DE212021000507U1 - A lightweight composite push rod - Google Patents
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Abstract
Leichtgewichtige Schubstange aus Verbundmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Umfangsschichtverstärkungskomponente (11) am äußersten Umfang und ein langfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterial oder ein kurzfaserverstärkten thermoplastischen Verbundmaterial umfasst, der in den inneren Teil der Umfangsschichtverstärkungskomponente (11) eingespritzt und mit der Umfangsschichtverstärkungskomponente (11) kombiniert ist, wobei die Umfangsschichtverstärkungskomponente (11) an beiden Enden von einer Metallstahlhülse (12) umgeben ist, wobei die Metallhülse (12) mit einem Gummi-Metall-Kugelgelenk (13) versehen ist, und wobei ein langfaserverstärkter thermoplastischer Verbundmaterial oder ein kurzfaserverstärkter thermoplastischer Verbundmaterial zwischen der Umfangsschichtverstärkungskomponente (11) und der Metallstahlhülse (12) eingespritzt ist; und wobei die Umfangsschichtverstärkungskomponente (11) 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, characterized in that it comprises a peripheral layer reinforcing component (11) 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 (11) and combined with the peripheral layer reinforcing component (11). , wherein the peripheral layer reinforcing component (11) is surrounded at both ends by a metal steel sleeve (12), the metal sleeve (12) being provided with a rubber-metal ball joint (13), and wherein a long fiber-reinforced thermoplastic composite material or a short fiber-reinforced thermoplastic composite material between the peripheral layer reinforcing component (11) and the metal steel sleeve (12) is injected; and wherein the peripheral layer reinforcing component (11) 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.
Description
Technisches Gebiet:Technical area:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schubstange, und insbesondere auf eine leichtgewichtige Schubstange aus Verbundmaterial.The present invention relates to a push rod, and more particularly to a lightweight composite push rod.
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 eine leichtgewichtige Schubstange aus Verbundmaterial 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 lightweight composite push rod, wherein a lightweight composite push rod with a peripheral layer reinforcing component is formed by using continuous fibers to provide a continuous, Closed irregularly shaped perimeter layer reinforcing component to preform to provide external support that improves the tensile strength of the push rod.
Das Problem wird gelöst durch: eine 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 endlosfaserverstärkten thermoplastische Verbundmaterial in Form eines Streifens hergestellt ist.The problem is solved by: a 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 injected into the inner part of the peripheral layer reinforcing component and combined with the peripheral layer reinforcing component, the peripheral layer reinforcing component at both ends of a metal steel sleeve, the metal sleeve being 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 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 in which the peripheral layer reinforcement com The edge area in contact with the component has a winding structure.
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
- 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 changing the direction of the bars of the lattice structure within the
Umfangsschichtverstärkungskomponente in die gleiche Richtung wie der Übertragungsweg der Last, der die Schubstange ausgesetzt ist, ausgelegt wird.Perimeter layer reinforcement component is designed in the same direction as the load transmission path to which the push rod is exposed.
Abbildungen:Illustrations:
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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;
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;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;
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
Wenn das Produkt einer Torsion ausgesetzt wird, ist die Zugfestigkeit dieses weniger plastischen Verbundmaterials geringer als die Druck- und Scherfestigkeit, und die Verformung wird während des Torsionsvorgangs immer geringer sein und schließlich in einem schrägen Winkel von etwa 45° zur Mittellinie der beiden Metallstahlhülsen 12 abgezogen werden. So kann die Gitterstruktur 14, wenn es das Verfahren zulässt, in einem Winkel von etwa 45° zur Mittellinie angeordnet werden, d. h. so, dass die Richtung der Stäbe mit der Richtung der Lastübertragung übereinstimmt, um die Torsionsfestigkeit der Schubstange 1 zu verbessern.When the product is subjected to torsion, the tensile strength of this less plastic composite material is less than the compressive and shear strength, and the deformation will be less and less during the torsion process and finally drawn off at an oblique angle of about 45 ° to the center line of the two
Wie in
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 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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