DE19518766C2

DE19518766C2 - connecting rod

Info

Publication number: DE19518766C2
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: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2015-05-23
Also published as: DE19518766A1

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.The invention relates to a connecting rod made of plastic for over bearing forces in a crank mechanism, with an upper and a lower connecting rod eye and a reinforcement reinforcement.

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. From DE-A-23 60 410 a connecting rod is known which glass fiber reinforced plastic is made and mechani power transmission from the crankshaft to the straight th part of a slider crank gear or vice versa. Connecting rod rods are not only used in reciprocating machines (compressors, Mo gates), but also in machine tools, in particular special sewing machines are used and serve to drive the Needle bar. In practice, connecting rods are made of plastic fail to enforce due to lack of sufficient strength properties can and it will continue to forged or cast construction parts made of steel. With the positive pull and push However, properties of steel are also very heavy and the acceleration of the mas necessary for the operation This must be made available by a correspondingly high level Drive power can be compensated.

Außerdem entstehen durch die freien Massenkräfte störende Geräu sche. Es ist daher anzustreben, möglichst leichte Bauteile zu ver wenden.In addition, disturbing noises arise due to the free mass forces nice. It is therefore desirable to ver components as light as possible turn.

Die EP-A-031 413 offenbart eine Pleuelstange aus einem faserver stärktem Kunststoff mit einem Gurt aus Fasersträngen, der über den jeweils außen liegenden Bereich der Pleuelaugen nach Art einer Antriebskette herumgelegt ist.EP-A-031 413 discloses a connecting rod made of a fiber strengthened plastic with a belt made of fiber strands, which over the each outer area of the connecting rod eyes in the manner of a Drive chain is laid around.

Die EP-A-068 424 offenbart ein Pleuel das aus zwei Lagerkörpern besteht, zwischen denen ein Steg für die Druckbelastung angeordnet ist. Die Lagerkörper und der Steg werden von einer unter Vorspan nung stehenden und zur Aufnahme von Zugbelastung dienenden Schlau fe, die beispielsweise aus Draht ausgebildet sein kann, form- und kraftschlüssig zusammengehalten. Ein unter Vorspannung stehendes Bauteil in hochtourigen Maschinen zu verwenden ist nicht ganz un kritisch, da Spannungsspitzen zu Bruch führen können.EP-A-068 424 discloses a connecting rod consisting of two bearing bodies exists between which a web is arranged for the pressure load is. The bearing body and the web are under a preload sly and to absorb tensile load fe, which can for example be formed from wire, shape and held together non-positively. One under tension Using a component in high-speed machines is not entirely unhealthy critical, since voltage peaks can lead to breakage.

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.Proceeding from this problem, a generic Connecting rod to be improved so that it has a small wall thickness ke, especially in the area of the connecting rod eyes, and doing so has good tensile and compressive properties as well as inexpensive is adjustable.

Zur Problemlösung wird die Armierung durch einen in Umfangsrich tung verlaufenden, in Kunststoff eingebetteten Draht gebildet, wo bei der Draht in mehreren, über die Breite des Schafts parallel nebeneinander liegenden Windungen verläuft und die Drahtwindungen sowohl das obere als auch das untere Pleuelauge in einer Windung vollständig umschließen.The reinforcement is solved by a circumferential reinforcement wire, formed in plastic, where with the wire in several, parallel across the width of the shaft turns lying side by side and the wire turns both the upper and lower connecting rod eyes in one turn completely enclose.

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. Dadurch, daß die Drahtwindungen so gelegt sind, daß sowohl das obere als auch das untere Pleuelauge von einer vollständigen Windung umschlossen wird, 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.Thanks to the wire armouring that comes from a single all around the connecting rod length and the width of the wound wire a framework that absorbs the main tensile and compressive forces created, the load capacity by embedding in the Plastic is increased. By making the wire turns so are that both the upper and lower connecting rod eyes of a full turn is the stability the reinforcement scaffold in the area of the connecting rod eyes increased because there through the connecting rod eyes over their entire circumference with several wires turns are reinforced.

Vorteilhaft ist es, wenn jede der Drahtwindung eine zusätzliche Windung um die Pleuelaugen ausbildet, damit die Pleuelaugen über eine entsprechend große Verstärkung verfügen, die bei optimaler Ausgestaltung über die volle Breite des Schafts verläuft.It is advantageous if each of the wire turns has an additional one Turns around the connecting rod eyes so that the connecting rod eyes over have a correspondingly large gain, with optimal Design runs over the full width of the shaft.

