NL7906382A - Draaimoment-overbrengorgaan. - Google Patents

Description

N/29.227-dV/f. \

Kelsey-Hayes Company, Romulus, Michigan , Verenigde Staten van Amerika.

Draaimoment - overbrengorgaan.

De uitvinding heeft betrekking op een draaimo-ment-overbrengorgaan, in het bijzonder een automobiel-stuurwiel, voorzien van een naaf voor de bevestiging op een as en een rand, die door ten minste ëên arm met de naaf is 5 verbonden, waarmee zowel het draaimoment tussen de rand en de naaf kan worden overgedragen, als een stootbelasting van de rand kan worden geabsorbeerd door een energie-absorberen-de vervorming van de arm of armen.

Het stuurwiel van een automobiel bestaat ge-10 woonlijk uit een rand, die door middel van een, twee of drie armen met de naaf is verbonden. In het algemeen sluit de rotatieas van het stuurwiel een hoek in met de horizontaal, zodat het zich aan de onderzijde bevindende gedeelte van de rand het meest achterwaarts gelegen gedeelte is. Bij een 15 botsing kan de bestuurder van het voertuig tegen het stuurwiel worden geworpen, waarbij de kracht, die hierbij op het lichaam van de bestuurder wordt uitgeoefend, groter zal zijn naarmate het stuurwiel stijver is. Het is derhalve gewenst, dat het stuurwiel of de as, waarop het stuurwiel 20 is gemonteerd, de botsingsenergie absorbeert, waardoor de bestuurder minder letsel zal oplopen.

De uitvinding beoogt een stuurwiel te verschaffen, dat behalve het overbrengen van de normale draaimoment-belasting herhaaldelijk een stootbelasting van het beschre-25 ven type zonder terugslag kan absorberen.

De uitvinding beoogt voorts een orgaan van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waarbij de energie door de arm of armen tussen de naaf en de rand wordt geabsorbeerd.

30 Voorts beoogt de uitvinding een orgaan van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waarbij de rand i 7906382 * 2 de stootbelasting aan ëén of meer van de overige armen overdraagt/ nadat één van de armen niet meer effectief werkt.

Volgens de uitvinding heeft het draaimoment-5 overbrengorgaan het kenmerk, dat de arm(en) is (zijn) gevormd uit althans nagenoeg parallel vanaf de rand naar de naaf verlopende vezels, die in de naaf en de rand zijn verankerd en die door middel van een verhard bindmiddel met elkaar zijn verbonden.

10 De uitvinding wordt hierna nader toege licht aan de hand van de tekening, waarin enige uitvoe-ringsvoorbeelden zijn weergegeven.

Fig. 1 is een perspectivisch aanzicht van een uitgehard, samengesteld stuurwiel volgens de uitvin-15 ding; fig. 2 is een doorsnede door de naaf en de tegenoverliggende armen van het stuurwiel volgens fig.

1; fig. 3 is een bovenaanzicht van een uit 20 segmenten bestaande matrijs, waarop vezels kunnen worden gewikkeld ter vervaardiging van het stuurwiel volgens de fig. 1 en 2; fig. 4 is een vertikalé doorsnede volgens het vlak IV-IV uit fig. 3; 25 de fig. 5a,' 5b en 5c geven schematisch verschillende patronen weer, volgens welke een streng in de matrijs kan worden gewikkeld ter vervaardiging van de wapening; fig. 6 geeft schematisch een methode weer, 30 waarop een streng met bindmiddel kan worden geïmpregneerd en de geïmpregneerde streng in de matrijs kan worden gewikkeld, en de fig. 7a, '7b en 7c geven schematisch een werkwijze weer, waarbij een voorvorm wordt vervaardigd 35 door vezels in een eerste matrijs te wikkelen, waar- 7906382 3 ψ na de voorvorm naar een tweede matrijs wordt overgebracht, waarin de voorvorm met hars wordt geïmpregneerd onder toepassing van druk en vacuüm, terwijl de matrijs wordt verhit voor het verharden van de hars, 5 Hoewel de uitvinding op verschillende ter reinen kan worden toegepast, wordt hierna als uitvoerings-yoorbeeld een stuurwiel voor een voertuig met aandrijfmotor beschreven.

