DE112021006327T5 - Method for producing a lightweight composite push rod and its structure - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer leichtgewichtigen Schubstange aus Verbundmaterial und deren Struktur, beim Aufwickeln der Umfangsschichtverstärkungskomponente wird ein Werkzeug eingerichtet, das einen Zentralkörper und einen Pressblock umfasst, und nach dem Aufwickeln des endlosfaserverstärkten thermoplastische Verbundmaterial in Form eines Streifens entlang des Umfangs des Zentralkörpers (22) für eine Anzahl von Windungen wird eine kontinuierlich, in Umfangsrichtung geschlossene und unregelmäßige geformte Umfangsschichtverstärkungskomponente durch Verpressen eines Pressblocks hergestellt. Dann wird die Innenseite der Umfangsschichtverstärkungskomponente mit langfaserverstärktem thermoplastischem Verbundmaterial oder kurzfaserverstärktem thermoplastischem Verbundmaterial durch Spritzgießen gefüllt und schließlich wird ein Gummi-Metall-Kugelgelenk in die Enden eingepresst wird, wodurch die komplette Schubstange gebildet. Die erfindungsgemäße Schubstange weist überlegener Leistung und Festigkeit auf, die einer höheren Zugfestigkeit standhält, ohne leicht zu reißen, während die Umfangsschichtverstärkungskomponente mit einer U-förmigen Wickelstruktur versehen ist, um die Verschmelzungsfestigkeit der beiden unterschiedlichen Materialien und die allgemeine Ermüdungsleistung der Schubstange sicherzustellen.Method for producing a lightweight composite push rod and its structure, when winding the peripheral layer reinforcing component, a tool is set up which includes a central body and a press block, and after winding the continuous fiber reinforced thermoplastic composite material in the form of a strip along the circumference of the central body (22) for A number of turns, a continuous, circumferentially closed and irregularly shaped peripheral layer reinforcing component is manufactured by pressing a press block. Then the inside of the peripheral layer reinforcing component is filled with long fiber reinforced thermoplastic composite material or short fiber reinforced thermoplastic composite material by injection molding, and finally a rubber-metal ball joint is pressed into the ends, thereby forming the complete push rod. The push rod according to the invention has superior performance and strength, which can withstand higher tensile strength without being easily cracked, while the peripheral layer reinforcing component is provided with a U-shaped wrapping structure to ensure the fusion strength of the two different materials and the overall fatigue performance of the push rod.
Description
Technisches Gebiet:Technical area:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schubstange und deren Struktur, und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer leichtgewichtigen Schubstange aus Verbundmaterial und deren Struktur.The present invention relates to a method of manufacturing a push rod and the structure thereof, and more particularly to a method of manufacturing a lightweight composite push rod and the structure thereof.
Technischer Hintergrund:Technical background:
Eine Schubstange ist ein in der Fahrzeugaufhängung weit verbreitetes Hilfselement, umfasst einen Stangenkörper mit Stangenköpfen an beiden Enden, wobei der Stangenkopf mit einer Stützwelle versehen ist, die mit den Zwillingsachsen des Fahrzeugs verbunden ist, um Längs- oder Querkräfte des Fahrzeugs sowie Kräfte und Momente in andere Richtungen zu übertragen, um eine definierte Bewegungsbeziehung zwischen den Rädern und der Karosserie zu gewährleisten, dem Fahrzeug gute Bewegungseigenschaften zu verleihen, ein zu starkes seitliches Wanken der Karosserie bei Kurvenfahrt zu verhindern und die Balance des Fahrzeugs zu verbessern.A push rod is an auxiliary element widely used in vehicle suspension, comprising a rod body with rod heads at both ends, the rod head being provided with a support shaft connected to the twin axles of the vehicle to support longitudinal or lateral forces of the vehicle as well as forces and moments in other directions to ensure a defined movement relationship between the wheels and the body, to give the vehicle good movement characteristics, to prevent excessive lateral roll of the body when cornering and to improve the balance of the vehicle.
Um den Kraftstoffverbrauch und die Abgasbelastung von Fahrzeugen zu reduzieren, wird derzeit die Leichtbauweise von Fahrzeugen mit Nachdruck verfolgt, weshalb auch leichte Schubstangen entstanden sind. Das Erfindungspatent Nr.
Eine weitere Patentanmeldung mit der Nummer
In keinem der oben genannten Patente wird die Verwendung eines leichteren Schubstabs erwähnt, indem zunächst eine Umfangsschichtverstärkungskomponente gebildet wird. Daher wird eine alternative Methode zur Herstellung einer Schubstange mit besserer Leistung und Struktur vorgeschlagen.None of the above patents mention using a lighter shear bar by first forming a perimeter layer reinforcing component. Therefore, an alternative method of producing a push rod with better performance and structure is proposed.
