DE2237775A1

DE2237775A1 - FORCE-TRANSFERRING, TUBE-SHAPED COMPONENT

Info

Publication number: DE2237775A1
Application number: DE19722237775
Authority: DE
Inventors: Holger Kreft
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1972-08-01
Filing date: 1972-08-01
Publication date: 1974-02-21

Description

Kraftübertragendes, rohrförmiges Bauteil (Zusatz zu Patent ......... Patentanmeldung P 2146 783.4-12) Das Hauptpatent betrifft ein kraftübertragendes, rohrförmiges Bauteil zur Beanspruchung auf Zug und/oder Druck in Längsrichtung und/oder Torsion mit einem rohrförmigen Mittelteil, der aus einem faserverstärkten Verbundkunststoff mit gewickelter Verstärkungsfaser besteht, und Anschlußarmaturen an beiden Enden. Die Erfindung wird dadurch gekennzeichnetS daß sich das rohrförmige Mittelstück an seinen Enden verengt und mit den jeweils zweiteiligen Anschlußarmaturen dergestalt verbunden ist, daß der faserverstärkte Verbund körper von außen her über die Formfläche des Innenteils der jeweiligen Armatur gezogen und mit Hilfe des Außenteiles der Armatur gegen den Innenteil verspannt ist. Power-transmitting, tubular component (addendum to patent ......... Patent application P 2146 783.4-12) The main patent relates to a force-transmitting, tubular component for tensile and / or compressive stress in the longitudinal direction and / or Torsion with a tubular central part made of a fiber-reinforced composite plastic with wound reinforcement fiber, and connection fittings at both ends. The invention is characterized in that the tubular center piece narrowed at its ends and designed with the two-part connection fittings is connected that the fiber-reinforced composite body from the outside on the mold surface of the inner part of the respective valve and pulled with the help of the outer part of the Valve is braced against the inner part.

Das Bauteil nach dem Hauptpatent hat eine hervorragende Aufnahmefähigkeit von Druck- und Torsionsbelastungen und vermag zwar auch Zugkräfte zu über tragen, letztere jedoch nur in geringe Maße, da die ringförmig eng gewickelten Verstärkungsfasern bei einer Zugbelastung ihrerseits keinen Kraftfluß aufnehmen können und eine Zugkraft somit voll vom Matrixmaterial übertragen werden müßte.The component according to the main patent has an excellent absorption capacity from compressive and torsional loads and is also able to transmit tensile forces, The latter, however, only to a small extent, since the reinforcing fibers are tightly wound in a ring in the event of a tensile load, in turn, cannot absorb a flow of force and a tensile force thus would have to be fully transferred from the matrix material.

Durch den ersten erfindungsgemäßen Vorschlag kann dieser Nachteil dadurch vermieden werden, daß die Verstärkungsfasern schräg mit eine. Wickelwinkel zwischen 300 und 600, vorzugsweise aber 450, zur Mittelachse des Bauteiles gewickelt sind, wobei alle Wicklungen entweder gleichläufig oder in zueinander gegenläufigen Schichten angebracht sind.With the first proposal according to the invention, this disadvantage be avoided that the reinforcing fibers inclined with a. Winding angle between 300 and 600, but preferably 450, wound to the central axis of the component are, with all windings either running in the same direction or in opposite directions Layers are attached.

Das schrage Aufwickeln der Verstärkungsfasern ermöglicht es im Gegensatz zum rein senkrecht zur Mittelachse durchgeführten Wickeln, daß auch Längskräfte neben Torsionkräften von de. Faserverbund aufgenommen werden können.In contrast, the inclined winding of the reinforcing fibers makes it possible for winding carried out purely perpendicular to the central axis, that also longitudinal forces in addition to torsional forces of de. Fiber composite can be added.