Volgens de uitvinding wordt een stuurwiel 10 verkregen, dat bij een overbelasting uiteen zal scheuren door het in de langsrichting van een arm voortplanten van een scheur, zonder dat de boven- en ondervlakken (vezels1 van de arm breken, De scheuring begint bij voorkeur nabij het centrale gedeelte van de arm, waardoor in feite twee 15 armen met de halve dikte worden verkregen, die flexibeler zijn en in sterkere mate meegevend zijn. Dit wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat de armen uit een groot aantal parallel verlopende vezels met grote sterkte zijn vervaardigd, welke met het éne uiteinde aan de rand en met 20 het andere uiteinde aan de naaf zijn verankerd. De vezels worden parallel gehouden door middel van een verhard bindmiddel met een vooraf bepaalbare afschuifweerstand, waardoor een gecontroleerde verschuiving tussen de vezellagen mogelijk is, wanneer de rand een stootbelasting ondergaat of 25 op andere wijze overbelast wordt. De vezel/harssamenstel-ling van de armen, welke een grote sterkte bezit en aan beide uiteinden is verankerd, handhaaft de verbinding tussen de rand en de naaf, waardoor de belasting door de rand successievelijk naar de overige armen wordt overgedragen.

30 Geschikte vezels zijn organische, anorgani sche of metaalvezels. Als organische vezels kunnen polyester, nylon, aramid, polypropeen, katoen, acrylen, enz. worden genoemd. Als anorganische vezels kunnen grafiet, borium, glas enz. worden genoemd, terwijl de metaalvezels 35 uit aluminium, staal, enz. kunnen bestaan. Ook kunnen mengsels van dé bovengenoemde vezels worden toegepast bij de 7906382 4 samengestelde stuurwielconstructie. Aangezien in de handel verkrijgbare glasvezel-strengen goed verkrijgbaar en relatief goedkoop zijn, worden deze bij voorkeur als versterking toegepast.

5 Geschikte bindmiddelen kunnen eveneens organisch of anorganisch zijn. Geschikte organische bindmiddelen omvatten polyesterhars, epoxyhars, aldehyde-condensaathars, polyamidehars, enz. met of zonder inerte vulmiddelen. Geschikte anorganische bindmiddelen omvatten 10 mag-oxy-cement. Het te gebruiken bindmiddel wordt bij voorkeur zodanig samengesteld., dat een gewenste verbinding tussen de vezels en een gewenste afschuifweerstand voor de arm wordt verkregen.

De verankering van de in langsriehting van 15 de arm verlopende vezels in de rand en de naaf kan op verschillende manieren worden bereikt, waarbij bij voorkeur de vezelstrengen zich zonder onderbreking over een aanmerkelijk gedeelte van de rand en de naaf uitstrekken.

In de fig. 1 en 2 is een typisch frame of 20 wapening weergegeven, terwijl in de fig. 3-6 een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijk frame of wapening is aangeduid. Volgens fig. 6 zijn een reeks klossen 11 met vezelachtig verwerkingsmateriaal aangebracht, zoals doorlopende glasvezels 12. De vezels worden via een schei-25 dingsorgaan 13 in een impregneertank 14 geleid, waarin zich een geschikte hars 15 bevindt, zoals polyester, vinyl-ester, epoxy enz. Hierdoor worden de vezels 12 met hars geïmpregneerd. Vervolgens worden de vezels door een toe -voeroog 16 gevoerd en in of op een matrijs 17 langs de 30 omtrek 18 en kanalen 19 aangebracht. Door de matrijs 17 alleen of tezamen met het toevoeroog 16 te roteren, wordt _ een vezellaag met een gewenste dikte verkregen. Het aan-brengpatroon kan naar wens worden gevarieerd, om een gewenste baan voor de vezels en een gewenste volumeverhou-35 ding van de naaf, armen of rand te verkrijgen.

In de fig. 5a en 5c zijn wikkelpatronen 7905382 5 afgebeeld, waarmede een stuurwiel met twee spaken wordt verkregen, terwijl in fig. 5b een wikkelpatroon is weergegeven voor het verkrijgen van een stuurwiel met één spaak.