Inhalt der Erfindung:Content of the invention:
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem aktuellen Problem, dass die Leistung von leichten Schubstangen verbessert werden muss, und stellt ein Verfahren zur Herstellung einer leichtgewichtigen Schubstange aus Verbundmaterial und deren Struktur bereit, wobei eine leichtgewichtige Schubstange aus Verbundmaterial mit einer Umfangsschichtverstärkungskomponente gebildet wird, indem Endlosfasern verwendet werden, um eine kontinuierliche, geschlossen unregelmäßig geformte Umfangsschichtverstärkungskomponente vorzuformen, um eine externe Unterstützung zu bieten, die die Zugfestigkeit der Schubstange verbessert.The present invention addresses the current problem of improving the performance of lightweight push rods and provides a method of manufacturing a lightweight composite push rod and the structure thereof, wherein a lightweight composite push rod having a peripheral layer reinforcing component is formed by using continuous fibers be used to preform a continuous, closed irregularly shaped perimeter layer reinforcement component to provide external support that improves the tensile strength of the push rod.
Das Problem wird gelöst durch: Verfahren zur Herstellung einer leichtgewichtigen Schubstange aus Verbundmaterial, wobei eine kontinuierlich unregelmäßige geformte Umfangsschichtverstärkungskomponente unter Verwendung eines endlosfaserverstärkten thermoplastische Verbundmaterial in Form eines Streifens in Umfangsrichtung geschlossen gewickelt wird, dann die Innenseite der Umfangsschichtverstärkungskomponente mit langfaserverstärktem thermoplastischem Verbundmaterial oder kurzfaserverstärktem thermoplastischem Verbundmaterial durch Spritzgießen gefüllt wird und schließlich ein Gummi-Metall-Kugelgelenk in die Enden eingepresst wird, wodurch die komplette Schubstange gebildet wird.The problem is solved by: Method for producing a lightweight composite push rod, wherein a continuously irregular shaped peripheral layer reinforcing component is wound closed in the circumferential direction using a continuous fiber reinforced thermoplastic composite material in the form of a strip, then the inside of the peripheral layer reinforcing component with long fiber reinforced thermoplastic composite material or short fiber reinforced thermoplastic composite material is filled by injection molding and finally a rubber-metal ball joint is pressed into the ends, forming the complete push rod.
Ferner beim Aufwickeln der Umfangsschichtverstärkungskomponente ein Werkzeug eingerichtet wird, das einen Zentralkörper und einen Pressblock umfasst, und nach dem Aufwickeln des endlosfaserverstärkten thermoplastische Verbundmaterial in Form eines Streifens entlang des Umfangs des Zentralkörpers für eine Anzahl von Windungen das aufgewickelte endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial unter Verwendung des Pressblocks extrudiert wird, wobei der gewickelte endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial durch den Pressblock und den Zentralkörper gepresst wird, so dass der gewickelte endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial die gleiche Form und Größe wie der äußere Umfang der Schubstange aufweist und die unregelmäßige geformte äußere Umfangsschichtverstärkungskomponente bildet.Further, when winding the peripheral layer reinforcing component, a tool is set up that includes a central body and a press block, and after winding the continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material in the form of a strip along the circumference of the central body for a number of turns, the wound continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material is extruded using the press block wherein the wound continuous fiber reinforced thermoplastic composite material is pressed through the press block and the central body so that the wound continuous fiber reinforced thermoplastic composite material has the same shape and size as the outer periphery of the push rod and forms the irregularly shaped outer peripheral layer reinforcing component.
Ferner ist der Zentralkörper der Teil des Formkerns, der die Form des langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterials oder des kurzfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterials während des Spritzgussverfahrens begrenzt, und ein Metallstahlhülse, die sich zwischen der Umfangsschichtverstärkungskomponente und dem Gummi-Metallkugelgelenk befindet, ist als zwei Enden des Zentralkörpers ausgebildet, wobei beim Aufwickeln das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial in Form eines Streifens in direkten Kontakt mit der Außenseite der Metallstahlhülse gebracht wird, und beim Spritzgießen der Zentralkörper zusammen mit der Umfangsschichtverstärkungskomponente zum Spritzgießen in eine Form gelegt wird.Further, the central body is the part of the mold core that limits the shape of the long fiber reinforced thermoplastic composite material or the short fiber reinforced thermoplastic composite material during the injection molding process, and a metal steel sleeve located between the peripheral layer reinforcing component and the rubber-metal ball joint is formed as two ends of the central body, wherein during winding, the continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material in the form of a strip is brought into direct contact with the outside of the metal steel sleeve, and during injection molding, the central body together with the peripheral layer reinforcing component is placed in a mold for injection molding.
