DE3928855A1

DE3928855A1 - Zug-druck-strebe aus faserverstaerktem kunststoff

Info

Publication number: DE3928855A1
Application number: DE3928855A
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Ing Feser; Dieter Dipl Ing Barthel; Josef Dipl Ing Vonderau
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Sachs AG
Priority date: 1989-08-31
Filing date: 1989-08-31
Publication date: 1991-03-07

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zug-Druck-Strebe aus faser verstärktem Kunststoff sowie auf ein Verfahren zur Herstellung der Zug-Druck-Strebe im Spritzverfahren, welche zwei beabstande te, im wesentlichen kreisringförmige Augen aufweist, die über ei nen Schaft miteinander verbunden sind und wobei eine durch die Mittelpunkte der Augen gelegte Linie eine Symmetrieachse dar stellt.

Eine Zug-Druck-Strebe der obengenannten Bauart ist beispielsweise aus der DE-OS 23 60 410 bekannt. Sie zeichnet sich durch die Mög lichkeit der einfachen Herstellung und ein niedriges Gewicht aus.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Zug-Druck-Streben der obengenannten Bauart dahingehend zu optimieren, daß mit weniger Einsatz von Material Gewicht und Kosten reduziert werden und durch entsprechende Formgebung die Festigkeit zumindest erhalten bleibt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst. Durch Ausbildung des Schaftes der Zug- Druck-Strebe als offenes Fachwerk wird überall dort Material eingespart, wo dieses keinen oder praktisch keinen Beitrag zur Formstabilität leistet. Die beiden im Abstand zueinander verlau fenden Streben münden jeweils im wesentlichen tangential in den beiden Augen, über welche die Anbindung der Zug-Druck-Strebe er folgt. Im Bereich zwischen den beiden Augen sind die Streben über wenigstens eine Querstrebe untereinander verbunden. Dies gibt dem offenen Fachwerk eine zusätzliche Steifigkeit.

Die Streben können dabei sowohl parallel als auch - zur Ermög lichung einer kompakteren Bauform - leicht geknickt verlaufen. Der Bereich des Knickes in den Streben ist vorzugsweise in der Mitte zwischen den beiden Augen angeordnet, und in diesem Bereich ist auch die Querstrebe vorgesehen.

Es ist vorteilhaft, die Querstrebe mit einem geringeren Quer schnitt auszustatten, da sie sowieso durch den Bereich verläuft, der am wenigsten zur Formsteifigkeit beiträgt.

In den Augen sind vorteilhafterweise Lagerteile aus Metall einge spritzt. Diese weisen über ihre axiale Erstreckung im umgebenden Kunststoffmaterial eine unregelmäßige Materialstärke auf. Dies kann einerseits zur Bildung eines Formschlusses dienen und ande rerseits eine gezielte Beeinflussung der Elastizität des Lager teiles bewirken.

So kann beispielsweise bei einer Ausführung entsprechend An spruch 7 die Kantenpressung bei der Kraftübertragung zwischen ei nem Dorn und dem entsprechenden Lagerteil im Auge in den Endbe reichen herabgesetzt werden.

Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Außenkontur des Lager teiles kugelförmig auszubilden. Eine solche Ausführungsform er möglicht ein nachträgliches Ausrichten des Lagerteiles entweder in einem einmaligen Vorgang oder durch eine entsprechende Leicht gängigkeit.

In vorteilhafter Weise kann die Zug-Druck-Strebe als Pleuel für eine Brennkraftmaschine ausgebildet sein und das eine Lagerteil als Kolbenbolzenlager für den Kolben und das andere Lagerteil als Pleuellager für den Hubzapfen der Kurbelwelle dienen. Bei einer solchen Verwendung ist es vorteilhaft, das das Lagerteil für den Kolbenbolzen tragende Auge durch axiale Verlängerungen zu ver breitern, um gegenüber dem Kolben eine Abstandshaltung zu erzie len.

