DE69006340T2

DE69006340T2 - Pleuelstange aus Verbundwerkstoff.

Info

Publication number: DE69006340T2
Application number: DE69006340T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Maumus
Original assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1990-11-12
Publication date: 1994-08-18
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: EP0435706B1; CA2028797A1; JPH03172607A; JP2706175B2; US5154098A; EP0435706A1; FR2654483A1; CA2028797C; DE69006340D1; FR2654483B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange aus einem Verbundwerkstoff.
Aufgrund ihres Gewichtsgewinns, den sie liefern, ihres Verhaltens gegenüber mechanischen Kräften, ihrer Korrosionsfestigkeit, ihres nicht nachlassenden verbesserten Verhaltens gegenüber hohen Temperaturen und ihrer leichten Einsetzbarkeit, werden Verbundwerkstoffe immer häufiger verwendet. Insbesondere wurde ihre Verwendung für üblicherweise aus Metall bestehende Transmissionselemente vorgeschlagen oder sogar verwirklicht.
So wurde insbesondere in der DE-A-3 207 573 vorgeschlagen, Pleuelstangen aus Verbundwerkstoff, insbesondere vorgespannte Pleuelstangen zu verwenden, deren Fuß und Kopf durch eine Wicklung oder einen Gurt ständig vorgespannt sind, die sie verbinden, wobei der zentrale Körper der Pleuelstange die Druckkräfte aufnimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pleuelstange aus einem Verbundwerkstoff zu schaffen, die einen Aufbau hat, der an die Beanspruchungen angepaßt ist, der sie ausgesetzt ist, und die leicht montiert und demontiert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Bezüglich einer Pleuelstange, bei der der Kopf und der Fuß durch eine Wicklung vorgespannt sind, die sie miteinander verbindet, hat die Pleuelstange gemäß der Erfindung mehrere Vorteile.
So zerquetscht der zweite Gurt nicht den Fuß und den Kopf der Pleuelstange. Diese Vorspannung kann außerdem besser beherrscht werden, da die Elastizität des zentralen Körpers nicht berücksichtigt werden muß. Außerdem stellen sich die Probleme, die auf dem Dehnungsunterschied zwischen dem zentralen Körper und der Wicklung, die den Fuß der Pleuelstange mit dem Kopf der Pleuelstange verbindet, zurückgehen, nicht mehr.
Der zentrale Körper der Pleuelstange ist vorteilhafterweise hohl und hat eine Öffnung, die sich in Längsrichtung der Kolbenstange erstreckt und auf jeder Seite des zentralen Körpers mündet.
Die Gurte, die den zentralen Körper jeweils mit dem Fuß der Pleuelstange und der Abdeckung des Kopfes der Pleuelstange verbinden, können nun durch die Öffnung des zentralen Körpers an jedem Ende von diesem verlaufen, wobei sie sich auf den Böden der Öffnung abstützen.
Die Gurte sind zum Beispiel durch Wickeln eines Bandes gebildet, das selbst aus einem Verbundwerkstoff bestehen kann.
Die Vorspannung des zweiten Gurtes, der die Abdeckung des Pleuelstangenkopfes mit dem zentralen Körper verbindet, kann durch jede geeignete Einrichtung erfolgen, die eine leichte Montage und Demontage ermöglicht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispeilsweise erläutert, in denen:
- Figur 1 eine schematische perspektivische Darstellung und Schnittdarstellung einer Pleuelstange aus einem Verbundwerkstoff gemäß der Erfindung ist,
- Figur 2 eine Aufsicht und eine Schnittdarstellung der Pleuelstange der Figur 1 ist,
- Figur 2 eine Aufsicht und eine Schnittdarstellung der Pleuelstange der Figur 1 ist,
- Figur 3 eine Unteransicht der Pleuelstange der Figur 1 ist, und
- die Figuren 4 bis 7 Aufsichten und Schnittdarstellungen bzw. Halbschnittdarstellungen von Kolbenstangen gemäß der Erfindung mit unterschiedlichen Einrichtungen zum Vorspannen des den Kopf der Pleuelstange mit derem zentralen Körper verbindenden Gurtes sind.
Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Pleuelstange besteht aus einem zentralen Körper 10, einem Pleuelstangenfuß 20, der in einem Ende 12 des zentralen Körpers durch einen Gurt 28 verbunden ist, und einen Pleuelstangenkopf 30, der einen Halbkopf 40 aufweist, der am anderen Ende 14 des zentralen Körpers befestigt ist, sowie einer Abdeckung 42, die am zentralen Körper mittels eines vorgespannten Gurtes 50 befestigt ist.