Außerdem ist im Außenumfang der Metallhülse eine Nut vorgesehen, entlang derer der langfaserverstärkte thermoplastische Verbundstoff oder der kurzfaserverstärkte thermoplastische Verbundstoff beim Spritzgießen zwischen der Metallhülse und der Umfangsschichtverstärkungskomponente fließt, um eine Einheit zu bilden.In addition, a groove is provided in the outer circumference of the metal sleeve, along which the long fiber reinforced thermoplastic composite or the short fiber reinforced thermoplastic composite flows during injection molding between the metal sleeve and the peripheral layer reinforcing component to form a unit.
Ferner ist zwischen der Umfangsschichtverstärkungskomponente und dem Gummi-Metall-Kugelgelenk auch eine Metallstahlhülse vorgesehen und der Abstand zwischen der Umfangsschichtverstärkungskomponente und der Metallstahlhülse wird so gesteuert, dass die Dicke des dazwischen eingespritzten langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterials oder kurzfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterials 0-5 mm beträgt.Further, a metal steel sleeve is also provided between the peripheral layer reinforcing component and the rubber-metal ball joint, and the distance between the peripheral layer reinforcing component and the metal steel sleeve is controlled so that the thickness of the long fiber reinforced thermoplastic composite material or short fiber reinforced thermoplastic composite material injected therebetween is 0-5 mm.
Ferner während des Spritzgießens werden die Ränder der Umfangsschichtverstärkungskomponente, die mit dem langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterial oder dem kurzfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterial in Kontakt sind, innerhalb des vom Formkern eingeschlossenen Hohlraums umwickelt werden, so dass sich der Klebstoff nach außen erstreckt, um an den Rändern eine Wickelstruktur zu bilden.Further, during injection molding, the edges of the peripheral layer reinforcing component in contact with the long fiber reinforced thermoplastic composite material or the short fiber reinforced thermoplastic composite material are wrapped within the cavity enclosed by the mold core so that the adhesive extends outwardly to form a wrapping structure at the edges form.
Ferner ist das langfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial oder das kurzfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial, das in die Umfangsschichtverstärkungskomponente eingespritzt wird, als Gitterstruktur ausgebildet, um die Gesamtmasse zu verringern.Further, the long fiber reinforced thermoplastic composite material or the short fiber reinforced thermoplastic composite material injected into the peripheral layer reinforcing component is formed into a lattice structure to reduce the overall mass.
Ferner sind die Spannglieder der Gitterstruktur in der gleichen Richtung wie der Lastübertragungsweg ausgebildet sind, um die Gesamtfestigkeit zu erhöhen.Further, the tendons of the lattice structure are formed in the same direction as the load transfer path to increase the overall strength.
Ferner ist ein weiterer Schritt des Erwärmens der Umfangsschichtverstärkungskomponente vor dem Einspritzen des langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterials oder des kurzfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterials in die Umfangsschichtverstärkungskomponente vorhanden.Further, there is a further step of heating the peripheral layer reinforcing component before injecting the long fiber reinforced thermoplastic composite material or the short fiber reinforced thermoplastic composite material into the peripheral layer reinforcing component.
Leichtgewichtige Schubstange aus Verbundmaterial umfasst eine Umfangsschichtverstärkungskomponente am äußersten Umfang und ein langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterial oder ein kurzfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterial, der in den inneren Teil der Umfangsschichtverstärkungskomponente eingespritzt und mit der Umfangsschichtverstärkungskomponente kombiniert ist, wobei die Umfangsschichtverstärkungskomponente an beiden Enden von einer Metallstahlhülse umgeben ist, wobei die Metallhülse mit einem Gummi-Metall-Kugelgelenk versehen ist, und wobei ein langfaserverstärkter thermoplastischer Verbundmaterial oder ein kurzfaserverstärkter thermoplastischer Verbundmaterial zwischen der Umfangsschichtverstärkungskomponente und der Metallstahlhülse eingespritzt ist; wobei die Umfangsschichtverstärkungskomponente eine kontinuierliche, in Umfangsrichtung geschlossene, monolithische Struktur ist, die durch Wickeln und Pressen des endlosfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterials in Form eines Streifens hergestellt ist.Lightweight composite push rod includes a peripheral layer reinforcing component at the outermost periphery and a long fiber reinforced thermoplastic composite material or a short fiber reinforced thermoplastic composite material injected into the inner part of the peripheral layer reinforcing component and combined with the peripheral layer reinforcing component, the peripheral layer reinforcing component being surrounded at both ends by a metal steel sleeve, the metal sleeve is provided with a rubber-metal ball joint, and wherein a long fiber reinforced thermoplastic composite material or a short fiber reinforced thermoplastic composite material is injected between the peripheral layer reinforcing component and the metal steel sleeve; wherein the circumferential layer reinforcing component is a continuous, circumferentially closed, monolithic structure made by winding and pressing the continuous fiber reinforced thermoplastic composite material in the form of a strip.