In de fig. 3 en 4 is een matrijs 21 weer-5 gegeven, welke uit gescheiden blokken 22 en 23 bestaat, waarbij het blok 23 uit een aantal losschroefbare segmenten 24 is opgebouwd. De matrijs 21 is op een as 25 gemonteerd, waarvan het éne uiteinde door een metalen of kunststofnaaf 26 steekt en hierin is bevestigd door middel van een bout 10 27. Het andere uiteinde van de as 25 is door schroeven of een spieverbinding met een as 28 van een wikkelmachine verbonden, zodanig, dat het blok 22 tegen een asschouder 29 rust. Op deze wijze kan de lengte van de as 25 worden gevarieerd, waardoor de hoek van de armen ten opzichte van 15 de naaf 26 of de diepte van het stuurwiel kan worden gewijzigd. De matrijs 21 bepaalt een omtrekskanaal 30, terwijl het blok 22 een aantal hellende kanalen 32, 33 en 34 bepaalt. Uiteraard kan het kanaal of de holte voor het vormen van de rand zich op enige afstand van de omtrek in 20 het oppervlak van het blok 22 bevinden. Voorts kan het kanaal voor het vormen van de rand veelhoekig zijn, om de vezels bij de hoeken vast te houden bij het begin van het aanbrengen van de vezels. Hierdoor kunnen de vezels strakker in het kanaal worden gewikkeld, waardoor een voor-25 spanningseffect wordt bereikt.

Tijdens de fabricage worden doorlopende vezels, zoals glasvezels, vezels uit grafiet, aramid, enz., vanaf de klossen 11 door de impregneertank 14 geleid en zonder onderbreking in het omtrekskanaal 30 en de 30 kanalen 32, 33 en 34 opgewikkeld. De vezels worden tevens rond de naaf 26 gewikkeld, zodat deze door de windingen in het samengestelde stuurwiel wordt opgenomen.

De vezels kunnen worden toegevoerd door het toevoeroog 16 te bewegen, terwijl de matrijs 21 niet 35 wordt bewogen, terwijl als alternatief de matrijs 2.1 kan worden geroteerd, waarbij de arm van het toevoeroog stil 7906382 6 wordt gehouden. Dit laatste is van voordeel-, wanneer vezels aan het omtrekskanaal 30 worden toegevoerd.

Wanneer de gewenste hoeveelheid vezelmateriaal is toegevoerd, wordt de matrijs 21 van de as 28 afgenomen, 5 door de as 25, waarop de matrijs 21 is bevestigd, van de as 28 af te trekken of los te schroeven. De matrijs kan vervolgens in een oven worden geplaatst en aan warmte en druk worden blootgesteld om een uitgehard hars/vezel-stuurwiel-samenstel te verkrijgen. Na de behandeling voor het uit-10 harden worden de losneembare segmenten 24 en de bout 27 los geschroefd en het uitgeharde stuurwiel 35 met de naaf 26 uit de matrijs 21 verwijderd.

In de fig. 7a, 7b en 7c is een andere werkwijze weergegeven voor het uit gewikkelde vezels vervaar-15 digen van een stuurwiel. De vezels worden aangebracht in een matrijs 40, waarin zich geen hars bevindt, waarbij de vezels door een zwak bindmiddel bijéén worden gehouden, dat verenigbaar met of oplosbaar is in een geschikte ma-trixhars. Hierdoor wordt een voorvorm 41 volgens fig. 7b 20 verkregen, welke volgens fig. 7c in een tweede matrijs wordt geplaatst. Hierin wordt de matrixhars aangebracht onder toepassing van vacuüm, druk of een combinatie hiervan, waardoor de voorvorm 41 wordt geïmpregneerd. De matrijs met de met hars geïmpregneerde voorvorm wordt ver-25 volgens aan een hardings-behandeling onderworpen.

In fig. 1 is een uitgehard stuurwiel 35 weergegeven, bestaande uit een rand 36, hiermede één geheel vormende spaken 37, een naafsteun 38 en een metalen naaf 39, die door wikkelen in de naafsteun 38 is opgeno-30 men. Dit geheel kan als stuurwiel worden benut, zonder dat enige verdere bewerking van betekenis plaatsvindt, of kan als primaire, belasting-opnemende wapening dienst doen, welke vervolgens wordt bekleed met een materiaal, dat voor de kleur, uit esthetische of uit andere overwegingen 35 kan worden gekozen.

In fig. 2 is een gedeelte van een stuurwiel 45 79 0 6 3 8 2 7 afgeheeld, bestaande uit vezelmateriaal, geïmpregneerd met een matrixhars 46, dat op een naaf 47 is gewikkeld en is uitgehard. In de naaf 47 bevindt zich een centraal kanaal 48 met sleuven, terwijl aan de uiteinden van de 5 naaf 47 als sluitring gevormde delen 49 zijn aangebracht. Aangezien de naaf 47 in de uitgehaecfe matrixhars is ingebed, is een sterke mechanische verbinding gevormd tussen de hars en de naaf, in het bijzonder bij de sluitringen 49. Voorts leiden bindingskrachten door adhesie en contractie-10 krachten door de faseovergang tezamen met de mechanische verbinding tot een uitstekende langdurige verbinding tussen de naaf en het stuurwiel.

