DE8320488U1

DE8320488U1 - CONNECTING RODS FROM FIBER REINFORCED MATERIAL

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Publication number: DE8320488U1
Application number: DE19838320488
Authority: DE
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1983-07-15
Filing date: 1983-07-15
Publication date: 1985-03-14

Description

M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Akti engesei 1 scha ft
g ü/ s dMAN MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Akti engesei 1 scha ft
g ü / sd

Munich, December 13, 1984 Connecting rod made of fiber-reinforced material The invention relates to a pleual or ram

faserverstärktem Werkstoff, bei dem mit Matrixmaterial imprägnierte Endlosfasern schlaufenartig um mindestens ein Pleuelauge liegen.fiber-reinforced material, in which with matrix material impregnated continuous fibers loop-like around at least a connecting rod.

^Bei bisherigen Pleueln oder Stößeln dieser Art werden die Fasern tangential um beide Kerne, die die Pleuelaugen aussparen, herumgelegt, so daß die Fasern im Schaftteil alle parallel zueinander zu liegen kommen. Der Wickelkörper wird dann in eine Preßform eingelegt, durch Pressen verdichtet und ausgehäretet. Bei einer derartigen Ausführung liegen die Fasern weitgehend in Kraftflußrichtung, wenn der Körper auf Zugkräfte belastet wird. ^In previous connecting rods or tappets of this type, the fibers are tangentially laid around both cores which spare the connecting rod eyes, so that the fibers in the shaft part all come to lie parallel to one another. The wound body is then placed in a mold, compressed and cured by pressing. In such an embodiment, the fibers lie largely in the direction of force flow when the body is subjected to tensile forces.

Um eine derartige Strebe auch auf Druck belasten zu können, ist es aus der DE-OS 30 04 575 bekannt, den Wickelkörper in der Preßform gleichzeitig in die Form einer Pleuelstange zu pressen und anschließend in eine Aluminiumform einzulegen, mit dem der FaserkörperIn order to be able to load such a strut under pressure, it is known from DE-OS 30 04 575, the To press the winding body in the mold at the same time in the shape of a connecting rod and then in a Insert aluminum mold with which the fiber body

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mittels eines Kunstharzklebers kraftschlüssig verbunden |' wird. Auf diese Weise ist der Bereich zwischen den Längsfasern zur Aufnahme von Druckkräften durch einen Teil der Aluminiumform ausgefüllt. Bei dieser bekannten Pleuelstange sind die Fasern im Schaftteil im Preßvorgang in Richtung der Längsachse des Pleuels verschoben, um den Querschnitt des Schaftes zu reduzieren. Hierbei verlaufen die Fasern im Übergangsbereich vom Pleuelauge in den Schaft S-förmig, was den Nachteil hat, daß die Fasern ihre Stützkraft für die Krafteinleitung stark einbüßen.non-positively connected by means of a synthetic resin adhesive | ' will. In this way, the area between the longitudinal fibers is able to absorb compressive forces through a Part of the aluminum form filled. With this well-known Connecting rod, the fibers in the shaft part are shifted in the direction of the longitudinal axis of the connecting rod during the pressing process Reduce cross-section of the shaft. The fibers run in the transition area from the connecting rod eye to the Shank S-shaped, which has the disadvantage that the fibers lose their supporting force for the introduction of force.

Es ist ferner aus der US-PS 3,362,253 bekannt, einen, wie in der vorhergehenden beschriebenen Ausführung, hergestellten Faserkörper anstelle in eine Metallform einzulegen, den Schaftbereich mit Umfangswicklungen zu umwickeln, die die beiden parallelen Faserstränge im Mittelbereich des Pleuels miteinander verbinden. Hierdurch wird die Schwachstelle gemäß der vorhergehenden bekannten Ausführung vermieden, indem die Fasern von der tangentialen Richtung um das Pleuelauge gradlinig abheben. Diese Schwachstelle ist jedoch bei der Ausführung gemäß der US-PS lediglich mehr in Richtung des Schaftbereiches verschoben, und zwar an der Stelle, an der die paral1 el 1iegenden Fasern in zwei Bündel aufweiten, um über das Pleuelauge geführt zu werden.It is also known from US-PS 3,362,253, a, as in the embodiment described above Instead of placing the fiber body in a metal mold, close the shaft area with circumferential windings wrap around that connect the two parallel fiber strands in the middle area of the connecting rod. Through this becomes the vulnerability according to the previous one known design avoided by directing the fibers from the tangential direction around the connecting rod eye lift up. However, this vulnerability is in execution according to the US-PS only shifted more in the direction of the shaft area, namely at the point which widen the parallel fibers into two bundles, to be guided over the connecting rod eye.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pleuel oder Stößel der eingangs genannten Art zu entwickeln, die eine hohe Zug- und Druckfestigkeit unter fertigungstechnisch geringem Aufwand haben.The invention is based on the object of developing a connecting rod or tappet of the type mentioned above, which have a high tensile and compressive strength under manufacturing technology have little effort.