Ferner beträgt die Dicke des zwischen der Umfangsschichtverstärkungskomponente und der Metallstahlhülse eingespritzten langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterials oder kurzfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterials 0-5 mm.Further, the thickness of the long fiber reinforced thermoplastic composite material or short fiber reinforced thermoplastic composite material injected between the peripheral layer reinforcing component and the metal steel sleeve is 0-5 mm.
Ferner weist das spritzgegossene langfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial oder kurzfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial in dem mit der Umfangsschichtverstärkungskomponente in Kontakt stehenden Randbereich eine Wickelstruktur auf.Furthermore, the injection-molded long-fiber-reinforced thermoplastic composite material or short-fiber-reinforced thermoplastic composite material has a winding structure in the edge region in contact with the peripheral layer reinforcement component.
Ferner ist das langfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial oder das kurzfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial, das in die Umfangsschichtverstärkungskomponente eingespritzt wird, als Gitterstruktur ausgebildet.Further, the long-fiber-reinforced thermoplastic composite material or the short-fiber-reinforced thermoplastic composite material that is injected into the peripheral layer reinforcing component is formed as a lattice structure.
Ferner sind die Spannglieder der Gitterstruktur in der gleichen Richtung wie der Lastübertragungsweg der Schubstange ausgebildet.Furthermore, the tendons of the lattice structure are formed in the same direction as the load transmission path of the push rod.
Ferner sind die Spannglieder der Gitterstruktur in einem Winkel von 45° zur Mittellinie der beiden Metallhülsen ausgerichtet.Furthermore, the tendons of the lattice structure are aligned at an angle of 45° to the center line of the two metal sleeves.
Ferner ist im Außenumfang der Metallhülse eine Ausnehmung vorgesehen, entlang derer der langfaserverstärkte thermoplastische Verbundstoff oder der kurzfaserverstärkte thermoplastische Verbundstoff beim Spritzgießen zwischen der Metallhülse und der Umfangsschichtverstärkungskomponente fließt, wodurch die Metallhülse und die Umfangsschichtverstärkungskomponente verbunden sind.Furthermore, a recess is provided in the outer circumference of the metal sleeve, along which the long fiber-reinforced thermoplastic composite or the short fiber-reinforced thermoplastic composite flows during injection molding between the metal sleeve and the peripheral layer reinforcing component, whereby the metal sleeve and the peripheral layer reinforcing component are connected.
Ferner besteht das Gummi-Metall-Kugelgelenk von außen nach innen aus einem Mantel, einem Gummivulkanisationskörper und einem Dorn, wobei der Gummivulkanisationskörper den Dorn und den Mantel zu einer Einheit vulkanisiert.Furthermore, the rubber-metal ball joint consists from the outside to the inside of a jacket, a rubber vulcanization body and a mandrel, the rubber vulcanization body vulcanizing the mandrel and the jacket into a unit.
Die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung sind:
- 1. Die vorliegende Erfindung verwendet eine kontinuierliche Umfangsschicht aus endlosem faserverstärktem thermoplastischem Verbundmaterial in Form eines Bandes, das zunächst mit einer kontinuierlichen, am Umfang geschlossenen Umfangsschicht der Verstärkung als umschließendes Strukturelement der gesamten Schubstange gewickelt wird, und füllt dann die Umfangsschicht der Verstärkung mit langfaserverstärktem thermoplastischem Verbundmaterial oder kurzfaserverstärktem thermoplastischem Verbundmaterial durch Spritzgießen, dieses Verfahren bildet eine Schubstange mit überlegener Leistung und hoher Festigkeit, die in der Lage ist, größeren Zugkräften standzuhalten Das Ergebnis ist eine hochfeste Schubstange, die größeren Zugkräften standhalten kann, ohne leicht zu reißen.
- 2. Durch die Anordnung der Umfangsschichtverstärkungskomponente am äußersten Rand der Schubstange reicht die Umfangsschichtverstärkungskomponente aus, um die Festigkeit der Schubstange zu gewährleisten, so dass eine leichtgewichtige innere Gitterstruktur leicht erreicht werden kann, ohne dass bei der Konstruktion der Gitterstruktur viel Rücksicht auf die Unterstützung der Spannungen und Lasten genommen werden muss, denen die Schubstange ausgesetzt ist.
- 3. Durch die Steuerung der Dicke des Kunststoffs zwischen der Umfangsschichtverstärkungskomponente und der Metallstahlhülse auf 0-5 mm vermeidet die Erfindung den fehlerhaften Spritzgießprozess, der durch die übermäßige Dicke der Kunststoffwand verursacht wird, und verbessert so die Ermüdungsleistung der Schubstange insgesamt.