Das Verfahren zur Herstellung einer Zug-Druck-Strebe sieht gemäß der Erfindung vor, daß der Einspritzpunkt für den mit Kurzfasern versehenen Kunststoff an einem der beiden Augen in der Symmetrie achse vorgesehen ist. Dieser Einspritzpunkt erfolgt bei Verwen dung sowohl als Zug-Druck-Strebe wie auch als Pleuel in einer Brennkraftmaschine in einem Bereich, der im Betrieb nur geringen Belastungen ausgesetzt ist. Weiterhin können sich die Kurzfasern im Kunststoff während des Einspritzvorganges im Bereich der Augen sowie der längsverlaufenden Streben ausrichten, um so für die ge wünschte Festigkeit zu sorgen. Bei Herstellung eines Pleuels ist es besonders vorteilhaft, den Einspritzpunkt an dem den Kolben bolzen tragenden Auge anzuordnen. Diese Anordnung bewirkt gegen Ende des Einspritzvorganges bei zunehmend ausgefüllten Hohlräumen eine Verdichtung des Materiales im Bereich dieses Auges, was zu einer entsprechenden Erhöhung der Festigkeit in diesem hoch bean spruchten Bereich führt.

Die Erfindung wird anschließend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen im einzelnen

Fig. 1 die Ansicht einer Zug-Druck-Strebe mit parallel verlaufen den Streben;

Fig. 2 bis 4 Ansicht und Schnitte einer Zug-Druck-Strebe, die vorzugsweise als Pleuel für eine Brennkraftmaschine ausge bildet ist;

Fig. 5 bis 7 verschiedene Varianten von Querschnittsausgestaltun gen der eingespritzten Lagerteile.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Zug-Druck-Strebe 1. Sie besteht aus zwei voneinander beabstandeten Augen 2 und 3, die durch Streben 5 bzw. 6 untereinander verbunden sind. Die Stre ben 5 und 6 verlaufen jeweils tangential aus dem einen Auge he raus und tangential in das gegenüberliegende Auge hinein. Beide Streben 5 und 6 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander, wobei die Parallelität dann nicht exakt gegeben ist, wenn die Augen 2 bzw. 3 unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die Zug- Druck-Strebe 1 weist eine Symmetrieachse 4 auf, die jeweils durch die Achsen 13 bzw. 14 der Augen 2 bzw. 3 verläuft. Die Achsen 13 bzw. 14 verlaufen üblicherweise senkrecht zur Symmetrieachse 4. In den beiden Augen 2 bzw. 3 ist jeweils ein Lagerteil 8 einge setzt, welches beispielsweise aus Metall besteht und mit den nicht dargestellten Verbindungselementen der Zug-Druck-Strebe 1 zusammenwirkt. Etwa in der Mitte zwischen den beiden Achsen 13 und 14 ist eine Querstrebe 7 angeordnet, welche die beiden Stre ben 5 und 6 miteinander verbindet. Diese Querstrebe 7 vergrößert die Belastungsfähigkeit der Zug-Druck-Strebe 1, wobei die Berei che zwischen den Streben 5 und 6 einerseits sowie zwischen der Querstrebe 7 und den Augen 2 bzw. 3 andererseits offen ausge führt sind - entsprechend einem offenen Fachwerk. Die Zug-Druck- Strebe wird in einer zweiteiligen temperierten Form durch Ein spritzen eines faserverstärkten Kunststoffes hergestellt, wobei vorzugsweise Kohlenstoff-Kurzfasern Verwendung finden. Der Ein spritzpunkt P erfolgt dabei an einem der beiden Augen 2 oder 3 im Bereich der Symmetrieachse 4, da hier bei Zug- bzw. Druckbe aufschlagung die geringste Materialbelastung stattfindet und da her an dieser Stelle die Ausrichtung der Kurzfasern nicht be deutsam ist. Die Querstrebe 7 weist vorzugsweise einen geringeren Querschnitt als die Streben 5 und 6 auf, so daß während des Ein spritzvorganges eine optimale längsgerichtete Faserorientierung über die gesamte Länge beibehalten werden kann. Die Lagerteile 8 werden vor dem Einspritzvorgang in die zweiteilige Form einge legt und während des Einspritzvorganges mit umspritzt. Sie weisen bestimmte Außenkonturen auf, die in nachfolgenden Figuren noch näher beschrieben werden.

