DE2639634A1

DE2639634A1 - Faserverstaerkter kunststoffkoerper

Info

Publication number: DE2639634A1
Application number: DE19762639634
Authority: DE
Inventors: William J Hampshire
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1975-09-10
Filing date: 1976-08-31
Publication date: 1977-03-17
Also published as: ZA764662B; CA1068864A; BR7605802A; IT1070042B; AU1659976A; FR2323539B1; AU507741B2; GB1561045A; JPS5249502A; FR2323539A1; JPS5920484B2; US4130154A

Description

Meissner & Meissner

PATENTANWALTS BÜRO

BERLIN — MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

31. AUG. 1376

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den

8024-GE

THE GOODYEAR TIRE & RUBBER COMPANY

Akron, Ohio 44316 , USA

Faserverstärkter Kunststoffkörper

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Konstruktion eines gekrümmten Trägergliedes zum Montieren einer zylindrischen Fläche wie eine Felge auf das Rad eines Personenkraftwagens β Eine bisher verwendete Trägerkonstruktion mit offenen Enden besteht aus Fiberglasfasern verstärktem Kunststoff in der Form eines Gewebes oder wird zufällig in einem besonderem Muster in der Kunststoffwandung der Trägereinrichtung benutzt oder mit dieser ausgerichtet. Der Träger besitzt auch verdickte Endteile, die durch Beigabe von mehr fiberglasverstärktem Kunststoff i_m Dickengebiet aufgebaut sind₀

Es ist allgemein bekannt, eine hohe Festigkeit des verstärkten Kunststoffes durch Verwenden von Fadenwindungen zu erreichen, um die gewünschte Faserausrichtung zu erhaltene Das Fadenaufwickelverfahren erfordert jedoch eine kostspielige Ausrüstung und ist zeitraubend. Folglich sind die Kosten der fadenumwickelten Teile verhältnismäßig hoch. Es ist

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BORO MÖNCHEN:	TELEX:	TELEGRAMM:	TELEFON:	BANKKONTO:	POSTSCHECKKONTO:
8 MÖNCHEN 22	1-856 44	INVENTION	BERLIN	BERLINER BANK AG.	W. MEISSNER, BLN-W
ST. ANNASTR. 11	INVEN d	BERLIN	030/885 60 37	BERLIN 31	122 82-109
TCi . non inn OK AA			030/886 23 82	3695716000

ferner bekannt, längliche Kunststoffteile mit geschnittenen Längen von Pasern zu verstärkten, und es ist eine geschieh« tete Fiberglasfaser verwendene Konstruktion von der Anmelderin bisher benutzt worden. M^t gekrümmten Teilen wie Ringe oder Segmente ist das Fasenumwiekeln verwendet worden, wenn hohe Festigkeiten notwendig waren.

Halbkreisförmige Metallreifenträger mit U-förmigem Querschnitt und mehreren radial verlaufenden Rippen einschließlich der Rippen an den Enden sind bereits vorgeschlagen worden, aber zum Montieren der Träger auf der Felge vor dem Aufbringen des Reifens auf der Felge ist jedoch nicfet vorgesehen worden. Auch erfordert das Montieren der Träger das Befestigen dieses unmittelbar auf der Felge. Die Rippen bewirken auch keine Elastizität des Reifenträgers.

In der bisherigen Technik der R_Rifenträgersysteme wurden zum Verringern der durch die Wechselwirkung von entleertem Rgifen und der radialen Außenfläche des Reifenträgers erzeugten Wärme Schmier- und Kühlmittel verwendet. Dies warf Probleme beim Installieren von Containern und beim Abgeben des Strömungsmittels zur richtigen Zeit auf, die durch Ableiten der Wärme von der radialen Außenfläche des Reifenträgers verringert oder vermieden werden könnte. Somit ist es die Hauptaufgabe der Erfindung einen gekrümmten faserverstärkten Kunststoffkörper mit verhältnismäßig langen, in radialer und Umfangsrichtung ausgerichteten Fasern anzugeben« Dieser Körper soll einen U-förmigen Querschnitt mit radialen Innen- und Außenkanten aufweisen. Außerddem soll dieser U-förmige Querschnitt eine geschlossene Endkonstruktion zum Tragen der Seiten des Körpers und ein Verbindungsglied enthalten, an das ein anderer gekrümmter Körper befestigt werden kann. Darüberhinaus besitzt die

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geschlossene Konstruktion von einem Ende zum anderen eine einheitliche Druckbiegung und eine Einrichtung zum Ableiten von Wärme zwischen den einzelnen Teilen des Körpers.