Der zentrale Körper 10 hat eine hohle Form mit einer Längsöffnung 16, die sich zwischen den Enden 12 und 14 erstreckt und auf jeder Seite des Körpers 10 mündet.
Der zentrale Körper 10 ist aus einem Verbundwerkstoff hergestellt, der die Zug- und Druckkräfte aufnehmen kann, wie zum Beispiel einem Material das eine Verstärkungsstruktur hat, wie zum Beispiel aus Kohlenstoffasern, verstärkt durch eine Matrix aus Harz, zum Beispiel aus Epoxyharz, besteht.
Es können auch andere Verbundwerkstoffe verwendet, um den zentralen Körper herzustellen, insbesondere Materialien, deren Verstärkungsstruktur aus Fasern oder Geweben aus einem Material besteht, das aus Glas oder Hochmodul- Kohlenstoff oder Kohlenstoff mit hoher Festigkeit gewählt ist, und deren Matrix aus einem Material besteht, das aus PSP, Polyamiden, thermoplastischen Harzen usw. ausgewählt ist.
Die Pleuelstange 20 hat Flanken 22, die die Außenseiten des Pleuelstangenfusses bilden, wo dessen zentrale Bohrung 24 mündet, und die zwischen sich eine Nut 26 bilden. In seinem dem zentralen Körper 10 benachbarten Teil ist der Pleuelstangenfuß 20 dessen Ende 12 angepaßt, die Flanken 22 laufen auf jede Außenseite des zentralen Körpers, und die Nut 26 ist der Form des Endes 12 angepaßt.
Der Pleuelstangenfuß 20 besteht aus einem Verbundwerkstoff der gleichen Art wie derjenige, der den zentralen Körper 10 bildet.
Die Verbindung zwischen dem Pleuelstangefuß 20 und dem zentralen Körper 10 ist durch Kleben bewirkt, zum Beispiel eines Epoxy-, PSP- oder Polyamidklebstoffes, vervollständigt durch den Gurt 28.
Der Gurt 28 besteht aus einer Wicklung einer Hochmodul- Kohlenstoffaser, imprägniert mit Epoxyharz. Die Faser ist um den Pleuelstangenfuß 20 gewickelt, wobei sie in der Nut 26 verläuft und um das Ende 12 des zentralen Körpers, wobei sie in der Öffnung 16 verläuft die dem Ende des zentralen Körpers einen U-förmigen Querschnitt verleiht. Der Gurt 28 hat nicht nur die Funktion, die Verbindung zwischen dem Pleuelstangenfuß 20 und dem zentralen Körpers 10 herzustellen, sondern er trägt auch zur Versteifung des Pleuelstangenfusses 20 bei.
Wie der Fuß 20 hat auch der Pleuelstangenkopf 30 Flanken 32, die die Außenseiten des Pleuelstangenkopfes bilden, wo dessen zentrale Bohrung 34 mündet, und die zwischen sich eine Nut 36 bilden.
In seinem dem zentralen Körper 10 benachbarten Teil ist der Pleuelstangen-Halbkopf 40 auf deren Ende 14 aufgesetzt, die Flanken 32 laufen auf jede Außenseite des zentralen Körpers, und die Nut 36 ist der Form des Endes 14 angepaßt.
Die Abdeckung 42 ist mit dem Halbkopf 40 verbunden, wobei Positionierstifte 44 verwendet sind, die deren Verbindungsebene durchsetzen. Der Halbkopf 40 und die Abdeckung 42 bestehen aus einem Verbundwerkstoff der gleichen Art wie diejenige, die den zentralen Körper 10 bildet.
Die Verbindung zwischen dem Pleuelstangenkopf 30 und dem zentralen Körper 10 erfolgt durch Kleben des Halbkopfes am Ende 14, vervollständigt durch den Gurt 50.
Der Gurt 50 besteht aus einer Wicklung einer "Kevlar"- Faser. Die Faser wird gesondert gewickelt oder direkt um den Pleuelstangenkopf gewickelt, wobei sie in der Nut 36 verläuft, sowie um das Ende 14 des zentralen Körpers, wobei sie durch die Öffnung 16 verläuft, die dem Ende 14 einen U-förmigen Querschnitt verleiht.
Der Gurt 50 ist mittels einer Vorspannvorrichtung 52 vorgespannt. Diese besteht aus einem expandierbaren Kern, der am Ende des Pleuelstangenkopfes angeordnet ist. Während des Bewickelns läuft das Band, das den Gurt 50 bildet, um den Kern 52 und bildet eine Schlaufe 55. Wie Figur 3 zeigt, besteht der Kern aus zwei seitlichen Teilen 54, 56, zwischen denen ein zentrales Teil 58 in Form eines Keils angeordnet ist. Die Teile 54, 56 haben gegenüberliegende Flächen die geneigte Rampen bilden, die mit dem Keil 58 zusammenwirken, um die Vorspannung des Gurtes durch gegenseitige Beabstandung der Teile 54 und 56 zu ermöglichen, die eine kontrollierte Expansion des Kerns 52 bewirken.