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-δ-Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.-δ-The task is characterized by that in claim 1 Features solved.

Durch die diagonale Lage der Fasern kreuzen diese sich im Mittelbereich des Schaftes derart, daß hier automatisch eine Einschnürung erfolgt. Es ist daher kein nachträgliches Zusammenfassen der Fasern notwendig, was den weiteren Vorteil hat, daß die Fasern in ihrer straffen Wickellage, die annähernd den optimalen Verlauf, nämlich in Kraftflußrichtung einnehmen, beibehalten. Damit werden gleichzeitig Knicke und anderen Schwachstellen vermieden. Die Kreuzlage im Schaftbereich trägt außerdem zu einer Erhöhung der Querfestigkeit und der Druckfestigkeit bei, indem die Stützlänge durch den KreuzbereichDue to the diagonal position of the fibers, they cross each other in the central area of the shaft in such a way that here automatically a constriction occurs. It is therefore not necessary to combine the fibers afterwards, what has the further advantage that the fibers in their tight winding position, which approximately have the optimal course, namely take in the direction of force flow, maintained. In order to kinks and other weak points are avoided at the same time. The cross layer in the shaft area is also beneficial to an increase in transverse strength and compressive strength at by adding the support length through the cross area

¹^ halbiert ist. ¹ ^ is halved.

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Krafteinleitung und Stützung der Pleuelaugen, werden diese gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zuerst mit mindestens einer Umfangswicklungslage durch Umwickeln des entsprechenden Kernes versehen.To achieve an even introduction of force and Support of the connecting rod eyes, according to a further embodiment of the invention, they are first with at least a circumferential wrapping layer by wrapping the corresponding core provided.

Bei insbesondere Druckbelastungen besteht im allgemeinen die Gefahr, daß die Fasern im Übergangsbereich vom Pleuel r ²⁵ auge zum Schaft und im Schaftbereich sich del aminieren. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung wird dem jedoch durch die sich kreuzenden Fasern weitgehend entgegengewirkt. Ein weiterer Beitrag zur Verhinderung der Auseinandertrennung von Fasern kann durch Quervncklungen im ^&0 Schaftbereich erreicht werden. Durch die starke Einschnürung aufgrund der Diagonallage der Faserstränge lassen sich ohne weiteres Querwicklungen anbringen, ohne den zulässigen Querschnitt zu übersteigen.In particular, pressure loads there is a risk, in general, that the fibers in the transition region from the connecting rod eye to the shaft ²⁵ r and aminate del in the shank region. In the embodiment according to the invention, however, this is largely counteracted by the intersecting fibers. Another contribution to the prevention of separation apart of fibers can be achieved by ⁰ shaft area Quervncklungen in ^&. Due to the strong constriction due to the diagonal position of the fiber strands, transverse windings can easily be applied without exceeding the permissible cross section.

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Die Druck- und Schubfestigkeit sowie eine Beulstützung läßt sich durch Ausfüllen der Hohlräume des Wickelkörpers mit Kurzfaser-Preßmasse und entsprechendem Ausformen an die Belastungsanforderungen anpassen. Hierzu werden vorzugsweise die Hohlräume in der Preßform nach dem Einlegen des Wi ekel körpers mit der Kurzfaser-Preßmasse ausgefüllt.The compressive and shear strength as well as a dent support can be done by filling the cavities of the winding body with short fiber molding compound and corresponding molding adapt to the load requirements. For this are preferably the cavities in the mold after inserting the Wi ekel body with the short fiber molding compound filled out.

