DE19518766A1

DE19518766A1 - Pleuelstange

Info

Publication number: DE19518766A1
Application number: DE19518766A
Authority: DE
Inventors: Christoph Heckner
Original assignee: Duerkopp Adler AG
Current assignee: Duerkopp Adler AG
Priority date: 1995-05-22
Filing date: 1995-05-22
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2015-05-23
Also published as: DE19518766C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange aus Kunststoff zur Über tragung von Kräften in einem Kurbeltrieb, mit einem oberen und einem unteren Pleuelauge und einer Verstärkungs-Armierung.

Aus der DE-A-23 60 410 ist eine Pleuelstange bekannt, die aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist und zur mechani schen Kraftübertragung von der Kurbelwelle auf den geraden geführ ten Teil eines Schubkurbelgetriebes oder umgekehrt dient. Pleuel stangen werden nicht nur in Hubkolbenmaschinen (Kompressoren, Mo toren), sondern beispielsweise auch in Werkzeugmaschinen, insbe sondere Nähmaschinen eingesetzt und dienen dort zum Antrieb der Nadelstange. In der Praxis haben sich Pleuelstangen aus Kunststoff mangels ausreichender Festigkeitseigenschaften nicht durchsetzen können, und es wird weiterhin auf geschmiedete oder gegossene Bau teile aus Stahl zurückgegriffen. Mit den positiven Zug- und Druck eigenschaften von Stahl geht allerdings auch ein hohes Gewicht einher, und die für den Betrieb notwendige Beschleunigung der Mas se muß durch eine entsprechend hohe zur Verfügung zu stellende Antriebsleistung kompensiert werden.

Außerdem entstehen durch die freien Massenkräfte störende Geräu sche. Es ist daher anzustreben, möglichst leichte Bauteile zu ver wenden.

Von dieser Problemstellung ausgehend soll eine gattungsgemäße Pleuelstange so verbessert werden, daß sie mit geringer Wandstär ke, insbesondere im Bereich der Pleuelaugen auskommt und dabei gute Zug- und Druckeigenschaften aufweist sowie kostengünstig her stellbar ist.

Zur Problemlösung wird die Armierung durch einen in Umfangsrich tung verlaufenden Draht gebildet, wobei der Draht in mehreren, über die Breite des Schafts parallel nebeneinander liegenden Win dungen verläuft und in Kunststoff eingebettet ist.

Durch die Drahtarmierung, die aus einem einzigen runderherum über die Pleuellänge und die -breite gewickelten Draht besteht, wird ein die hauptsächlichen Zug- und Druckkräfte aufnehmendes Gerüst geschaffen, dessen Tragfähigkeit durch die Einbettung in den Kunststoff erhöht wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Drahtwindungen so gelegt, daß sowohl das obere als auch das untere Pleuelauge von einer weiteren Windung umschlossen wird. Damit wird die Stabilität des Armierungsgerüstes im Bereich der Pleuelaugen erhöht, da da durch die Pleuelaugen über ihren vollen Umfang mit mehreren Draht windungen verstärkt werden. Insbesondere vorteilhaft ist, wenn jede der Drahtwindung eine zusätzliche Windung um die Pleuelaugen ausbildet, damit die Pleuelaugen über eine entsprechend große Ver stärkung verfügen, die bei optimaler Ausgestaltung über die volle Breite des Schafts verläuft.

Als Draht wird vorzugsweise Federdraht mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.000 N/mm² und einem Durchmesser von etwa 1 mm gewählt.

Um ein Verschieben der Drahtwindungen während des Betriebes zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Windungen parallel beabstandet sind und der Draht vollständig von Kunststoff umgeben ist.

Der Schaft kann zur weiteren Gewichtsreduzierung durch zwei gegen überliegende Stege gebildet werden, die an den Pleuelaugen mitein ander verbunden sind, so daß der Bereich zwischen den beiden Pleuelaugen im wesentlichen materialfrei ist. Damit bei der Be schleunigung in das Pleuel eingeleitete Seitenkräfte wirksam auf gefangen werden können, sind die Stege durch mindestens einen quer zur Armierung verlaufenden Steg verbunden. Durch diese Maßnahme wird außerdem auch die Knicklänge der einzelnen Stegstücke ver kürzt und die Übertragungsfähigkeit für Druckkräfte erhöht. Da es Kunststoffe mit hervorragenden Gleiteigenschaften gibt, kann ein erfindungsgemäß aus gebildetes Pleuel ohne weitere Lager direkt eingesetzt werden. Natürlich können in die Pleuelaugen aber auch Lagerschalen aus einem beliebigen Material eingelegt werden.