In den Fig. 2 bis 4 sind die Ansicht sowie die Schnitte III-III und IV-IV einer Zug-Druck-Strebe 1 dargestellt, welche vorzugs weise als Pleuel für eine Brennkraftmaschine Verwendung findet. Diese Zug-Druck-Strebe weist gegenüber derjenigen von Fig. 1 geknickte Streben 5 bzw. 6 auf, die etwa in der Mitte zwischen den Achsen 13 bzw. 14 einen geringsten Abstand voneinander auf weisen und in diesem Bereich durch die Querstrebe 7 miteinander verbunden sind. Ansonsten laufen auch hier die Enden der Stre ben 5 und 6 tangential in die Augen 2 bzw. 3 ein. Die Symmetrie achse 4 verläuft längs durch die beiden Achsen 13 bzw. 14. In die Augen 2 bzw. 3 sind auch hier Lagerteile 8 eingespritzt, welche als Lageraußenringe von vorzugsweise Wälzlagern dienen, wobei im Auge 2 der Kolbenbolzen des Kolbens und im Auge 3 der Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert ist. Der Einspritzpunkt P ist hier am Auge 2 angeordnet, da gegen Ende des Einspritzvorganges durch den Rückstau in diesem Bereich eine besonders hohe Dichte erzielt werden kann, welche eine besonders hohe Festigkeit gewährleistet. Dies ist bei Verwendung des vorliegenden Bauteiles als Pleuel wünschenswert, da insbesondere bei Anwendung in schnell laufenden Zweitakt-Brennkraftmaschinen die höchsten Zugkräfte in den Quer schnittsbereichen auftreten, die senkrecht zur Symmetrieachse durch die Achse 13 festgelegt sind.

Fig. 3 zeigt den Längsschnitt III-III durch die Zug-Druck-Stre be 1 und Fig. 4 den Schnitt IV-IV gem. Fig. 2 durch die Quer strebe 7. In beiden Schnitten ist zu sehen, daß die Querstrebe 7 einen kleineren Querschnitt als die Streben 5 bzw. 6 aufweist. Weiter kann aus Fig. 3 entnommen werden, daß die Lagerteile 8 zur formschlüssigen Befestigung mit den Augen 2 bzw. 3 an ihrem Au ßenumfang mit einer umlaufenden Nut versehen sind, so daß - in Achsrichtung gesehen - die Lagerteile 8 in den äußeren Bereichen verstärkt ausgeführt sind.

Eine vergrößerte Darstellung des Schnittes durch das Auge 2 geht aus Fig. 5 hervor. Der Innendurchmesser des Lagerteiles 8 ist zy lindrisch und konzentrisch zur Achse 13 ausgeführt und dient der Aufnahme eines Wälzlagers zur Führung des Kolbenbolzens. Entspre chend ist natürlich auch der Innendurchmesser des Lagerteiles 8 zylindrisch und konzentrisch zur Achse 14 ausgebildet und dient ebenfalls zur Aufnahme eines Wälzlagers gegenüber dem Hubzapfen der Kurbelwelle.

Eine andere Ausführung zeigt Fig. 6, bei welcher das Lagerteil 9 in seinem Außenumfang so gestaltet ist, daß eine umlaufende Ver stärkungsrippe im mittleren Bereich um die Symmetrieachse 4 herum angeordnet ist, die beiden axial verlaufenden Endteile jedoch relativ dünnwandig ausgeführt sind. Eine solche Ausgestaltung kann vorteilhaft sein, wenn Kantenpressungen in der Lagerung ge genüber dem Kolbenbolzen zu den axialen Endbereichen hin abgebaut werden sollen.