Andere Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und verschiedene Weisen, nach denen die Grundsätze der Erfindung angewendet werden können. In den Zeichnungen ist:

Figur 1 ein Querschnitt in der Ebene der Linie 1-1 der Figur 2., die eine Seitenansicht eines A_usführungsbeispiels nach der Erfindung auf einer Felge zeigt, mit besonderer Darstellung der Lage der Fasern;

Figur 2 ein Querschnitt an der Linie 2-2 der Figur 1 mit darstellung der Kontur des R_eifens in strich-punktierten Linien auf der Felge im aufgeblasenen und im entleerten Zustand;

Figur 3 eine Seitenansicht eines der halbkreisförmigen Reifenträger nach Figur 1 in der Ebene der Linie 3-3 der Figur 2, wobei Teile abgebrochen dargestellt sind, um die Lage der Verstärkungsfasern am Ende besser zeigen zu können;

Figur h ein Teilschnitt des Endteils des Trägers in der Ebene der Linie 4-4 der Figur 3 mit Darstellung der Lage der Verstärkungsfasern;

Figur 5 eine Stirnansicht in der Ebene der Linie 5~5 de** Figur 3;

Figur 6 eine Seitenansicht, ähnlich der Figur 3, eines abgeänderten halbkreisförmigen Trägers nach der Erfin-

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dung, wobei Teile angebrochen dargestellt sind, um die Lage der Fasern besser zeigen zu können;

Figur 7 ein Teilschnitt an der Ebene 7-7 der Figur 6;

Figur 8 eine Endansicht in der Ebene der Linie 8-8 der Figur 6;

Figur 9 die Ansicht, der Verstärkungsvorgespinste oder Bänder, von denen die Fasern abgeschnitten werden;

Figur 10 eine Teilansicht in der Ebene der Linie 10-10 der Figur 8 einer weiteren Abänderung, bei der Teile abgebrochen dargestellt sind, um die Lage des Wärmeableitmaterial zeigen zu können;

Figur 11 eine der Figur 10 ähnliche Darstellung einer noch weiteren Abänderung, bei der Teile weggelassen sind, um die Lage der Wärmeableitdrähte zu zeigen; und

Figur 12 eine Darstellung eines Wärmeableitdrahts in größerem Maßstabβ

Die Figuren 1,3 und 5 zeigen einen gekrümmten Körper eines Sicherheitsreifenträgerteils 10 mit einer Drehachse A-A und einem Krümmungsradius R. Das Trägerteil 10 besitzt einen U—förmigen Querschnitt mit einer radialen Innenradkante und einer radialen A_ußenrandkante 12. Aus Gründen der Elastizität und der Festigkeit eines Sicherheitsträgers besteht dieser aus verstärktem Kunststoff, in den der Kunststoff ein thermoplastisches Kunstharz wie Epoxy, Polyester, Phenolik, Polyurethan oder Silikon sein kann. Die Verstärkung besteht aus Fiberglasband oder aus einem vor dem Auflegen in den

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Träger 10 mit Harz imprägnierten Gespinst und ist in verhältnismäßig lange Pasern 13 und verhältnismäßig kurze Fasern Ik geschnitten.

Eine repräsentative Gruppe der langen Pasern 13 und der kurzen Pasern Ik sind in den Zeichnungen in starken Linien dargestellt» Praktisch liegen alle langen Pasern 13 in Ebenen, die die Drehachse A-A des Trägerteils 10 +. 20° enthalten, und diese Ebenen sind durch die Krümmungsradien R,R1 und R2 des Trägerteils in Figur 1 zu sehen« Die langen Fasern erstrecken sich auch von den Innenrandkanten 11 und der Außenrandkante 12 aus in den Träger 10 hinein.

Die kurzen Fasern Ik haben eine Länge von etwa der Hälfte der Länge der langen Fasern 13 und verlaufen in Umfangsrichtung des Trägers 10 in senkrecht zur Drehachse A-A des Trägerteils 10 verlaufenden Ebenen T,T1 oder T2 ± 20° (S₁Fi gur 1 ) .

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind rund 6o Prozent des Volumens der Fasern lange Fasern 13 und ^O Prozent des Volumens kurze Fasern 14.