Bei der Herstellung der Pleuelstange wird zunächst der Armierungs draht in einem Spritzgußwerkzeug positioniert. Zur besseren Ver bindung zwischen Kunststoff und Draht beim Spritzgießen wird der Draht vor dem Spritzgießen vorzugsweise erwärmt, insbesondere vor zugsweise erfolgt die Erwärmung induktiv. Der Anspritzpunkt wird in die Nähe eine Federwindung gelegt. Durch den Anspritzpunkt in der Nähe einer Federwindung wirkt der Nachdruck beim Spritzen über den gesamten Federkörper.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Pleuelstange kann insbesondere vorteilhaft als Zugstange einer Nähmaschine mit wenigstens einer auf- und abgehenden, eine Nadel tragenden Nadelstange, die über ein Kurbelgetriebe mit der Zugstange antreibbar ist, eingesetzt werden.

Anhand einer Zeichnung sollen zwei Ausführungsbeispiele der Erfin dung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 die Ansicht einer Nähmaschine,

Fig. 2 die Ansicht auf den Kopf der Nähmaschine in vergrö ßertem Maßstab gemäß Sichtpfeil II,

Fig. 3 den Schnitt entlang der Linie III-III nach Fig. 2,

Fig. 4 die Ansicht eines ersten Ausführungsbeispieles in Teilschnittdarstellung,

Fig. 5 die Ansicht gemäß Sichtpfeil V nach Fig. 4,

Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der Pleuelstange,

Fig. 7 die Ansicht der Armierung der Pleuelstange nach Fig. 6 und

Fig. 8 die schematische Ansicht des Armierungsverlaufes bei einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Die eine Nadel 2a tragende Nadelstange 2 einer Nähmaschine 1 wird durch die im Nähmaschinenarm 3 angeordnete und drehend angetriebe ne Armwelle 4 über die Zugstange 5 auf- und abgehend angetrieben.

In Fig. 4 ist die als Kunststoff-Spritzteil hergestellte Zugstan ge 5, die allgemein auch als. Pleuel bezeichnet werden kann, darge stellt. Die Zugstange ist einteilig ausgebildet und mit einem obe ren 6 und unteren 7 Pleuelauge versehen. Der Schaft 8 des Pleuels 5 wird durch zwei gegenüberliegende Stege 8a und 8b gebildet, die im Bereich der Pleuelaugen 6, 7 und über zwei weitere Stege 9 ver bunden sind. Der Schaft 8 ist folglich nicht massiv ausgebildet. Über den Umfang des Pleuels 5 verläuft als Armierung 13 ein in Längsrichtung (Umfangsrichtung) gewickelter Draht 10, der über die volle Breite B des Schafts 8 bzw. der Stege 8a, 8b verläuft. Der Draht 10 ist ein Federdraht, der über die Breite B so gewickelt ist, daß die Drahtwindungen parallel nebeneinander liegen. Um eine Verschiebung der Drahtwindungen während des Betriebes sicher aus zuschließen, ist zwischen den Windungen ein Mindestabstand vorge sehen, damit der Draht vollständig von Kunststoff umspritzt werden kann.

Die Verbindungsstege 9 dienen dazu, die massenarmen Stege 8a, 8b bei der Übertragung von Druckkräften bezüglich ihrer Knicklänge zu verkürzen und das Pleuel 5 dadurch im Hinblick auf die Tragfähig keit zu verbessern.

Bei der Herstellung des Pleuels 5 wird der Draht 10 zunächst in das Spritzgußwerkzeug in entsprechender Anzahl von Windungen ein gelegt und festgelegt. Er kann vorzugsweise induktiv vor dem Spritzgießen erwärmt werden, um eine bessere Verbindung zwischen Draht und Kunststoff zu erhalten. Selbstverständlich sind auch andere Arten der Erwärmung möglich. Federn oder federähnliche Pro dukte sind preiswerte Massenartikel, die mit ausreichender Genau igkeit vorgefertigt bezogen werden können, so daß ein Wicklungs paket in das Spritzgußwerkzeug eingelegt werden kann und nicht ein Wickeln im Werkzeug erfolgen muß.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Pleuels 5, bei dem das obere Pleuelauge 6 kleiner ausgeführt ist als das un tere Pleuelauge 7. Bei der Darstellung in Fig. 6 handelt es sich um eine Schnittdarstellung, wobei aus Vereinfachungsgründen die Schnittstellen des Kunststoffes nicht schraffiert sind. Ansonsten ist es aber mit dem in Fig. 4 dargestellten Pleuel 5 vergleich bar. Der wesentliche Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die Windungen 11, 11a, 11b, . . . des Federdrah tes 10 nicht einfach nur über den Umfang des Schaftes 8 verlaufen, sondern zusätzliche Windungen 12, 12a, 12b, . . . jeweils um das obere Pleuelauge 6 bzw. das untere Pleuelauge 7 geführt sind, so daß die Pleuelaugen 6, 7 über ihren Umfang ebenfalls vollständig mit Drahtwindungen umgeben sind. Der Abstand zwischen den einzel nen Windungen 11, 11a, 11b, . . . wird durch diese Ausbildungsform zwangsweise breiter. Durch die Umschlingung des Pleuelauges 6, 7 wird aber die Fähigkeit der Übertragung von Druckkräften gestei gert.