Eine weitere Variante geht aus Fig. 7 hervor. Hier ist im Auge 2 ein Lagerteil 10 eingespritzt, welches eine kugelförmige Außen kontur mit einem Radius R, der vom Schnittpunkt zwischen der Sym metrieachse 4 und der Achse 13 ausgeht, aufweist. Bei einer sol chen Ausgestaltung ist es in besonderen Fällen möglich, nach dem Einspritzvorgang das Lagerteil 10 durch einen durchgesteckten Dorn mit seiner Achse 13 gegenüber der Symmetrieachse 4 auszu richten. Bei Verwendung des Bauteiles als reine Zug-Druck-Strebe ist es sogar möglich, die Beweglichkeit des Lagerteiles 10 gegen über dem Auge 2 auch im Betrieb aufrechtzuerhalten, wenn die Be triebsbedingungen dieses fordern bzw. erlauben. Weiterhin ist diesem Schnitt zu entnehmen, daß in Achsrichtung an das Auge 2 einteilig Verlängerungen 11 angespritzt sind, welche im vorlie genden Fall als Abstandshalter gegenüber der Innenwandung des Kolbens dienen. Diese Abstandshalter 11 sind durch Einschnitte 12 unterbrochen, welche Gasaustausch und Schmiermittelzufuhr ermög lichen.

Claims

1. Zug-Druck-Strebe aus faserverstärktem Kunststoff sowie Verfah ren zur Herstellung der Zug-Druck-Strebe im Spritzverfahren, welche zwei beabstandete, im wesentlichen kreisringförmige Au gen aufweist, die über einen Schaft miteinander verbunden sind und wobei eine durch die Mittelpunkte der Augen gelegte Linie eine Symmetrieachse darstellt, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schaft (5, 6, 7) als offenes Fach werk ausgebildet ist - mit zwei einander gegenüberliegenden Streben (5, 6), die jeweils etwa tangential von einem Auge (2) zum anderen (3) verlaufen -, und daß wenigstens eine Quer strebe (7) vorgesehen ist, die beide Streben (5, 6) miteinan der verbindet.

2. Zug-Druck-Strebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (5, 6) leicht geknickt ausgeführt sind, und zwar dergestalt, daß beide - jeweils vom Auge (2, 3) ausgehend - in Richtung auf die Mitte zwischen beiden Augen aufeinander zu laufen, vorzugsweise im Mittenbereich den geringsten Abstand voneinander aufweisen und dort über die Querstrebe (7) mitein ander verbunden sind.

3. Zug-Druck-Strebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Querstrebe (7) einen geringeren Querschnitt als die Streben (5, 6) aufweist.

4. Zug-Druck-Strebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß in die Augen (2, 3) Lagerteile (8, 9, 10) aus Metall eingesetzt sind.

5. Zug-Druck-Strebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lagerteile (8, 9, 10) über ihre axiale Er streckung im umgebenden Kunststoffmaterial eine unregelmäßige Materialstärke aufweisen.

6. Zug-Druck-Strebe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Materialquerschnitt in Richtung der Achse (13, 14) der Augen (2, 3) derart ausgeführt ist, daß in beiden axialen Endbereichen das Material (8) verstärkt ist.

7. Zug-Druck-Strebe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Materialquerschnitt in Richtung der Achse (12, 13) der Augen (2, 3) derart ausgeführt ist, daß im axial mittleren Bereich das Material (9) verstärkt ist.

8. Zug-Druck-Strebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur des Lagerteiles (10) kugelförmig ausgebildet ist.

9. Zug-Druck-Strebe nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß sie als Pleuel für eine Brennkraftmaschine aus gebildet ist und ein Lagerteil als Kolbenbolzenlager für den Kolben und das andere Lagerteil als Pleuellager für den Hub zapfen der Kurbelwelle dient.

10. Zug-Druck-Strebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das das Lagerteil (8, 9, 10) für den Kolbenbolzen tragende Auge (2) durch axiale Verlängerungen (11) verbreitert ausge führt ist, und zwar zur Abstandshaltung gegenüber dem Kolben.

11. Verfahren zur Herstellung einer Zug-Druck-Strebe nach den An sprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in eine zwei teilige, temperierte Form die beiden Lagerteile (8, 9, 10) eingelegt und fixiert werden, die beiden Teile der Form ge schlossen werden, der mit Kurzfasern versehene Kunststoff er hitzt und in die Form eingespritzt wird, wobei der Einspritz punkt (P) an einem der beiden Augen (2, 3) vorgesehen ist, und zwar in der Symmetrieachse (4), und das Werkstück (1) nach Erhärten ausgeformt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß insbe sondere bei Verwendung als Pleuel der Einspritzpunkt (P) an dem den Kolbenbolzen tragenden Auge (2) angeordnet ist.