Das Trägerteil 10 besitzt geschlossene Enden 15 und l6 mit Bauelementen wie Bahnen 17 und 18 an den Enden 15 und l6₀ Die Bahnen 17 und 18 sind praktisch konvex bei einem Radius Re, der etwa gleich das Eineinhalbfache des radialen Abstandes zwischen der Ijinenradkante 11 und der Außenrandkante 12 des Trägers 10 ist.

Die Bahnen 17 und 18 besitzen Randkanten 19 und 20, die zwischen der Innenrandkante 11 und der Außenrandkante 12 des Trägerteils 10 verlaufen. Die langen Fasern 13 und die kurzen Fasern I^ können in thermoplastisches Harz einge-

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legt und bei gegebenen Druck und gegebener Temperatur durch entsprechende Einrichtungen in die gewünschte Form gebracht werden.

Die gekrümmten Bahnen 17 und 18 an den Enden 15 und 16 des Trägerteils 10 besitzen eine Reifenfestigkeit, die die Außenrandkante 12 trägt, während es gleichzeitig dem Träger Elastizität verleiht₀ Die Krümmung der Bahnen 17 und 18 beeinflussen auch das Fahren eines im Fahrzeug mit entleertem Reifen, indem die gekrümmten Enden 15 und l6 ein Warnsignal an den Fahrzeugfahrer liefern können»

Nach den Figuren 1 und 2 ist das Trägerteil 10 halbrund und zwei Trägerteile werden miteinander befestigt und ergeben so einen Reifentragring für die Montage auf eine Felge 24. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rand 24 von der Art der tieferliegenden Mitte mit um den Rand herumlaufender Vertiefung 25β In den Bahnen 17 und 18 der geschlossenen Enden 15 und 16 sind Öffnungen Z6 und 27 zur Aufnahme von Befestigern wie Schrauben und Muttern 28 und 29 vorgesehen, die durch Unterlegscheiben 30, 31 und 32 zum Zusammenklemmen der Bahnen 17 und 18 neben dem Trä» gerteil 10 um den Rand Zk der Vertiefung hindurchgehen«

Der Reifen 23 besitzt zwei Wulste 33 und 34 für die Montage auf der Felge 24„ Der Reifentragring besteht aus zwei Tragteilen 10, die vor der Montage auf die Felge in den Reifen eingesetzt werden, Der erste Wulst 33 wird dann auf die Felge 24 montiert und die Trägerteile 10 mit Schrauben und Muttern 28 und 29 verbunden, die durch die Unterlegscheiben 30, 31 und 32 hindurchgehen. Durch Verwendung von, mit Abstand angeordneten Öffnungen Z6 und 27 werden die Trägerteile so gehalten, daß sie einem Verdrehen der ver-

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bundenen Trägerteile entgegenwirken können_o

Nach dem Verbinden der Trägerteile 10 kann der zweite Wulst in die Vertiefung und in den U-förmigen Hohlraum eines Trägerteils 10 zwischen den geschlossenen Enden 15 und l6 der Trägerteile eingefügt werden» Dadurch kann sich der andere Teil des zweiten Wulstes Jh über den Flansch der Felge 2.h und in die Lage zum Montieren auf die Felge bewegen, wie es Figur 2 zeigt_o Es ist zu erkennen, daß durch eine fortlaufende Öffnung zwischen den geschlossenen Enden 15 und 16 für die Montage des Reifens nach dem Zusammenbringen der Trägerteile Io und deren sichere Befestigung auf der Radvertiefung 25 Platz vorgesehen ist_e

Wie Figur 2 zeigt, ist die Außenrandkante 12 des Trägerteils 10 vom Reifen 23 im aufgeblasenem Zustand entfernt angeordnet und trägt den Reifen im entleerten Zustande

Die Figuren 6,7 und 8 zeigen eine Abänderung der Erfindung, bei der ein halbkreisförmig gekrümmter Körper wie das Trä— gerteil 35 eine Drehachse B-B und einen Krümmungsradius R3 aufweist« Das Trägerteil 35 ist U~-förmig und besitzt eine radial verlaufende Innenrandkante 37_β Das Trägerteil besteht aus einem Fiberglasband oder Gespinst, das vor dem Einbringen in das Trägerteil mit Harz imprägniert und in verhältnismäßig lange und kurze Fasern 38 bzw 39 geschnitten wird. Die langen Fasern 38 befinden sich in Ebenen, die die Drehachse B-B des Trägerteils 35 ±_ 20$ enthalteb_# Diese Ebenen sind durch die Krümmungsradien R3, R^- und R5 bezeichnet (Figur 6)„ Die kurzen Fasern 39 verlaufen um den Umfang des Trägerteils 35 in Ebenen T3, T*l· und T5, die zur Drehachse B-B des Trägerteils 35 senkrecht