Je kleiner dabei der Winkel wird, den die Faserwickelrichtung mit der Mittelachse des rohrförmigen Mittelstückes einschließt, desto größere Längskräfte können übertragen werden. In gleicher Richtung sinkt aber die Größe der übertragbaren Torsionskraft. Optimale Obertragungseigenschaften ergeben sich bei einem Winkel von 450, jedoch liefern noch Wickelwinkel im Bereich von 300 bis 600 ausreichend gute Kraftübertragungseigenschaften, wobei Winkel kleiner als 45 vorzugsweise für hauptsächlich längsbelastete und Winkel größer als 450 für hauptsächlich torsionsbelastete Bauteile geeignet sind. Sind die Fasern in verschiedenen Lagen mit jeweils gegenläufiger Wickelrichtung bei gleichem Fadenwinkel in das Bauteil eingelegt, so werden nicht nur die Kraftübertragungseigenschaften bei Wechsel beanspruchung (etwa Druck/Zug) verbessert, sondern es erhöht sich gleichzeitig die Steifigkeit des gesamten Bauteil es. Zudem können infolge der Ausbildung der Armaturen (Innenteil) gemäß dem Hauptpatent selbst bei kleinen Fadenwinkeln alle Schichten kontinuierlich mit einem endlosen Faserstrang gewickelt werden, der am Innenteil der Anschlußarmatur umqelenkt und dann bei gleichem Fadenwickei in Gegenrichtunq zurückgeführt wird.The smaller the angle that the fiber winding direction becomes the central axis of the tubular middle piece, the greater the longitudinal forces can be transferred. In the same direction, however, the size of the transmittable decreases Torsional force. Optimal transmission properties result from an angle of 450, but still provide winding angles in the range of 300 to 600 sufficient good power transmission properties, angles smaller than 45 preferably for mainly longitudinally loaded and angles greater than 450 for mainly torsionally loaded Components are suitable. Are the fibers in different layers each with opposite directions Winding direction inserted into the component with the same thread angle, so are not only the power transmission properties under alternating loads (e.g. push / pull) improved, but it also increases the rigidity of the entire component it. In addition, due to the design of the fittings (inner part) according to the main patent even with small thread angles all layers continuously with an endless one Fiber strand are wound, which deflects and on the inner part of the connection fitting is then returned with the same thread winding in the opposite direction.

Beim zweiten erfindungsgemäßen Vorschlaq sind zwei oder mehr Schichten von Verstärkungsfasern in dem Kunststoff vorhanden, von denen mindestens eine Schicht aus endlosen, senkrecht zur Mittelachse des Bauteiles rundgewickelten Verstärkungsfasersträngen und mindestens eine Schicht aus parallel zu dieser Mittelachse gewickelten Fasersträngen besteht.In the second proposal according to the invention, there are two or more layers of reinforcing fibers present in the plastic, of which at least one layer made of endless reinforcing fiber strands wound around the center axis of the component and at least one layer of fiber strands wound parallel to this central axis consists.

Bei einem so beschaffenen Bauteil werden Kräfte in Bauteil-Längsrichtung und Torsionskräfte von jeweils verschiedenen Fadenlagen übertragen, wobei die anderen Fadenlagen unbelastet bleiben. Diese Aufspaltung der Kraftübertragungselemente hat den zusätzlichen Vorteil, daß die jeweils für die einzelnen Beanspruchungsarten bestimmten Faserlagen optimal gewickelt werden können, d.h. die Fäden können ohne Rücksicht auf andere Beanspruchungsarten genau in der Richtung, die der Richtung des zu übertragenden Kraftschlusses entspricht, gewickelt werden. Damit entsteht ein Bauteil, das in völlig gleicher Weise für die Obertragung von Zug- und Druck- wie auch von Torsiorskräften geeignet ist und das alle im Hauptpatent angeführten Vorteile aufweist. Durch die Ausbildung der Anschluarmaturen nach dem Hauptpatent wird dabei nicht nur das kontinuierliche Endloswickeln der Faser-Rundlagen, sondern auch das maschinelle Endloswickeln der Faserlängslagen, die bisher von Hand eingelegt werden mußten, ermöglicht.With a component made in this way, forces are applied in the longitudinal direction of the component and transferring torsional forces from respectively different layers of thread, the other Thread layers remain unloaded. This split of the power transmission elements has the additional advantage that each is suitable for the individual types of stress certain fiber layers can be optimally wound, i.e. the threads can be wound without Consideration for other types of stress in exactly the same direction as the direction corresponds to the frictional connection to be transmitted. This creates a component that is used in exactly the same way for the transmission of tension and compression as is also suitable for torso forces and that is all listed in the main patent Has advantages. Through the design of the connection fittings according to the main patent will not only the continuous endless winding of the round fiber layers, but also the continuous machine winding of the longitudinal fiber layers, which was previously done by hand had to be inserted, made possible.