- 4. Durch die vorliegende Erfindung wird die Kontaktfläche zwischen den beiden Materialien vergrößert, indem auf dem langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterial oder dem kurzfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterial im Randbereich, der mit der Umfangsschichtverstärkungskomponente in Berührung kommt, eine U-förmige Umhüllung ausgebildet wird, wodurch die Festigkeit der Fusionsgrenzfläche zwischen den beiden unterschiedlichen Materialien weiter erhöht wird, die Fusionsgrenzfläche weniger anfällig für Ablösungen ist und somit die Gesamtleistung der Schubstange verbessert wird.
- 5. Die vorliegende Erfindung verbessert die Druck- und Scherfestigkeit der Schubstange, indem die Richtung der Stäbe der Gitterstruktur innerhalb der Umfangsschichtverstärkungskomponente in die gleiche Richtung wie der Übertragungsweg der Last, der die Schubstange ausgesetzt ist, ausgelegt wird.
- 1. The present invention uses a continuous peripheral layer of endless fiber-reinforced thermoplastic composite material in the form of a tape, which is first wrapped with a continuous peripherally closed peripheral layer of reinforcement as an enclosing structural member of the entire push rod, and then fills the peripheral layer of reinforcement with long fiber-reinforced thermoplastic Composite material or short fiber reinforced thermoplastic composite material by injection molding, this process forms a push rod with superior performance and high strength, capable of withstanding larger tensile forces. The result is a high-strength push rod that can withstand larger tensile forces without cracking easily.
- 2. By arranging the peripheral layer reinforcing component at the outermost edge of the push rod, the peripheral layer reinforcing component is sufficient to ensure the strength of the push rod, so that a lightweight inner lattice structure can be easily achieved without paying much attention to supporting stresses in the design of the lattice structure and loads to which the push rod is exposed.
- 3. By controlling the thickness of the plastic between the peripheral layer reinforcing component and the metal steel sleeve to 0-5mm, the invention avoids the faulty injection molding process caused by the excessive thickness of the plastic wall, thereby improving the overall fatigue performance of the push rod.
- 4. The present invention increases the contact area between the two materials by forming a U-shaped envelope on the long fiber reinforced thermoplastic composite material or the short fiber reinforced thermoplastic composite material in the edge area that comes into contact with the peripheral layer reinforcing component, thereby increasing the strength of the fusion interface between the two different materials is further increased, the fusion interface is less prone to separation and thus the overall performance of the push rod is improved.
- 5. The present invention improves the compressive and shear strength of the push rod by designing the direction of the bars of the lattice structure within the peripheral layer reinforcing component in the same direction as the transmission path of the load to which the push rod is subjected.
Abbildungen:Illustrations:
-
1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus der Schubstange gemäß dem ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;1 shows a schematic representation of the structure of the push rod according to the first embodiment of the present invention; -
2 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus der Umfangsschichtverstärkungskomponente gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;2 1 shows a schematic representation of the structure of the peripheral layer reinforcing component according to the first embodiment of the present invention; -
3 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus der Stahlhülse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;3 shows a schematic representation of the structure of the steel sleeve according to the first embodiment of the present invention; -
4 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus des Gummi-Metall-Kugelgelenks gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;4 1 shows a schematic diagram of the structure of the rubber-metal ball joint according to the first embodiment of the present invention; -
5 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus des Werkstücks gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;5 shows a schematic representation of the structure of the workpiece according to the first embodiment of the present invention; -
6 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus von5 , wobei der Zentralkörper entfernt ist;6 shows a schematic representation of the structure of5 , with the central body removed; -
7 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus des Zentralkörpers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;7 shows a schematic representation of the structure of the central body according to the first embodiment of the present invention; -
8 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus der Metallstahlhülse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 1 shows a schematic diagram of the structure of the metal steel sleeve according to the second embodiment of the present invention; and8th -
9 zeigt ein Diagramm der Zugfestigkeit der Schubstange gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer herkömmlichen Schubstange.9 shows a diagram of the tensile strength of the push rod according to the first embodiment of the present invention compared to a conventional push rod.
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
1. Schubstange; 11. Umfangsschichtverstärkungskomponente; 12. Metallstahlhülse; 121. Ausnehmung; 13. Gummi-Metall-Kugelgelenk; 132. Gummivulkanisationskörper; 133. Dorn; 14. Gitterstruktur; 15. Wickelstruktur; 2. Werkzeug; 21. Befestigungsplatte; 22. Zentralkörper; 23. Pressblock; 24. Zylinder; 25. Positionierungsschlitz; 26. Positionierungsplatte.1. Push rod; 11. Perimeter layer reinforcement component; 12. Metal steel sleeve; 121. recess; 13. Rubber-metal ball joint; 132. Rubber vulcanization body; 133. Thorn; 14. Lattice structure; 15. Winding structure; 2. tool; 21. Mounting plate; 22. Central body; 23. Press block; 24. Cylinder; 25. Positioning slot; 26. Positioning plate.