Vorzugsweise wird für die Matrix der Kurzfaser-Preßmasse und die Faserimprägnierung ein Material aus einem gleichen System verwendet, um Spannungen etwa durch s- Wärmedehnungen zu vermeiden. Geeignete Materi a I systemePreferably, a material is used from a same system for the matrix of the short fiber-molding compound and the fiber impregnation, to voltages by about s- To avoid thermal expansion. Suitable material systems

sind Epoxide, Polyimide oder Formaldehyde oder auch Metal 1egi erungen.are epoxides, polyimides or formaldehyde or metal 1egi editions.

Das erfindungemäße Verfahren eignet sich auch zur Herstellung von geteilten Pleueln. Hierbei wird die Faser jeweils vom Pleuelauge abwechselnd zu je einem Befestigungsbolzen geführt, um den Bolzen herumgelegt undThe method according to the invention is also suitable for production of split connecting rods. Here, the fiber from the connecting rod alternately becomes a fastening bolt guided, wrapped around the bolt and

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wieder zurück zum Pleuelauge.back to the connecting rod eye.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher er-The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing.

1äutert.
f 251äutert.
f 25

In Fig. 1 ist eine Halterung 10 mit zwei Dornen bzw. Kernen 11 und 12 zum Herstellen eines Pleuels mit zwei ungeteilten Pleuelaugen gezeigt. Zunächst wird einIn Fig. 1, a holder 10 with two thorns or Cores 11 and 12 for producing a connecting rod with two undivided connecting rod eyes are shown. First of all, a

Wickelkörper hergestellt, indem eine in einer Matrix-30 Windings made by placing one in a matrix-30

masse imprägnierte, endlose Faser 13, beispielsweise aus Kohlenstoff, in Umfangsrichtung um den ersten Kern 11 in einer oder mehreren Lagen (in der Zeichnung sind zwei Lagen gezeigt) gewickelt und dann diagonal über die Halterung 10 zum zweiten Dorn geführt wird. Nach entsprechenden Umfangswicklungen um den zweiten Kern 12 wird diemass impregnated, endless fiber 13, for example from Carbon, circumferentially around the first core 11 wrapped in one or more layers (two layers are shown in the drawing) and then diagonally across the bracket 10 is guided to the second mandrel. According to appropriate Circumferential windings around the second core 12 is the

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Faser, wie in der Draufsicht nach Fig. 2 näher gezeigt, von dem Kern 12 diagonal zum ersten Kern 11 geführt, um diesen gelegt und wieder diagonal zurück zum Kern 12 gelegt, usw., derart, daß die Faser 13 jeweils eine Acht beschreibt. Im Kreuzpunkt 14 liegen die Fasern der einen Diagnonalen und der anderen Diagonalen abwechselnd übereinander. Beim Ablegen der Faser 13 in der Kreuzlage wird von unten, d.h., von der Halterung 10 beginnend, nach oben gewickelt. Bei Bedarf wird im Schaftbereich 15 eine Verstärkung durch Umfangswicklungen 16 vorgesehen.Fiber, as shown in more detail in the plan view of FIG. 2, guided from the core 12 diagonally to the first core 11, placed around this and back again diagonally placed to the core 12, etc., in such a way that the fiber 13 describes an eight in each case. Lie at intersection 14 the fibers of one diagnostic and the other diagonal alternate on top of each other. When you drop the Fiber 13 in the cross ply is wound from below, i.e. starting from the holder 10, upwards. at Reinforcement is required in the shaft area 15 Circumferential windings 16 are provided.

^v Der gemäß dem vorherbeschriebenen Verfahren hergestellt! ^v The manufactured according to the previously described process!

Wickelkörper 13, 16 wird dann samt der Halterung 10, 11 12 in eine Preßform 20 gelegt, die die Form des herzustellenden Pleuels oder Stößels aufweist. Vor dem Preßvorgang werden die Hohlräume 21 zwischen den Fasersträngen 22 sowie die Hohlräume 23 und 24 zwischen demThe winding body 13, 16 together with the holder 10, 11 12 placed in a mold 20 which has the shape of the connecting rod or tappet to be produced. Before the pressing process the cavities 21 between the fiber strands 22 and the cavities 23 and 24 between the

Wickelkörper 13 und der Form 20 mit einer Kurzfaser-20 Winding body 13 and the form 20 with a short fiber 20

Matrix mix filled in.

Bei diesem Verfahren behalten die Fasern 13 nach dem Preß- und Aushärte Vorgang ihre ursprüngliche Lage, bei der sie von der Krümmung im P1euelaugenbereich 25, 26 (^ allmählich in eine Gerade im Schaftbereich 15 übergeht. In this process, the fibers 13 retain their original position after the pressing and curing process, in which they are affected by the curvature in the pearly eye area 25, 26 (^ gradually merges into a straight line in the shaft area 15.

