NL1010504C1 - Torsiestijf U-vormig veerelement van een vezelversterkt thermoplastisch composietmateriaal. - Google Patents

Description

Torsiestijf U-vormig veerelement van een vezelversterkt thermoplastisch composietmateriaal.

Inleiding 5 De uitvinding heeft betrekking op een veerelement dat een torsiestijve verbinding vormt tussen twee telescopische cilindrische assen die in langsrichting over elkaar kunnen schuiven. Voor diverse bekende toepassingen, zoals een telescopisch geveerde voorvork van een fiets of een geveerd neuswiel-onderstel van een vliegtuig, is het noodzakelijk dat een 10 zekere langsbeweging van de assen mogelijk is terwijl het verdraaiien van de assen ten opzichte van elkaar verhinderd wordt. Voor dit probleem zijn diverse oplossingen bekend waarbij mechanismen of geometriën deze verdraaiing onmogelijk maken. Nadeel van deze oplossingen zijn de hoge kosten, zowel van fabicage-kosten alsook de in-service kosten ten gevolge 15 van het noodzakelijk onderhoud. De gunstige verhouding tussen torsiestijfheid en buigstijfheid van de in de onderhavige uitvinding toegepaste composietmaterialen en het daar uit voortvloeiende ontbreken van bewegende delen en de goedkope mogelijkheden voor productie van de onderdelen zonder de noodzaak van nauwkeurige passingen en toleranties 20 vormen de voordelen van de onderhavige uitvinding. Tevens is deze oplossing lichtgewicht, zijn de toegepaste materialen zeer ongevoelig voor aantasting door vermoeiing, vocht en chemicaliën en is de veerkarakteristiek van de veer aan te passen aan de gestelde eisen.

1010504 2

Huidige oplossingen

Het eerste bekende type van huidige oplossingen voor torsie-overdracht tussen telescopisch bewegende assen bestaat uit de toepassing van een 5 zogenaamde “torsie-schaar”, zoals deze gebruikt wordt in landingsgestellen van vliegtuigen. Aan elk van de twee assen wordt via een scharnier met zijn scharnierlijn loodrecht op de middellijn van de as een buigstijve arm bevestigd. De beide armen worden aan het uiteinde scharnierend aan elkaar verbonden, een variant op deze oplossing is de toepassing van een 10 scharnierend opgehangen rondgebogen stalen bladveer (U-vorm) waarbij het middelste scharnierpunt weggelaten kan worden omdat de rotatie rond dit scharnier wordt verzorgt door uitbuiging van de bladveer.

De tweede bekende oplossing is het gebruik van één of meerdere spie-banen tussen de twee assen in de langsrichting van de assen. Deze spiebanen laten 15 langsbewegingen toe maar verhinderen rotaties van de assen ten opzichte van elkaar.

De derde bekende oplossing is het verhinderen van de rotatie door het ovaliseren van de dwarsdoorsnede van de assen.

De vierde oplossing is het dubbel uitvoeren van de assen, als deze parallel 20 opgesteld worden kan er slechts een langsbeweging kan plaatsvinden maar geen rotatie. Een voorbeeld van de laatste oplossing is vaak te vinden in voorvorken van motoren en ATB’s.

Het nadeel van veel huidige oplossing zijn de hoge fabricage- en 25 gebruikskosten. Niet-ronde delen zijn duur om te produceren. Scharnieren moeten nauwkeurig worden gemaakt om spelingsvrij te kunnen (blijven) functioneren. Het dubbel uitvoeren van telescopische assen is veelal onmogelijk, en spiebanen brengen complexe, nauwkeurige en dure bewerkingen met zich mee.

τι·'· · / 3

De onderhavige uitvinding

De onderhavige uitvinding is een torsiestijf buigslap U-vormig element van thermoplastisch vezelversterkt composiet materiaal dat met, maar ook zonder, 5 scharnierende verbindingen op de uiteinden torsie tussen twee of meerdere telescopische assen kan overdragen. Daarbij is langsbeweging van de assen onderling mogelijk en bij dergelijke langsbewegingen ontstaat een veerkracht in het veerelement gericht in de langsrichting van de assen. Deze kracht kan worden gebruikt om een massa af te veren. Het is mogelijk met de 10 eindaanslagen van het U-vormig veerelement de veerkarakteristiek te beïnvloeden.