Der dritte Lösungsvorschlag bezieht sich auf solche Bauteile, bei denen ausschließlich Längskräfte übertragen werden sollen und bei denen die Torsionskomponente entfällt. Erfindungsgemäß sind hier die Verstärkungsfasern parallel zur Mittelachse des rohrförmigen Mittelstückes gewickelt. Die Gestaltung der Anschlußarmaturen nach dem Hauptpatend ermöglicht es dabei, diese Längslage der Verstärkungsfasern maschinell mit endlosen Fasersträngen zu wickeln, indem diese Faserstränge über den Innenteil der jeweiligen Anschlußarmatur gewickelt, dabei in ihrer Richtung umgelenkt und anschließend in der neuen Richtung weitergewickelt werden. Die bishr für Faserlängslagen notwendige Technik, die Faserstränge manuell aufzulegen, wobei an den Längsenden des Wickel körpers der Faserverlaufunterbrochen war, wird hier durch die Gestaltung des Bauteiles nach dem Hauptpatend und die dadurch ermöglichte maschinelle Wicklung der Faserlängslagen hinfällig, da das maschinelle Verfahren schneller, rationeller und genauer arbeitet und zusätzlich den Vorteil aufweist, daß damit genau definierte Faserlagen gewickelt werden können.The third suggested solution relates to such components where only longitudinal forces are to be transmitted and where the torsion component not applicable. According to the invention, the reinforcing fibers are here parallel to the central axis of the tubular center piece wound. The design of the connection fittings according to The main patent makes it possible to machine this longitudinal layer of the reinforcing fibers to wrap with endless fiber strands by placing these fiber strands over the inner part the respective connection fitting wound, thereby deflected in their direction and can then be wound further in the new direction. The bishr for longitudinal fiber layers necessary technique to manually lay the fiber strands, with at the longitudinal ends of the winding body the fiber flow was interrupted, is here by the design of the component according to the main patent and the machine Winding the longitudinal fiber layers are obsolete because the machine process is faster and more efficient and works more precisely and also has the advantage that it is precisely defined Fiber layers can be wound.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, als Verstärkungsfasern Kohlenstoffasern zu verwenden.In a further embodiment of the invention it is proposed as reinforcing fibers To use carbon fibers.

Denn infolge ihres sehr hohen Elastizitätsmoduls gegenüber anderen Verstärkungsfasern sind sie geeignet, besonders hohe Kräfte übertragen zu können, ohne dabei gegenüber den anderen Verstärkungsfasern Nachteile aufzuweisen.Because due to their very high modulus of elasticity compared to others Reinforcement fibers they are suitable to be able to transmit particularly high forces, without having any disadvantages compared to the other reinforcing fibers.

In der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Bauteil dargestellt, und zwar in Fig. 1 a: ein Bauteil nach dem Hauptpatent mit schräg um den Winkel « zur Mittelachse des Bauteiles gewickelten gleichläufigen Verstärkun-sfasern Fig. 1 b: ein Bauteil nach dem Hauptpatent mit schräg um den Winkels zur Mittelachse des Bauteiles gewickelten, in gegenhäufigen Schichten angeordneten Verstärkungsfasern Fig. 2 : ein Bauteil nach dem Hauptpatent mit verschiedenen Faserlagen, bei denen die Fasern abwechselnd parallel und senkrecht zur Mitteliinie des Bauteiles gewickelt sind Fig. 3 : ein Bauteil nach dem Hauptpatent mit parallel zur Mittellinie des Bauteiles gewickelten Verstärkungsfasern.In the drawing, exemplary embodiments for the inventive Component shown, namely in Fig. 1 a: a component according to the main patent with co-rotating at an angle to the central axis of the component Reinforcing fibers Fig. 1 b: a component according to the main patent with wound diagonally around the angle to the central axis of the component, in opposite directions Reinforcing fibers arranged in layers Fig. 2: a component according to the main patent with different fiber layers in which the fibers alternate parallel and perpendicular wound to the center line of the component are Fig. 3: a component according to the main patent with reinforcement fibers wound parallel to the center line of the component.

Fig. 1 a zeigt ein Bauteil nach dem Hauptpatent, das aus einem rohrförmigen Mittelstück (1) mit zweiteiligen Armaturen (2 a, 3 a bzw. 2 b, 3 b) an beiden Enden besteht.Fig. 1 a shows a component according to the main patent, which consists of a tubular Center piece (1) with two-part fittings (2 a, 3 a or 2 b, 3 b) at both ends consists.

