schmelzen und/oder chemisches Kleben oder durch mechanische Sicherung durch Sicherungsschnitte in dem Körper 12 erfolgen. Der Körper 12 kann auch die Kettengleitfläche 14, den ersten Vorsprung 17 und den zweiten Vorsprung 19 auf dem Körper 12, der als ein Substrat dient, abgelegt oder "aufgewachsen" haben, zum Beispiel unter Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens.
• Alternativ können der Vorsprung 8 und die Kolbenverbindung 6 wegfallen, wenn die Dicke des Körpers 2 des Spannarms 3 vergrößert wird. In einer Ausführungsform weist ein einzelner Körper eine vergrößerte Dicke auf. 9 zeigt einen Körper 22 mit einer Dicke T, wobei die Dicke T des Körpers 22 einen Oberflächenbereich für den richtigen Kontakt mit einem Kolben und ein Loch 28 mit entsprechendem Kontakt zur Aufnahme eines Schwenkpunkts schafft, so dass der Vorsprung 8 und die Kolbenverbindung 6 nicht notwendig sind. Die Dicke T des Körpers 22 ist größer als die Dicke t des Körpers 2 von 8, der eine Kolbenverbindung 6 und einen Vorsprung 8 erfordert. Während 9 den Körper 22 so zeigt, dass er entweder gleichmäßig dicker ist als der Körper 2 von 8, kann auch nur ein Abschnitt des Körpers 22, an dem der Vorsprung aufgenommen ist oder mit der Kolbenverbindung gekoppelt ist, eine vergrößerte Dicke aufweisen.
• Alternativ kann der Körper verdickt werden, indem zwei Körper 2 mit einer Dicke t durch zusätzliche Elemente, wie etwa durchgehende Fasermaterialien 20, verbunden werden.
• Mehrere Stücke des Körpers 2 aus durchgehenden Fasermaterialien 20 können ebenfalls verbunden werden, um weitere Spannarme oder Führungen zu bilden, die, wie in 11 dargestellt, I-förmig, wie in 12 dargestellt C-förmig, wie in 13 dargestellt kastenförmig, oder wie in 14 dargestellt röhrenförmig in der Gestalt sind. Die Körperstücke 2 in jedem der in den 11–14 gezeigten Beispiele können aneinander durch Verschmelzen oder durch zusätzliches durchgehendes Faserband an den Verbindungsstellen zwischen den Körperstücken fixiert sein.
• Während 8–14 sich auf einen Spannarm 3 beziehen, können dieselben Formen auch mit einer Führung 13 verwendet werden.
• Durch Bilden des Spannarms oder der Führung aus durchgehendem Fasermaterial 20 wird die Packdichte um ungefähr 50 Prozent verringert. Das Gewicht kann um ungefähr 50 Prozent verringert werden, und die Kosten für die Durchführung des herkömmlichen Druck- oder Spritzgusses werden ebenfalls verringert. Die effektive Gewichts- und Größenverringerung kann in Abhängigkeit vom System geringfügig variieren.
• Es ist anzumerken, dass der Körper 2, 12 des einstückigen Spannarms oder der Führung durch Schichten und Orientieren des durchgehenden Fasermaterials 20 oder unidirektionalen Bandes auf solche Weise hergestellt wird, dass das Material ausreichende Festigkeit gegen Biege-, Scher- und Torsionskräfte hergestellt und dann zugeschnitten oder auf andere Weise zur korrekten Gestalt des Arms 3 oder der Führung 13 geformt wird, wie in 7 dargestellt.
• Dementsprechend ist klar, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung rein der Veranschaulichung der Anwendung von Prinzipien der Erfindung dienen. Die Bezugnahme hierin auf Details der veranschaulichten Ausführungsformen soll den Umfang der Ansprüche keinesfalls beschränken, die ihrerseits jene Merkmale anführen, die als wesentlich für die Erfindung betrachtet werden.

Claims (13)

1. Spannarm oder Führung umfassend einen Körper mit einer Vielzahl von Schichten aus durchgehendem Fasermaterial, wobei jede Schicht Fasern umfasst, die in einer einzelnen Richtung orientiert sind und sich über den Großteil einer Länge oder Breite des Materials erstrecken, wobei die Fasern einer jeden der Vielzahl von Schichten in einer anderen Richtung orientiert sind als die Fasern angrenzender Schichten der Vielzahl von Schichten.
2. Arm oder Führung nach Anspruch 1, wobei die Fasern aus Glas sind.
3. Arm oder Führung nach Anspruch 1, wobei die Fasern aus Kohlenstoff sind.
4. Arm oder Führung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Vielzahl von Körpern, die durch das durchgehende Fasermaterial miteinander gekoppelt sind.
5. Arm oder Führung nach Anspruch 4, wobei der Körper I-förmig ist.
6. Arm oder Führung nach Anspruch 4, wobei der Körper C-förmig ist.
7. Arm oder Führung nach Anspruch 4, wobei der Körper kastenförmig ist.
8. Arm oder Führung nach Anspruch 4, wobei der Körper rohrförmig ist.
9. Arm oder Führung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Kontaktfläche, die mit dem Körper gekoppelt ist.
10. Arm oder Führung nach Anspruch 9, wobei der Körper für einen Spannarm vorgesehen ist und die Kontaktfläche eine Kolbenverbindung ist.
11. Arm oder Führung nach Anspruch 9, wobei die Kontaktfläche eine Gleitfläche für die Aufnahme eines Riemens oder einer Kette ist.
12. Arm oder Führung nach Anspruch 9, wobei die Kontaktfläche ein Vorsprung zur Aufnahme eines Schwenkpunkts ist.
13. Arm oder Führung nach Anspruch 9, wobei die Kontaktfläche ein Vorsprung zur Aufnahme einer Schraube ist.

Images