Ausführungsbeispiele:Examples:
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Abbildungen näher beschrieben. Die beiliegenden Abbildungen dienen nur der beispielhaften Veranschaulichung und stellen nur schematische, nicht physische Zeichnungen dar und sind nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung auszulegen. Bestimmte Teile der beiliegenden Abbildungen sind zur besseren Veranschaulichung von Ausführungsbeispiele der Erfindung weggelassen, vergrößert oder verkleinert und stellen nicht die Abmessungen des tatsächlichen Produkts dar. Es ist für den Fachmann verständlich, dass bestimmte bekannte Strukturen und deren Beschreibungen in den beiliegenden Abbildungen weggelassen werden können.The present invention is described in more detail below in conjunction with the accompanying figures. The accompanying figures are for exemplary purposes only and represent schematic, non-physical drawings only and are not to be construed as limiting the present invention. Certain portions of the accompanying figures have been omitted, enlarged or reduced in size to better illustrate embodiments of the invention and do not represent the dimensions of the actual product. It will be understood by those skilled in the art that certain known structures and their descriptions may be omitted from the accompanying figures.
Ausführungsbeispiel 1:Example 1:
Eine leichtgewichtige Schubstange aus Verbundmaterial, wie in
Wie in
Das Verfahren zur Herstellung der Randschichtbewehrung 11 erfordert den Einsatz von Werkzeugen, deren Aufbau in den
Nachdem die Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 geformt wird, wird sie entnommen und in die Spritzgussform gebracht, eine Metallstahlhülse 12 wird an beiden Enden in die Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 eingelegt und dann mit einem langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundstoff oder einem kurzfaserverstärkten thermoplastischen Verbundstoff eingespritzt. Bei der Entnahme der Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 aus dem Werkzeug ist es ratsam, sie abkühlen zu lassen, um eine Verformung während der Entnahme zu vermeiden, und sie vor dem Einlegen in die Spritzgussform wieder zu erwärmen, um übermäßige Temperaturunterschiede zwischen der Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 und dem eingespritzten Material zu vermeiden, die die Verschmelzung zwischen beiden beeinträchtigen könnten. Und wenn die Metallstahlhülse 12 in die Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 eingesetzt wird, soll es versucht werden, den Abstand zwischen der Metallstahlhülse 12 und der Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 auf 0-5 mm zu verringern, um Fehler beim Spritzgussverfahren aufgrund einer zu dicken Gummischicht zu vermeiden, die die Gesamtleistung der Schubstange beeinträchtigen. Gleichzeitig wird bei der Konstruktion der Spritzgussform die Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 am Ende der Verbindung mit dem Spritzgussmaterial in den Formhohlraum eingewickelt, wobei eine Wickelstruktur am Randteil des Kontakts gebildet wird, die eine U-förmige Umwicklung bildet und die Kontaktfläche zwischen den beiden Materialien vergrößert, wodurch die Festigkeit der Fusionsgrenzfläche zwischen den beiden unterschiedlichen Materialien weiter erhöht wird, die Fusionsgrenzfläche weniger anfällig für Ablösungen wird und somit die Gesamtleistung der Schubstange verbessert wird.After the peripheral
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer leichtgewichtigen Schubstange aus Verbundmaterial, wobei eine Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 durch ein Werkzeug 2 zunächst hergestellt wird. Wie in
- Schritt 1: zunächst wird das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial in Form eines Streifens um den Außenumfang des Zentralkörpers 22 für eine Anzahl von Windungen gewickelt. Das gewickelte endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial wird erwärmt, dann wird der Pressblock 23
von dem Zylinder 24 gegenden Zentralkörper 22 extrudiert, wodurch das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial geformt wird. Dann wird das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial abgekühlt und der Zylinder 24 wird gelöst, wodurch der Pressblock 23vom Zentralkörper 22 getrennt wird. Dann wird das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial ausdem Zentralkörper 22 entfernt und wird zur Umfangsschichtverstärkungskomponente 11. - Schritt 2: nach erneutem Erwärmen der Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 wird diese in die Spritzgussform eingelegt und an jedem Ende wird eine Metallhülse 12 eingelegt. Dann wird das langfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial oder das kurzfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial in den Raum zwischen der Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 und der Metallhülse 12 eingespritzt. Nach dem Entformen wird das Gummi-Metall-
Kugelgelenk 13 indie beiden Metallhülsen 12 eingepresst, wodurch dieHerstellung der Schubstange 1 abgeschlossen wird.