Als Draht wird vorzugsweise Federdraht mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.000 N/mm² und einem Durchmesser von etwa 1 mm gewählt. Spring wire with a tensile strength of is preferably used as the wire chosen at least 1,000 N / mm² and a diameter of about 1 mm.

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.To shift the wire windings during operation prevent it, it is advantageous if the individual turns are parallel spaced and the wire is completely made of plastic is surrounded.

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.The shaft can be countered by two to further reduce weight overlying webs are formed, which coexist on the connecting rod eyes are connected so that the area between the two Conrod eyes are essentially free of material. So with the Be acceleration effectively induced in the connecting rod can be caught, the webs are crossed by at least one connected to reinforcement web. By this measure the buckling length of the individual web pieces is also ver shortens and the transmission capacity for pressure forces increases. Because it There are plastics with excellent sliding properties According to the invention, connecting rods formed directly without further bearings be used. Of course, can also be in the connecting rod eyes Bearing shells made of any material can be inserted.

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.When manufacturing the connecting rod, the reinforcement is first wire positioned in an injection mold. For better ver The bond between plastic and wire during injection molding is the Wire preferably heated before injection molding, especially before the heating is preferably inductive. The injection point is a coil of spring placed nearby. Through the injection point in In the vicinity of a spring turn, the pressure exerted when spraying the entire spring body.

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.A connecting rod designed according to the invention can in particular advantageous as a drawbar of a sewing machine with at least one up and down, a needle-carrying needle bar, which over a crank mechanism can be driven with the drawbar will.

Anhand einer Zeichnung sollen zwei Ausführungsbeispiele der Erfin dung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:Based on a drawing, two embodiments of the inven be explained in more detail below. It shows:

Fig. 1 die Ansicht einer Nähmaschine, Fig. 1 is a view of a sewing machine,

Fig. 2 die Ansicht auf den Kopf der Nähmaschine in vergrö ßertem Maßstab gemäß Sichtpfeil II, Fig. 2 is a view on the head of the sewing machine on an enlarged scale according to arrow II ßertem,

Fig. 3 den Schnitt entlang der Linie III-III nach Fig. 2, Fig. 3 is a section along the line III-III of Fig. 2,

Fig. 4 die Ansicht eines ersten Ausführungsbeispieles in Teilschnittdarstellung, Fig. 4 is a view of a first embodiment, partly in section,

Fig. 5 die Ansicht gemäß Sichtpfeil V nach Fig. 4, Fig. 5 shows the view according to arrow V of Fig. 4,

Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der Pleuelstange, Fig. 6 shows a second embodiment of the connecting rod,

Fig. 7 die Ansicht der Armierung der Pleuelstange nach Fig. 6 und Fig. 7 shows the reinforcement of the connecting rod according to Fig. 6 and

Fig. 8 die schematische Ansicht des Armierungsverlaufes bei einem weiteren Ausführungsbeispiel. Fig. 8 shows the schematic view of the reinforcement course in a further embodiment.

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.The a needle 2 a carrying needle bar 2 of a sewing machine 1 is driven by the arranged in the sewing machine arm 3 and rotatably driven arm shaft 4 on the pull rod 5 up and down.

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.In Fig. 4, the Zugstan manufactured as a plastic injection molded part 5 , which can also be generally referred to as a connecting rod, represents Darge. The tie rod is formed in one piece and provided with an upper 6 and lower 7 connecting rod eye. The shaft 8 of the connecting rod 5 is formed by two opposite webs 8 a and 8 b, which are connected in the area of the connecting rod eyes 6 , 7 and via two further webs 9 . The shaft 8 is consequently not solid. A wire 10 , which is wound in the longitudinal direction (circumferential direction) and runs over the full width B of the shaft 8 or the webs 8 a, 8 b, runs as a reinforcement 13 over the circumference of the connecting rod 5 . The wire 10 is a spring wire which is wound over the width B in such a way that the wire windings lie parallel to one another. In order to safely exclude a shift of the wire turns during operation, a minimum distance is provided between the turns so that the wire can be completely encapsulated by plastic.

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.The connecting webs 9 are used to shorten the low-mass webs 8 a, 8 b in the transmission of compressive forces with respect to their kink length and thereby improve the connecting rod 5 in terms of load-bearing capacity.

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.In the manufacture of the connecting rod 5 , the wire 10 is first inserted and fixed in the injection mold in a corresponding number of turns. It can preferably be heated inductively before injection molding in order to obtain a better connection between the wire and plastic. Of course, other types of heating are also possible. Feathers or feather-like products are inexpensive mass-produced items that can be prefabricated with sufficient accuracy so that a winding package can be inserted into the injection molding tool and does not have to be wound in the tool.

