DE3723450C2

DE3723450C2 -

Info

Publication number: DE3723450C2
Application number: DE19873723450
Authority: DE
Inventors: Hans-Gunther Dipl.-Ing. 8070 Ingolstadt De Haldenwanger; Siegfried Dr.-Ing. 8071 Wettstetten De Schaeper
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1987-07-16
Filing date: 1987-07-16
Publication date: 1989-09-07
Also published as: DE3723450A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen eines definierten Belastungszustandes an einem hohlen Bauteil, insbesondere an einer Lenksäule für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru ches 1.

Eine derartige Vorrichtung ist der DE 31 22 866 A1 entnehmbar. Das Bau teil besteht aus einem Druckkörper, an dem eine Beschichtung, insbeson dere ein Emaillack, als Indikator angebracht ist. Der Druckkörper ist für den Einsatz im untertägigen Bergbau oder im Gerüstbau zur Ermitt lung der Ausbaustützkräfte vorgesehen und wird bei einem Belastungszu stand zwischen der Betriebsbelastung und der Schädigungsgrenze bleibend visuell durch Abplatzen der spröden Emailschicht erkennbar geschädigt.

Durch die DE-OS 24 17 232 ist es ferner bekannt, zur zerstörungsfreien Messung von Ermüdungszuständen auf das Bauteil einen oder mehrere Indika toren fest aufzubringen, die in Streifenform aus einem legierten oder unlegierten Metall bestehen. Die Ermüdungszustände können an den Indi katoren in Form von Streu- und Reflexionsänderungen im ultraroten, sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich angezeigt bzw. regi striert werden. Hier wird die Veränderung der Oberfläche bestimmter Materialien bei mechanischen Wechselbeanspruchungen ausgenutzt, um den Ermüdungszustand eines Bauteiles gegebenenfalls mit unbewaffnetem Auge erkennen zu können.

Bei einem Verfahren gemäß der DE 30 15 391 C2 werden in das Bauteil, welches auch ein Faserverbundbauteil sein kann, Lichtleiter eingebet tet, in deren Anfangsenden Licht eingeleitet wird und wobei eine oder mehrere der optischen Eigenschaften der Lichtleiter durch Beobachtung des aus den Ausgangsenden austretenden Lichts untersucht und überwacht werden. Ein derartiges Verfahren setzt jedoch wissenschaftliche Kennt nisse und Auswertungsmethoden voraus.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung für hohle Bauteile, insbesondere für eine Lenksäule eines Kraftfahrzeuges, zu schaffen, mit der bei einfacher Bauweise gezielt und ohne apparativen Aufwand selbst durch fachlich ungeschulte Personen eine mögliche Struk turschädigung des Bauteiles sicher erkennbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Dementsprechend ist der Indikator eine in das hohle Bauteil aus faserverstärktem Kunststoff eingebundene Hül se, die bevorzugt gemäß Patentanspruch 2 zugleich als verlorener Kern dient. Die Hülse kann also beispielsweise bei der Herstellung als Kern verwendet werden, über den das Bauteil aus in Kunststoff getränkten Fasern entsprechend seiner Formgebung gewickelt und anschließend aus gehärtet wird. Bei einer über der Betriebsbelastung liegenden Bean spruchung des Bauteiles wird die Hülse geschädigt, beispielsweise ersichtlich durch Abplatzen, durch Brüche oder Risse. Die Schädigung kann dabei entweder innerhalb des Bauteiles oder - sofern das Bauteil Durchbrüche aufweist - auch von außerhalb festgestellt werden.

Die in das Bauteil eingebundene Hülse kann entsprechend den Merkmalen der Patentansprüche 3 oder 4 ausgebildet sein, wodurch sowohl eine sichere Anzeige als auch die Verwendung einfacher, für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneter Materialien sichergestellt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm eines hohlen Bauteiles aus Fa serverbundwerkstoff, welches die Betriebsbelastung, die Schädi gungsgrenze und den Indikatorbereich aufzeigt;

Fig. 2 ein Deformationsglied aus Faserverbundwerkstoff einer Lenksäule eines Kraftfahrzeuges mit einem verlorenen Kern als Indikator.