- Step 1: First, the continuous fiber reinforced thermoplastic composite material is wrapped in the form of a strip around the outer circumference of the
central body 22 for a number of turns. The wound continuous fiber reinforced thermoplastic composite material is heated, then thepress block 23 is extruded from thecylinder 24 against thecentral body 22, thereby forming the continuous fiber reinforced thermoplastic composite material. Then the continuous fiber-reinforced thermoplastic composite material is cooled and thecylinder 24 is released, whereby thepress block 23 is separated from thecentral body 22. Then the continuous fiber reinforced thermoplastic composite material is removed from thecentral body 22 and becomes the peripherallayer reinforcing component 11. - Step 2: after reheating the peripheral
layer reinforcing component 11, it is inserted into the injection mold and ametal sleeve 12 is inserted at each end. Then, the long fiber reinforced thermoplastic composite material or the short fiber reinforced thermoplastic composite material is injected into the space between the peripherallayer reinforcing component 11 and themetal sleeve 12. After demoulding, the rubber-metal ball joint 13 is pressed into the twometal sleeves 12, whereby the production of thepush rod 1 is completed.
Der erste Schritt könnte auch wie folgt geändert werden: Aufstellen einer Heizvorrichtung in der Nähe des Werkzeugs 2 und Wickeln des endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterials in Form eines Streifens um den äußeren Umfang des Zentralkörpers 22 für eine Anzahl von Windungen während des Erhitzens. Dann wird der Pressblock 23 von dem Zylinder 24 gegen den Zentralkörper 22 extrudiert, wodurch das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial geformt wird. Dann wird das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial abgekühlt und der Zylinder 24 wird gelöst. Dann wird das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial aus dem Zentralkörper 22 entfernt und wird zur Umfangsschichtverstärkungskomponente 11. Durch dieses Erhitzungs- und Wickelverfahren entfällt die Notwendigkeit einer separaten Erhitzung vor dem Pressen und die Effizienz der Produktion wird gesteigert. Alternativ kann das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial zunächst kalt gepresst und dann das gesamte Werkzeug 2 zusammen mit dem Material erwärmt werden. Außerdem handelt es sich bei dem endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial in Form eines Streifens um ein handelsübliches Produkt, dessen Breite nicht unbedingt genau der Breite am Außenumfang der Schubstange 1 entspricht. Daher muss das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial vor dem Aufwickeln in der Breite geschnitten werden, wobei seine ursprüngliche Länge beibehalten wird, so dass die Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 aus einem vollständigen Streifen aus kontinuierlichem faserverstärktem thermoplastischem Verbundmaterial gebildet wird, was seine Zugfestigkeit erhöht.The first step could also be modified as follows: placing a heater near the
Im zweiten obigen Schritt, wenn die Metallstahlhülse 12 in die Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 eingesetzt wird, wird der Abstand zwischen der Metallstahlhülse 12 und der Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 auf 0-5 mm kontrolliert. Da je dicker die Klebstoffschicht während des Einspritzens ist, desto mehr Defekte werden durch den Einspritzvorgang ausgelöst, was zu einer Verringerung der Leistung des Produkts führen kann, wird daher die Leistung der Schubstange 1 verbessert, indem der Abstand zwischen der Metallstahlhülse 12 und der Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 kontrolliert und die Menge des eingespritzten Klebstoffs verringert wird, wodurch Defekte an der Verbindung verringert oder beseitigt werden. Gleichzeitig wird der Rand der Umfangsschichtverstärkungskomponente 11, der mit dem langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoff oder dem kurzfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoff in Berührung kommt, während des Einspritzens in den vom Formkern umschlossenen Hohlraum eingewickelt, so dass sich das Klebematerial während des Einspritzvorgangs nach außen erstreckt und an der Klebekante eine Wickelstruktur bildet. Obwohl die Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 die gleiche ist wie das spritzgegossene Material, werden beide mit unterschiedlichen Methoden gegossen und ihre Verbindungseigenschaften sind im Vergleich zum gleichen Gussverfahren weniger günstig, so dass die Verklebung bei der anschließenden Langzeitbelastung zu Delamination und Ablösung neigt. Die Wickeltruktur bildet eine U-förmige Umhüllung, die die Kontaktfläche zwischen den beiden Materialien vergrößert und die Festigkeit der Verschmelzung der verschiedenen Materialgrenzflächen erhöht, so dass die Struktur größeren Belastungen standhalten kann und daher weniger anfällig für Ablösungen ist, was die Leistung der Schubstange 1 verbessert, während das Spritzgussverfahren leicht vollautomatisch hergestellt werden kann. Außerdem wird das langfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial oder das kurzfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial zu einer Gitterstruktur 14 gespritzt, die die Masse der Schubstange 1 weiter reduziert, und die Spannglieder, die diese Gitterstruktur 14 bilden, sind in der gleichen Richtung ausgerichtet wie der Lastübertragungsweg, dem die Schubstange 1 ausgesetzt ist.In the second step above, when the
Ausführungsbeispiel 2:Example 2:
In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Struktur des Zentralkörpers 22 aus zwei Teilen: Der mittlere Teil ist der Formkern der Spritzgussform, der die Form des langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterials oder des kurzfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterials begrenzt, und die beiden Enden sind die Metallstahlhülse 12. Durch die Gestaltung der Metallhülse 12 als Teil des Zentralkörpers 22 des Werkzeugs wird das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial direkt um den äußeren Teil der Metallhülse 12 gewickelt, und nachdem es gewickelt und gepresst wurde, werden die Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 und der Zentralkörper 22 direkt aus dem Werkzeug entnommen und zum Spritzgießen in die Spritzgießform eingelegt, wodurch Produktionszeit eingespart wird, da nicht abgewartet werden muss, bis er abgekühlt ist, bevor er entnommen wird.