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verlaufen +^ 20 _o Zum Darstellen der Lage der langen und der kurzen Fasern 38 bzw. 39 werden einige repräsentative· Fasern in den Figuren 6 und 7 in dicken Linien gezeigte Das Trägerteil 10 ist jedoch auf vielen langen und kurzen Fasern 38 bzw. 39 in Überlappung aufgebaut«

Die Enden 42 und 43 zweier Trägerteile 35 können durch eine entsprechende Vorrichtung so zusammengesetzt werden, daß sie einen Sicherheitsreifenträgerring ähnlich dem nach Figur 1 ergeben. Hier sind jedoch die Enden 42 und offen, so daß die Endteile 44 und 45 der Außenrandkante an den Enden 42 und 43 verstärkt werden müssen, um einem übermässigem Verbiegen standzuhalten» Nach der Erfindung sind die Endteile 44 und 45 dicker als der mittlere Teil zwischen den Endteilen 44 und 45 der Außenrandkante 37» Dies geschieht durch Vermehren der sich überlappenden langen und kurzen Fasern 39 bzw. 38 in den Endteilen 44 und 45» so daß sich mehr Fasern in den Endteilen bei einer gegebenen Länge als in der Außenrandkante 37 an einem Teil in der Mitte der Endteile befinden«.

Das Trägerteil 35 nach den Figuren 6,7» und 8 sind halbrund. Nach einem Verfahren können jedoch zwei Trägerteile als ein einstückiger Ring hergestellt werden, der nach dem Gießen zum Installieren auf einer Felge mit tiefer Mitte nach Figur 5 in zwei Stücke geschnitten wird. Das Trägerteil 35 kann auch in halbrunder Ausführung gegossen werden.

Figur 9 zeigt ein verhältnismäßig flaches Band oder Gespinst aus Feberglas, aus dem die langen und die kurzen Fasern 13 bzw 14 wie auch die langen und die kurzen Fasern 38 bzw 39 zum Einbau in die Ausführungen nach den Figuren 1 bis 5 und 6 bis 8 abgetrennt sind« Das Band 46 wird vor dem Schneiden in kurze Fasern imprägniert, um die Faser-

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steifigkeit, sowie Unbeschädig.theit und Ausrichtung der Fasern aufrecht zu erhalten, wenn sie sich beim Herstellen der Trägerteile 10 und 35 überlappen. Die Harzbemessung liegt vorzugsweise zwischen drei und fünf Gewichtsprozent und könnte zwischen ein bis fünfundzwanzig Gewichtsprozent je nach dem verwendeten Material liegen_e Die Harzmenge, die den ausgerichteten, sich überlappenden Fasern 13, l4, 38 und 39 beigegeben wird, ist durch die beim eintgültig gehärtetem Teil benötigte Menge bestimmt und hält das Ausbilden der Trägerteile 10 und 35 während der Behandlung so zusammen, daß die Faserausrichtung nicht gestört wird. Es wird auch die Systemviskosität des Harzes durch teilweise Aushärten zwischen der Herstellung und dem Härten auf einen Wert gebracht, der zum Zusammenpressen des Formens ohne Trennung des Harzes von den Fasern während des Schließens, des Fließens und des Ausfüllens der Form notwendig ist_e

Figur 10 zeigt eine Außenfläche 47 des Trägerteils 35% bei dem wärmeleitender Draht in Form eines Siebes 48 in die Fläche 47 des Trägerteils zum Ableiten der Wärme aus der Außenrandkante 37* zur Innenrandkante j6* während des Arbeitens des Sicherheitsträgerteils 35' bei entleertem R_eifen eingebettet ist. In diesem Zustand reibt sich der Reifen am Trägerteil 35' an der Außenkante 37*» was Wärme erzeugt, die den R_eifen oder den Trägerteil beschädigen könnte, wenn sie nicht abgeleitet würde,, Bei der Konstruktion nach Figur 10 überträgt das Sieb 48 die Wärme von der Außenrandkante 37* an die Innenrandkante 36 % die an die Metallfelge 24' angreift und die Wärme der Felge zum Abstrahlen an die Luft abführte