Die Vorspannung des Gurtes 50 ermöglicht eine Übertragung des Zugkräfte auf den zentralen Körper 10 ohne Verformung des Pleuelstangenkopfes. Die Druckkräfte werden ebenfalls durch den zentralen Körper 10 verteilt. Die Demontage der Pleuelstange kann leicht dadurch verwirklicht werden, daß man die Spannung im Gurt 50 durch zurückziehen des Keils 58 aufhebt, sowie durch zurückziehen des Gurtes 50. Die Pleuelstange kann dann auch leicht wieder montiert werden.
Weitere Ausführungsformen der Vorspannvorrichtung des Gurtes 50 können in Betracht gezogen werden, wobei die Möglichkeit einer leichten Montage und Demontage der Pleuelstange beibehalten wird.
Die in den Figuren 4 bis 7 gezeigten Pleuelstangen unterscheiden sich von der in Figur 1 gezeigten im wesentlichen in der Ausführungsform des Gurtes 50 und deren Vorspannvorrichtung.
Im Falle der Figur 4 hat der Gurt 50 die Form einer Klemmschelle, die mit Endteilen 62, 64 versehen ist, die durch eine Schraube 66 miteinander verbunden sind. Eine Unterlegscheibe 68 ist am Ende der Abdeckung 42 angeordnet. Auf der der Abdeckung benachbarten Seite hat die Unterlegscheibe 68 eine Fläche, die der der Abdeckung 42 angepaßt ist. Auf der gegenüberliegenden Seiten hat die Unterlegscheibe 68 zwei Rampen, auf denen sich die Teile 62, 64 abstützen, um eine Vorspannung des Gurtes 50 durch Festziehen der Schraube 66 zu ermöglichen, wobei sich der Gurt 50 direkt auf dem Ende 14 des zentralen Körpers 10 abstützt, und durch die Öffnung 16 verläuft.
Figur 5 zeigt ebenfalls einen Gurt 50 in Form einer Klemmschelle, die mit Endteilen 72, 74 versehen ist. Die Teile 72, 74 haben Zahnungen 76, 78 aufweisende Flächen, die mit entsprechenden Zahnungen 82, 84 zusammenwirken, die auf den beiden gegenüberliegenden Seiten eines Teils 80 ausgebildet sind. Letzteres stützt sich mit seinem Unterteil auf der Außenseite der Abdeckung 42 ab, wobei die der Abdeckung des Teils 80 benachbarte Seite deren Form angepaßt ist, während die mit den Zahnungen 82, 84 versehenen Flächen ausgehend vom unteren Teil des Teils 80 gegeneinander geneigt sind. Wenn durch relatives Positionieren der Zahnungen der Teile 72, 74 und der des Teils 80 der Gurt 50 mit der gewünschten Vorspannung beauf schlagt ist, wird der Gurt 50 mittels einer Schraube 86 arretiert, die die Teile 72, 74 am Teil 80 blockiert.
Im Falle der Figuren 4 und 5 stützt sich der Gurt direkt auf dem Ende 14 des zentralen Körpers 10 ab, wobei er in der Öffnung 16 verläuft, und wobei die Verbindung zwischen den Enden des Gurtes am Ende der Pleuelstange durch Abstützen auf der Abdeckung erfolgt.
Umgekehrt kann der Gurt 50 derart angeordnet werden, daß er sich direkt auf der Abdeckung 42 abstützt, wobei die Verbindung zwischen den Enden des Gurtes in Höhe des Endes 14 des zentralen Körpers 10 erfolgt.
Figur 6 zeigt einen Gurt 50, der um die Abdeckung 42 verläuft und der mit Endteilen 92, 94 versehen ist, die durch eine Schraube 96 verbunden sind, die durch die Öffnung 16 verläuft. Eine Unterlegscheibe 98 ist innerhalb der Öffnung 16 angeordnet und stützt sich auf dem Ende 14 ab. Die Seite der Unterlegscheibe 98, die mit dem zentralen Körper in Berührung steht, ist deren Form am Boden der Öffnung 16 angepaßt, während die gegenüberliegende Seite der Unterlegscheibe 98 zwei Rampen hat, auf denen sich die Endteile 92, 94 abstützen. Eine Vorspannung des Gurtes 50 wird durch Festziehen der Schraube 96 erhalten, so daß die Teile 92, 94 auf den Rampen der Unterlegscheibe 98 gleiten.
Figur 7 zeigt schließlich einen Gurt 50, der um die Abdeckung 42 verläuft und der mit Endteilen 102, 104 versehen ist. Diese haben Zahnungen 106, die mit entsprechenden Zahnungen 108 zusammenwirken, die auf beiden Seiten eines Teils 110 ausgebildet sind. Letzteres stützt sich mit seinem unteren Teil auf dem Ende 14 des zentralen Körpers am Boden der Öffnung ab, während die mit den Zahnungen 108 versehenen Seiten ausgehend von dem unteren Teil gegeneinander geneigt sind. Wenn die Zahnungen 106 mit den Zahnungen 108 im Eingriff stehen, um den gewünschten Spannungsgrad im Gurt 50 zu erhalten, wird er mittels einer Schraube 115 arretiert, die eines der Endteile 102, 104 an dem Teil 110 blockiert.