In dem Diagramm der Fig. 1 ist in der Horizontalen die Spannungsbela stung mit MPa (Megapascal) und in der Vertikalen die Dehnung in Prozent eines Bauteiles aus Faserverbundwerkstoff aufgetragen (Kurve 10). Dabei kennzeichnet der schraffierte Bereich die Betriebsbelastung, die zwi schen -0,1% und +0,2% Dehnung und zwischen -40 MPa und +80 MPa Spannung (Druck und Zug) liegt. Die Schädigungsgrenze (strichpunktierte Linie), bei der das Bauteil durch erste Faserrisse, Delaminationen, Brechen, Reißen, Knicken etc. zerstört wird, liegt bei -0,3% bzw. + 0,8% Bruchdehnung und -120 MPa bzw. +320 MPa Druck-, Zugspannung. Zwischen der Betriebsbelastungsgrenze (gestrichelte Linie) und der Schä digungsgrenze (strichpunktierte Linie) liegt der Belastungsbereich, in dem das Bauteil noch nicht sichtbar strukturgeschwächt, aber bereits überbelastet wird. In diesem Bereich, z. B. bei -0,25% oder +0,25% Bruchdehnung und -100 MPa oder +100 MPa Spannung, wird der Indikator (vgl. Fig. 2) zerstört, verformt, etc. und somit eine unzulässige Be lastung oberhalb der Betriebslast signalisiert.

Die Fig. 2 zeigt ein Deformationsglied 28 aus Faserverbundwerkstoff einer nicht näher dargestellen Lenksäule eines Kraftfahrzeuges. Das Deformationsglied 28 ist gebildet durch zwei Rohrstutzen 20, 32, an die ein im Durchmesser vergrößerter Abschnitt nach Art eines Jägerzaunes angewickelt ist. Der Wickelwinkel der sich kreuzenden Faserstränge 34, die in Kunstharz eingebettet sind, beträgt ±60 Grad. Die Faser stränge 34 sind dabei um eine rohrförmige, dünnwandige Hülse 36 als verlorener Kern gewickelt, wobei die Hülse 36 zugleich als Indikator für eine ggf. auftretende Überlastung des Deformationsgliedes 28 dient. Die Hülse 36 besteht aus geblasenem Glas, um das herum die Faser stränge 34 des Jägerzaun-Abschnittes des Deformationsgliedes 28 ge wickelt sind. Bei einer Belastung des Deformationsgliedes 28 über des sen maximale Betriebsbelastung hinaus wird die Bruchdehnung der gläser nen Hülse 36 überschritten, so daß diese noch vor Erreichen der Schädi gungsgrenze des Deformationsgliedes 28 zerstört wird.

Anstelle einer gläsernen Hülse kann auch eine Kunststoffhülse, z. B. ein feucht verarbeitetes Polybutylenterephthalat oder eine der üblichen duroplastischen Formmassen, z. B. auf Melamin-/Formaldehydbasis verwen det sein. Die Kunststoffhülse kann hinsichtlich ihrer Dehnfähigkeit und Dimensionierung so eingestellt sein, daß sie vor einer schädigenden Überbelastung des Deformationsgliedes 28 einreißt bzw. Risse aufweist oder splittert und dadurch die Überbelastung mit Sicherheit signali siert.

Claims

1. Vorrichtung zum Erkennen eines definierten Belastungszustandes an einem hohlen Bauteil, insbesondere an einer Lenksäule für Kraft fahrzeuge, mit einem an dem Bauteil befestigten Indikator, dessen Oberfläche bei einem Belastungszustand zwischen der Betriebsbe lastung und der Schädigungsgrenze bleibend visuell erkennbar ge schädigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Bauteil (Deformationsglied 28) aus faserverstärktem Kunststoff besteht und
b) der Indikator eine in das Bauteil (Deformationsglied 28) eingebundene Hülse (36) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (36) bei der Herstellung des Bauteiles (Deformationsglied 28) zugleich als verlore ner Kern dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (36) aus geblasenem Glas oder einem spröden Kunststoff besteht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hülse (36) aus duroplastischem Kunststoff auf Melamin-/Formaldehydbasis, aus einem spröden thermoplastischen Kunststoff oder einem feucht verarbeiteten Polybutylenterephtha lat besteht und in einer Kontrastfarbe zum Bauteil (Deformationsglied 28) hergestellt ist.