Toepassing van de onderhavige uitvinding is ondermeer voorzien in de vering van wielophangingen van diverse wegvoertuigen zoals van fietsen, motoren, 15 scooters, auto’s, treinen, etc. Ook zijn er toepassingen in de machinebouw waarbij aandrijfassen een niet constante lengte hebben of waar trillingen en/of onnauwkeurigheden moeten worden opgevangen.

Een voorkeursuitvoering van het torsiestijf buigslap U-vormig veerelement is 20 weergegeven in figuur 1. Het betreft een torsiestijf buigslap veerelement van composietmateriaal dat wordt toegepast in de voorvork van een fiets. Deze uitvoering is lichtgewicht, onderhoudsvrij, relatief goedkoop door het ontbreken van dure nauwkeurige en slijtagegevoelige bewegende of draaiende onderdelen, compact en heeft door het gebruikte materiaal 25 (koolstofvezelversterkt thermoplast) een high-tech image.

4

Technische beschrijving

De uitvinding bestaat uit een torsiestijf buigslap U-vormig element (1) van thermoplastisch vezelversterkt composiet materiaal dat zonder, maar 5 eventueel ook met, scharnierende verbindingen op de uiteinden torsie tussen twee telescopische assen (2) kan overdragen. Door het elastisch verbuigen van de U-vormige bladveer (1) is langsbeweging van de assen onderling mogelijk en bij dergelijke langsbewegingen ontstaat een veerkracht in het veerelement gericht in de langsrichting van de assen (2). Deze kracht kan 10 bijvoorbeeld gebruikt worden om een massa af te veren. Het is mogelijk met de vorm van de eindaanslagen (3) van het U-vormig veerelement (1) de veerkarakteristiek te beïnvloeden. Bij indrukking zal het veerelement (1) hiertegen aanliggen waarbij het contactpunt zich gaat gedragen als een inklemming. De effectieve veerlengte verkleint hierdoor en het veerelement 15 (1) zal zich stijver gedragen. Met de kromming van deze eindaanslag (3) kan het veergedrag ‘getuned’ worden.

Het torsiestijve buigslappe U-vormige veerelement (1) is gemaakt van composietmateriaal, een combinatie van een belastingdragende vezels (zoals 20 koolstof, aramide of glas) die zijn ingebed in een ondersteunend thermoplastisch matrix-materiaal (zoals PP, PE, PA, PET, PEI, etc ....).

De oriëntatie van de vezels is dusdanig gekozen dat de afschuifstijfheid hoog is ten opzichte van de buigstijfheid. De grootste verhouding afschuifstijfheid : 25 buigstijfheid wordt bereikt bij een materiaal met vezels onder hoeken van +45° en -45° (figuur 2), deze materiaalopbouw is toegepast in voorkeursuitvoering 1. Indien een specifieke toepassing het noodzakelijk maakt kan door toevoegen van lagen in de Oprichting de buigstijfheid worden vergroot.

Een bijkomend voordeel van de toepassing van composietmateriaal is de 30 grote weerstand ten opzicht van metalen tegen bezwijken door vermoeiing. Ook het lage soortelijk gewicht, het lineair elastisch materiaal gedrag tot breuk (met name thermoplastische composieten hebben een hoge breukrek) en de grote ongevoeligheid voor invloeden van vocht en chemicaliën zijn gunstig.

1010504

Claims (2)

1: Een buigslap torsiestijf U-vormig veerelement van vezelversterkt thermoplastisch composietmateriaal waarvan het materiaal een relatief grote 5 verhouding heeft tussen afschuifstijfheid en buigstijfheid. Met het kenmerk dat dit element toepasbaar is als een torsiestijve verbinding tussen twee telescopische assen. Deze assen worden dan in langsrichting verend ten opzicht van elkaar verbonden. Tevens heeft onderhavige uitvinding het kenmerk dat met de eindaanslagen van dit element de veerkarakteristiek van io het U-vormig veerelement getuned kan worden.

2: Voorkeursuitvoering volgens conclusie 1 in de voorvork van een (motor)fiets met het kenmerk dat de veerkarakteristiek ‘getuned’ is door de contour van de in de bevestigingsblokken geïntegreerde eindaanslagen en 15 waarbij geen scharnierende verbindingen in het veerelement zelf gebruikt worden. f