Claims

1. Pleuelstange aus Verbundwerkstoff, bestehend aus:

- einem zentralen Körper (10), der aus einem Verbundwerkstoff hergestellt ist, der in der Lage ist, die Druckkräfte aufzunehmen,

- einem Pleuelstangenfuß (20) aus einem Verbundwerkstoff, der an einem ersten Ende des zentralen Körpers (10) befestigt und mit diesem durch einen Gurt (28) verbunden ist, der sich auf den Pleuelstangenfuß und den zentralen Körper (10) stützt,

- einem Pleuelstangenkopf (30) aus einem Verbundwerkstoff, der aus einem Halbkopf (40), der an einem zweiten Ende des zentralen Körpers (10) befestigt ist, und aus einer Abdeckung (42), die auf dem Halbkopf der Pleuelstange mittels eines Gurtes (50) aufgebracht ist, der sich auf die Abdeckung (42) und den zentralen Körper (10) stützt, gebildet und Vorspannungseinrichtungen des Gurtes (50) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- der zentrale Körper (10) aus einem Verbundwerkstoff besteht, der in der Lage ist, die Zug- und Druckkräfte aufzunehmen,

- der Pleuelstangenfuß (20) mit dem zentralen Körper (10) durch einen ersten Gurt (28) verbunden ist, der sich auf das erste Ende des zentralen Körpers (10) stützt,

- der Pleuelstangenkopf (30) mit dem zentralen Körper (10) durch einen zweiten Gurt (50) verbunden ist, der auf der Abdeckung (42) aufliegt und sich auf das zweite Ende des zentralen Körpers (10) stützt, und

- Einrichtungen zum Vorspannen des zweiten Gurtes (50) vorgesehen sind.

2. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Körper (10) hohl ist und eine Öffnung (16) aufweist, die sich in Längsrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Ende erstreckt und auf jeder Seite des zentralen Körpers mündet.

3. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gurt (28) durch Wickeln um den Pleuelstangenfuß (20) und das erste Ende (12) des 10 zentralen Körpers (10) hergestellt ist.

4. Pleuelstange nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gurt (28) um das erste Ende (12) des zentralen Körpers (10) gewickelt ist, durch dessen Öffnung (16) verläuft und sich auf den Boden der Öffnung auf der Seite des ersten Endes stützt.

5. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gurt (50) durch Wickeln um den Pleuelstangenkopf (30) und das zweite Ende (14) des zentralen Körpers (10) hergestellt ist.

6. Pleuelstange nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gurt (50) um das zweite Ende (14) des zentralen Körpers (10) gewickelt ist, durch dessen Öffnung (16) verläuft und sich auf den Boden der Öffnung auf der Seite des zweiten Endes stützt.

7. Pleuelstange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gurt (50) gewickelt ist und eine Schlaufe um einen expansiblen Kern (52) bildet, der dazu bestimmt ist, den zweiten Gurt vorzuspannen.

8. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gurt (50) mit zwei Endstücken versehen ist, die mit einer Spannungsvorrichtung verbunden sind, die dazu bestimmt ist, den zweiten Gurt vorzuspannen.

9. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund-Verbundwerkstoff des zentralen Körpers (10), des Pleuelstangenfußes (20) und des Pleuelstangenkopfes (30) aus einem Material besteht, das eine Verstärkungsstruktur hat, die aus Fasern besteht, die aus Kohlenstoff- und Glasfasern ausgewählt sind, und die durch eine Harzmatrix verdichtet ist.

10. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurte (28, 50), die den Pleuelstangenfuß und -kopf mit dem zentralen Körper verbinden, durch Wickeln einer Faser gebildet sind.