Figur 11 zeigt eine weitere Abänderung des Trägerteils 35"»

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in das kurze Abschnitte 4°· wärmeleitenden Drahts 50 überlappt eingebettet sind, um die Wärme von der Außenrandkante 37" an die Innenrandkante 36" zu führen_o Es können auch andere wärmeleitende Materialien in die Außenfläche oder in den Körper des Trägerteils 35" zum Arbeiten der Wärme aus der Außenrandkante 37" eingebettet werden.

¥ährend bestimmte Ausführungsbeispiele und Einzelheiten zur Erläuterung der Erfindung gezeigt worden sind, so kann der Fachmann doch verschiedene Änderungen vornehmen, ohne vom Sinn und Umfang der Erfindung abzugehen,. Dies gilt besonders für die Ringe und Segmente, bei denen die einzigartige Anordnung der Fasern aus Verstärkungsmaterial nach der Erfindung ein gesteuertes Durchbiegen und hohe Festigkeit bei geringsten Herstellungskosten ergibt. Auch der halbkreisförmige Reifenträger mit den geschlossenen Enden nach Figur 1 bis 5° können zusätzlich zum faserverstärktem Kunststoff, Stahl oder Aluminium andere Materialien enthalten, die die notwendige Festigkeit und Elastizität be·· sitzen«

— Patentansprüche -

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Claims

PATENTANWALTSBURO

BERLIN — MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL .-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den

8O24-GE Patentansprüche:

1, Faserverstärkte Kunststoffkörper, der um eine Drehachse gekrümmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere verhältnismäßig lange Fasern (l3) des Verstärkungsmaterials in Ebenen mit der Drehachse des Körpers und mehrere verhältnismäßig kurze Fasern (l4) des Verstärkungsmaterials am Umfang des Körpers und zur Drehachse des Körpers senkrechten Ebenen verlaufene

2β Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen U—förmigen Querschnitt mit einer Innen- und einer Außenrandkantenteil (11,12,36,37)/besitzt, von denen die langen Fasern (l3) i«· den Körper gehen und die meisten kurzen Fasern (l4) sich in diesen Kantenteilen befinden.

3β Körper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich zwischen den Endteilen (l5_tl6_fk2,h3) des Körpers Zwischenteile befinden als die Endteile dicker als die Zwischenteile sind_s daß neben den Endteilen sich mehr lange Fasern (l3) und kurze Fasern (l4) und an den Zwischenteilen als lange und kurze Fasern an den Zwischenteilen befinden, wodurch die Endteile eine höhere Festig-

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BORO MÖNCHEN: TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: 8 MÖNCHEN 22 1-856 44 INVENTION BERLIN BERLINER BANK AG. W. MEISSNER, BLN-W ST. ANNASTR. 11 INVEN d BERLIN 030/885 60 37 ' • BERLIN 31 122 82-109 TEL.; 089/22 35 44 030/886 23 82 3695716000

keit gegen Biegung als die Zwischenteile besitzen und so eine einheitliche Verbiegung rund um den Körper ergeben.

k_o Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Harz und der Körper ein Spritzgußerzeugnis ist,

5« Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die langen (13) und die kurzen Fasern (l4) überlappt geschnitten und gelegt sind und so die gewünschte Dicke des Körpers ergeben.

Körper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenen Endteile (42,43) besitzt, die eine den inneren Randteil (36) mit dem äußeren Randteil (37) verbindende Bahn aufweisen, daß der äußere Randteil ein Bauteil zum Verbinden des Körpers mit einem anderen an den Endteilen ergibt, daß die Bahn eine die Kanten des äußeren und des inneren Randkantenteil verbindende Kante besitzt, daß die meisten langen Fasern sich zwischen der Bahnkante und den Kanten der Randkantenteile befinden und von der Bahnkante wegführen, und daß die kurzen Fasern parallel zur Bahnkante jedes geschlossenen Endteils verlaufene

β Körper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet ₉ daß der Körper an der Fläche wärmeablextende Mittel enthält, die die Wärme von der radialen Außenrandkante zu der radialen Innenrandkante führen.

Dipl.-Ins. P- £· Meissner

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Ab

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