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. Fig. 6 shows a further embodiment of a connecting rod 5 , in which the upper connecting rod eye 6 is made smaller than the un lower connecting rod eye 7th The illustration in FIG. 6 is a sectional illustration, the interfaces of the plastic not being hatched for reasons of simplification. Otherwise, however, it is comparable to the connecting rod 5 shown in FIG. 4. The main difference from the first embodiment is that the windings 11 , 11 a, 11 b,. . . the Federdrah tes 10 not just run over the circumference of the shaft 8 , but additional turns 12 , 12 a, 12 b ,. . . are each guided around the upper connecting rod eye 6 or the lower connecting rod eye 7 , so that the connecting rod eyes 6 , 7 are likewise completely surrounded by wire turns over their circumference. The distance between the individual windings 11 , 11 a, 11 b,. . . this form of training inevitably widens it. By wrapping the connecting rod eye 6 , 7 but the ability to transmit pressure forces is increased.

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.Another course of the reinforcement 13 can be seen from FIG. 8. The connecting rod itself is not shown in this figure. The Fe derdraht 10 extends around the connecting rod eyes 6 , 7 in the circumferential direction and then in the longitudinal direction on to the other side of the other connecting rod eye, so that the shape of an eight is established. The crossing point 14 lies in the middle of the connecting rod 5 . A connecting rod 5 provided with such a reinforcement 13 can preferably have a solid shaft before. Also in this course of the reinforcement 13 , a further turn (in each turn) - not shown - can be guided around the connecting rod eyes 6 and 7 in order to reinforce this area as well.

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.In all embodiments, the plastic is injected so that the reinforcement 13 made of spring wire 10 is not visible from the outside. If a plastic with sufficient sliding properties is used as the material, the connecting rod 5 can be inserted into the crank mechanism 50 without further bearings having to be provided. If necessary, bearing bushes can also be inserted or injected into the connecting rod eyes. High-strength spring wire according to DIN 17223 should be used as the wire. The tensile strength of such a wire with a diameter of 1 mm is approximately 2,200 N / mm². With 2 × 4 windings and a wire diameter of 1 mm, this results in a total tensile strength of the connecting rod 5 in the pulling direction of approximately 13,000 N.

Claims

1. connecting rod made of plastic for transmitting forces in a crank mechanism ( 50 ), with an upper and a lower connecting rod eye ( 6 , 7 ) and a reinforcing armouring ( 13 ), characterized in that the armouring ( 13 ) by a in Circumferential direction, embedded in the plastic wire ( 10 ) is formed, the wire ( 10 ) in several, over the width (B) of the shaft ( 8 ) parallel to each other turns ( 11. , 11 a, 11 b,.. .) runs and the wire turns ( 11 , 11 a, 11 b,...) completely enclose both the upper and the lower connecting rod eye ( 6 , 7 ) in one turn ( 12 , 12 a, 12 b,...) .

2. Connecting rod according to claim 1, characterized in that each of the wire turns ( 11 , 11 a, 11 b,...) The connecting rod eyes ( 6 , 7 ) with additional turns ( 12 , 12 a, 12 b,...) around closes.

3. Connecting rod according to claim 1, characterized in that the wire ( 10 ) is spring wire with a tensile strength of at least 1,000 N / mm².

4. Connecting rod according to claim 1, characterized in that the wire ( 10 ) has a diameter of approximately 1 mm.

5. Connecting rod according to claim 1 or 2, characterized in that the individual turns ( 11 , 11 a, 11 b,...) Are spaced apart in parallel and the wire ( 10 ) is completely surrounded by plastic.

6. Connecting rod according to one or more of the preceding claims, characterized in that the shaft ( 8 ) is formed by two opposite webs ( 8 a, 8 b), which are connected to the connecting rod eyes ( 6 , 7 ) and at least one across the arm tion ( 13 ) extending web ( 9 ) are connected.

7. Connecting rod according to one or more of the preceding claims, characterized in that bearing bushes are inserted into the connecting rod eyes ( 6 , 7 ).

8. A method for producing a connecting rod according to one of the preceding claims in which the reinforcing wire ( 13 ) is next positioned in an injection mold and heated before injection molding.

9. The method according to claim 8, characterized in that the Heating takes place inductively.

10. Sewing machine with at least one up and down, a needle ( 2 a) carrying needle bar ( 2 ), the gear via a crank ( 50 ) with a pull rod ( 5 ) can be driven, characterized in that a pull rod ( 5 ) connecting rod designed according to at least one of claims 1 to 6.