An dieser Stelle sind, wie in
At this point, as in
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Zentralkörper 22 der Teil des Formkerns, der die Form des langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterials oder des kurzfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterials während des Spritzgießverfahrens begrenzt, und die Metallstahlhülse 12 wird als die beiden Enden des Zentralkörpers 22 verwendet, so dass die Schubstange 1 auf die folgende spezifische Weise hergestellt wird:
- - Schritt 1: Aufstellen einer Heizvorrichtung in der Nähe des Werkzeugs 2 und Wickeln des endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterials in Form eines Streifens um den äußeren Umfang des Zentralkörpers 22 für eine Anzahl von Windungen während des Erhitzens, und dann wird der Pressblock 23
vom Zylinder 24 gegenden Zentralkörper 22 extrudiert, wodurch das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial geformt wird, und der Zylinder 24 wird gelöst und der Pressblock 23 wirdvom Zentralkörper 22 getrennt, wodurch dieHerstellung der Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 abgeschlossen wird. - Schritt 2: die
Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 wird zusammenmit dem Zentralkörper 22 in die Spritzgussform eingelegt, dann wird der langfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial oder der kurzfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial in den Raum zwischen der Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 und der Metallhülse 12 eingespritzt. Nach dem Entformen wird das Gummi-Metall-Kugelgelenk 13 indie beiden Metallhülsen 12 eingepresst, wodurch dieHerstellung der Schubstange 1 abgeschlossen wird.
- - Step 1: Setting up a heater near the
tool 2 and winding the continuous fiber reinforced thermoplastic composite material in the form of a strip around the outer circumference of thecentral body 22 for a number of turns during heating, and then thepress block 23 is pressed against thecylinder 24Central body 22 is extruded, thereby forming the continuous fiber reinforced thermoplastic composite material, and thecylinder 24 is released and thepress block 23 is separated from thecentral body 22, thereby completing the manufacture of the peripherallayer reinforcing component 11. - Step 2: the peripheral
layer reinforcing component 11 is placed into the injection mold together with thecentral body 22, then the long fiber reinforced thermoplastic composite material or the short fiber reinforced thermoplastic composite material is injected into the space between the peripherallayer reinforcing component 11 and themetal sleeve 12. After demoulding, the rubber-metal ball joint 13 is pressed into the twometal sleeves 12, whereby the production of thepush rod 1 is completed.
Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 ist es bei diesem Ausführungsbeispiel nicht erforderlich, die Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 vor dem Einspritzen aus dem Zentralkörper 22 zu entfernen, wodurch die Notwendigkeit des Abkühlens und anschließenden Erwärmens entfällt, was Zeit spart, die Produktionsgeschwindigkeit erhöht und die Eignung für die Massenproduktion ermöglicht.Compared to
Natürlich könnte der erste Schritt dieses Ausführungsbeispiels auch geändert werden in: das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial in Form eines Streifens wird um den Außenumfang des durch die metallische Stahlhülse 12 und den Formkern gebildeten Zentralkörpers 22 für eine Anzahl von Windungen gewickelt. Das gewickelte endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial wird erwärmt und dann wird der Pressblock 23 vom Zylinder 24 gegen den Zentralkörper 22 extrudiert, wodurch das endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial geformt wird. Der Zylinder 24 wird gelöst und der Pressblock 23 wird vom Zentralkörper 22 getrennt, wodurch die Herstellung der Umfangsschichtverstärkungskomponente 11 abgeschlossen wird. Alternativ kann das gewickelte endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundmaterial zunächst kalt gepresst werden und dann das gesamte Werkzeug 2 wird zusammen mit dem gewickelten endlosfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterial erhitzt.Of course, the first step of this embodiment could also be changed to: the continuous fiber reinforced thermoplastic composite material in the form of a strip is wound around the outer circumference of the
Die obigen Ausführungsbeispiele dienen nur der Veranschaulichung der Erfindung und stellen keine Einschränkung der Erfindung dar. Verschiedene Abwandlungen oder Umgestaltungen können von den betreffenden Fachleuten vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen, und daher sollten alle gleichwertigen technischen Lösungen auch in den Schutzbereich der Erfindung fallen, der durch die jeweiligen Ansprüche begrenzt sein sollte.The above embodiments are merely illustrative of the invention and do not constitute a limitation of the invention. Various modifications or modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention, and therefore all equivalent technical solutions should also be included within the scope of the Invention fall, which should be limited by the respective claims.
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