Der rohrförmige Mittelteil ist aus einem faserverstärkten Verbundkunststoff hergestellt, wobei die Verstärkungsfasern (4) schräg mit einem Faserwinkel X in gleichläufigen Schichten gewickelt sind In Fig. 1 b ist ein ähnliches Bauteil dargestellt, bei dem im Vergleich zu Fig. 1 a die unter dem Winkel « gewickelten Faserlagen (4) diesmal gegenläufig gewickelt sind.The tubular middle part is made of a fiber-reinforced composite plastic produced, the reinforcing fibers (4) obliquely with a fiber angle X in co-rotating layers are wound In Fig. 1 b is a similar one Component shown in which in comparison to FIG. 1 a, the wound at the angle « Fiber layers (4) are wound in opposite directions this time.

Bei dem Bauteil nach dem Hauptpatent in Fig. 2 besteht der faserverstärkte Verbundkörper (1) zwischen den beiden Anschlußarmaturen aus verschiedenen Faserschichten (4 a, 4 b, 4 c), bei denen abwechselnd die Fasern parallel zur Bauteillängsachse (4 a, 4 c) bzw. senkrecht hierzu (4 b) gewickelt sind.In the case of the component according to the main patent in FIG. 2, there is the fiber-reinforced one Composite body (1) between the two connection fittings made of different fiber layers (4 a, 4 b, 4 c), in which the fibers alternate parallel to the longitudinal axis of the component (4 a, 4 c) or perpendicular to this (4 b) are wound.

In Fig. 3 ist ein Bauteil nach dem Hauptpatent dargestellt, bei dem die Fasern (4) in de. faserverstärkten Verbundkörper (1) zwischen den beiden Anschlußarmaturen parallel zur Bauteil-Längsachse gewickelt sind.In Fig. 3, a component according to the main patent is shown in which the fibers (4) in de. fiber-reinforced composite body (1) between the two connection fittings are wound parallel to the longitudinal axis of the component.

Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind auch solche Ausführungen des Bauteil es nach den Hauptpatent, bei denen nicht nur senkrecht und parallel zur Bauteil-Längsachse gewickelte Faserlagen, sondern noch zusätzlich schräg gewickelte Faserlagen in den Verbundkörper eingelagert sind.Such designs are also part of the present invention of the component it according to the main patent, in which not only perpendicular and parallel Fiber layers wound to the longitudinal axis of the component, but also additionally wound at an angle Fiber layers are embedded in the composite body.

Claims

Expectations

1. Power-transmitting, tubular component for stress Tension and / or compression in the longitudinal direction and / or torsion with a tubular middle part, the one made of a fiber-reinforced composite plastic with wound reinforcement fiber consists, and connection fittings at both ends, with the tubular middle piece. narrowed at its ends and designed with the two-part connection fittings is connected that the fiber-reinforced composite body from the outside via the molding surface of the inner part of the respective valve and pulled with the help of the outer part of the The valve is clamped against the inner part according to the patent (patent application P 2146 783.4-12), characterized in that the reinforcing fibers are inclined at a thread angle between 300 and 600, but preferably 450 '> to the central axis of the component are, with all windings either running in the same direction or in opposite directions Layers are attached.

2. Power-transmitting, tubular component for stress Tension and / or compression in the longitudinal direction and / or torsion with a tubular middle part, the one made of a fiber-reinforced composite plastic with wound reinforcement fiber consists, and connection fittings at both ends, with the tubular middle piece narrowed at its ends and designed with the two-part connection fittings is connected that the fiber-reinforced composite body from the outside via the molding surface of the inner part of the respective valve and pulled with the help of the outer part of the The valve is clamped against the inner part according to the patent (patent application P 2146 783.4-1Z), characterized in that two or more layers of reinforcing fibers in the Plastic are present, of which at least one layer is endless, perpendicular Reinforcing fiber strands wound around the central axis of the component and at least a layer consists of fiber strands wound parallel to this central axis.

3. Power-transmitting, tubular component for stress Tensile and / or pressure with a tubular central part, which consists of a fiber-reinforced Composite plastic with a wound reinforcement bevel and connection fittings at both ends, the tubular middle piece narrowing at its ends and is connected to the two-part connection fittings in such a way that the fiber-reinforced composite body from the outside over the molding surface of the inner part the respective valve pulled and with the help of the outer part of the valve against the Inner part tensioned According to patent ........ (patent application P 2146 783.4-12), thereby characterized in that the reinforcing fibers are parallel to the central axis of the tubular Center piece are wrapped.

4. Component according to one of claims 1 to 3, characterized in that that carbon fibers are used as reinforcing fibers.

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