In Fig. 3, a split connecting rod is shown, whose

eine Ende aus zwei Hälften 30 und 31 besteht, wobei das 30one end consists of two halves 30 and 31, the 30th

eine Teil 30 mit dem Schaft 15' und dem Pleuelauge 26' ein faserverstärktes Verbundbauteil bildet. Zur Herstellung dieses Bauteiles wird die Faser 13' tangential um das Pleuelauge 26', diagonal über den Schaftteil 15' zu einem ersten Bolzen 32 und um diesen gelegt. Danacha part 30 with the shaft 15 'and the connecting rod eye 26' forms a fiber-reinforced composite component. For the production of this component, the fiber 13 'is tangential to the connecting rod eye 26', diagonally over the shaft part 15 ' to a first bolt 32 and placed around this. Thereafter

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-δι wird die Faser 13' in umgekehrter Richtung geführt, um das Auge 26' gelegt und in gleicher Weise um einen zweiten Bolzen 33 gelegt, usw. abwechselnd von einem Bolzen über das Pleuelauge zum anderen Bolzen. Um ein Abrutschen der Fasern 13' von den Bolzen 32, 33 zu verhindern, haben diese an ihrem freien Ende je ein Formstück 34, 35, das jeweils das Gewinde für den jeweiligen Bolzen 32, 33 enthält.-δι the fiber 13 'is guided in the opposite direction to the eye 26 'placed and placed in the same way around a second bolt 33, etc. alternating from one bolt over the connecting rod eye to the other bolt. To prevent the fibers 13 'from slipping off the bolts 32, 33 to prevent, they each have a fitting 34, 35 at their free end, each of the thread for the respective bolts 32, 33 contains.

Eine zusätzliche Erhöhung der Querfestigkeit geteilter Pleuel ist durch das Umwickeln der Bolzen 33 und 34 durch Fasern 36 mit direkter Umschlingung der Bolzen C 33 und 34 möglich (Fig. 4).An additional increase in the transverse strength of the divided The connecting rod is by wrapping the bolts 33 and 34 with fibers 36 with a direct wrap around the bolts C 33 and 34 possible (Fig. 4).

Mit dem oben beschriebenen Verfahren können allgemeine Zug- und/oder Druckstreben mit Halterungsösen hergestellt werden. Wird eine derartige Strebe nur auf Zug belastet, so ist ein Ausfüllen der Hohlräume 21, bzw. 21' sowie die Umfangswicklungen 17 zum Schließen des Augenbereiches 26 nicht erforderlich. Auch weitere Fül1 maßnahmen sind nicht erforderlich, da aufgrund der Orientierung der Fasern 13, 13' ein Auffächern der Faserstränge 22 bzw. 22' nicht erfolgen kann.Using the procedure described above, general Tension and / or compression struts can be made with mounting eyelets. Will such a strut only on Train loaded, so a filling of the cavities 21, or 21 'and the circumferential windings 17 to close of the eye area 26 is not required. Also others Fül1 measures are not required because of the Orientation of the fibers 13, 13 'a fanning out of the Fiber strands 22 or 22 'can not be done.

, 25 , 25

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Claims

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_cc Protection claims

1 · Connecting rod or tappet made of fiber-reinforced

Material in which impregnated with matrix material Continuous fibers around them like loops at least one connecting rod eye, characterized in that the fibers (13) at

Transition from the connecting rod eye (26) to the other

The connecting rod end (25) run diagonally.

2. Connecting rod according to claim 1, characterized in that the fibers (13) at least partially around the connecting rod eye (26) in circumferential

run direction.

3. Connecting rod according to claim 1 or 2, characterized in that daP in the central region (15) between the connecting rod ends (25, 26) on the

Diagonal fiber strands (22) Cross windings (16) are provided.

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4. Connecting rod according to one of the preceding claims, characterized in that in the cavities (21, 23, 24) between the fiber strands a short fiber molding compound is provided.

b. Connecting rod according to Claim 3, characterized in that the matrix of the short-fiber molding compound and those of the fiber impregnation are made from materials of the same system.

6. Connecting rod according to claim 4, characterized in that synthetic resins or as matrix systems metallic materials are used. 15th

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