Aus Fig. 8 ist ein anderer Verlauf der Armierung 13 ersichtlich. Das Pleuel an sich ist in dieser Figur nicht dargestellt. Der Fe derdraht 10 verläuft um die Pleuelaugen 6, 7 in Umfangsrichtung und dann in Längsrichtung weiter auf die andere Seite des jeweils anderen Pleuelauges übergehend, so daß sich die Form einer Acht einstellt. Der Kreuzungspunkt 14 liegt in der Mitte des Pleuels 5. Ein mit einer solchen Armierung 13 versehenes Pleuel 5 kann vor zugsweise einen massiv ausgeführten Schaft aufweisen. Auch bei diesem Verlauf der Armierung 13 kann eine (in jeder Windung) wei tere Windung - nicht dargestellt - um die Pleuelaugen 6 und 7 ge führt werden, um auch hier diesen Bereich zu verstärken.

Bei allen Ausführungsformen wird der Kunststoff so gespritzt, daß die Armierung 13 aus Federdraht 10 von außen nicht sichtbar ist. Wenn als Material ein Kunststoff mit ausreichenden Gleiteigen schaften verwendet wird, kann das Pleuel 5 in den Kurbeltrieb 50 eingesetzt werden, ohne daß weitere Lager vorgesehen sein müssen. Im Bedarfsfall können in die Pleuelaugen aber auch Lagerbuchsen eingesetzt oder eingespritzt werden. Als Draht sollte hochfester Federdraht nach DIN 17223 verwendet werden. Die Zugfestigkeit ei nes solchen Drahtes liegt bei einem Durchmesser von 1 mm bei zirka 2.200 N/mm². Bei 2 × 4 Wicklungen und einem Drahtdurchmesser von 1 mm resultiert daraus eine Gesamtzugfestigkeit des Pleuels 5 in Zugrichtung von zirka 13.000 N.

Claims

1. Pleuelstange aus Kunststoff zur Übertragung von Kräften in einem Kurbeltrieb (50), mit einem oberen und einem unteren Pleuelauge (6, 7) und einer Verstärkungs-Armierung (13), da durch gekennzeichnet, daß die Armierung (13) durch einen in Umfangsrichtung verlaufenden Draht (10) gebildet wird, wobei der Draht (10) in mehreren, über die Breite (B) des Schafts (8) parallel nebeneinander liegenden Windungen (11, 11a, 11b, . . . ) verläuft und in den Kunststoff eingebettet ist.

2. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwindungen (11, 11a, 11b, . . . ) sowohl das obere als auch das untere Pleuelauge (6, 7) in einer Windung (12, 12a, 12b, . . . ) umschließen.

3. Pleuelstange nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Drahtwindungen (11, 11a, 11b, . . . ) die Pleuelaugen (6, 7) mit zusätzlichen Windungen (12, 12a, 12b, . . . ) um schließt.

4. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (10) Federdraht mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.000 N/mm² ist.

5. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (10) einen Durchmesser von ungefähr 1 mm aufweist.

6. Pleuelstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen (11, 11a, 11b, . . . ) parallel be abstandet sind und der Draht (10) vollständig von Kunststoff umgeben ist.

7. Pleuelstange nach einem oder mehreren der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (8) durch zwei gegenüberliegende Stege (8a, 8b) gebildet wird, die über die Pleuelaugen (6, 7) und mindestens einem quer zur Armie rung (13) verlaufenden Steg (9) verbunden sind.

8. Pleuelstange nach einem oder mehreren der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Pleuelaugen (6, 7) Lagerbuchsen eingelegt sind.

9. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach einem der vorstehenden Ansprüche in dem der Armierungsdraht (13) zu nächst in einem Spritzgußwerkzeug positioniert und vor dem Spritzgießen erwärmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung induktiv erfolgt.

11. Nähmaschine mit wenigstens einer auf- und abgehenden, eine Nadel (2a) tragenden Nadelstange (2), die über ein Kurbelge triebe (50) mit einer Zugstange (5) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Zugstange (5) eine gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildete Pleuelstange dient.