Zoals reeds werd opgemerkt, bestaan er nog verschillende andere methoden voor het verkrijgen van de 15 volgens de uitvinding gewenste oriëntatie van de vezels.

Eén van de eenvoudigste manieren om een groep parallel verlopende glasvezels te verkrijgen, is het wikkelen van een streng vezels op een roterende trommel, waardoor een ring met voorafbepaalde breedte of een doorlopende cilin-20 der wordt verkregen. Een gedeelte van de rand van de beschreven wapening kan bijvoorbeeld worden verkregen door een vezelstreng tot een ring met de gewenste afmeting van de rand te wikkelen. De armen kunnen aan de rand en de naaf worden bevestigd, door geschikte gesegmenteerde 25 voorvormen van uit vezels gewikkelde ringen te maken, waarvan de lengte van de omtrek overeenkomt met die van twee armen plus het omtreksgedeelte van de rand tussen de twee armen plus een winding om de naaf. Deze voorvormen kunnen inéén worden gedraaid tot de vorm van een acht met 30 een grote en een kleine lus, Deze achtvormige voorvormen worden vervolgens in de lengte in een geschikte matrijs gedreven, waarbij de lus met de kleine diameter rond de naaf verloopt, terwijl de lus met de grote diameter langs de aangrenzende zijden van twee aangrenzende armen en 35 rond het tussenliggende randgedeelte verloopt. Drie van dergelijke voorvormen kunnen in een matrijs worden ge- 790 6 3 8 2 8 plaatst boven op een cirkelvormige ring, welke het bovendeel van de rand vormt, waardoor een' wapening met drie armen wordt verkregen. De voorvormen zijn uiteraard geïmpregneerd met een bindmiddelvormend materiaal en na het 5 harden van het bindmiddel zijn de voorvormen verenigd tot een stijve wapening met ongeveer dezelfde vezelopbouw en fysische eigenschappen als de wapening, die door het doorlopend wikkelen van vezels is verkregen. Bij zowel de vervaardiging door middel van continu wikkelen als de ver-10 vaardiging door middel van een aantal voorvormen, zijn de vezels met de rand en met de naaf verbonden over stralen, die een kleine driehoekige ruimte in het centrale gedeelte vrijlaten. De op deze wijze natuurlijk verkregen stralen vergroten de sectie-coëfficient van de armen ter plaatse 15 van de verbinding met de rand en met de naaf en voorkomen een spanningsconcentratie in deze punten.

Bij beide beschreven uitvoeringsvormen kan de rand 36 zich op een axiale afstand van 15 cm van de naaf 39 bevinden, zodaf een voorwerp, dat tegen de rand stoot, 20 één van de armen zal doen buigen. In de normale stand van het stuurwiel voor rechtdoor rijden zal ëên van de armen zich aan de onderzijde van het stuurwiel bevinden. Als deze arm wordt vervormd door een stootbelasting, brengt de rand 36 een toenemend gedeelte van de stootbelasting 25 over naar de andere armen van de wapening, waarvan normaal twee armen horizontaal zullen verlopen. Derhalve wordt een opeenvolgende overdracht van de stootbelasting naar de verschillende armen van de wapening bereikt.

Bij voorkeur begeven de armen het, terwijl 30 de rand in tact blijft. Het begeven van de armen wordt veroorzaakt door een verschuiving tussen de lagen nabij het centrale gedeelte van de armen. Dit uiteenscheuren begint bij voorkeur in het centraal gelegen derde gedeelte van de arm en neemt successievelijk in lengterichting 35 van de arm toe. Het uiteenscheuren veroorzaakt een scheiding in..langsrichting tussen de hars en de vezels, waar- 790 6 3 8 2 — f 9 bij de vezels in tact blijven. Als de scheiding in langsrichting toeneemt, wordt de arm flexibeler, waardoor een verdere doorbuiging en scheiding ontstaat, waarbij een -blijvende weerstand tegen de stootbelasting wordt gehand-5 haafd. Het toegepaste bindmiddel kan uiteraard zodanig worden uitgevoerd, dat elke gewenste afschuifweerstand wordt verkregen door de hoeveelheid inert vulmiddel te wijzigen of de samenstelling van de hars of beide te veranderen .

10 De uitvinding is niet beperkt tot de in het voorgaande beschreven uitvoeringsvormen, welke binnen het kader der uitvinding op verschillende manieren kunnen worden gevarieerd.

790 6 3 82

Claims (13)

1. Draaimoment-overbrengorgaan,in het bijzonder stuurwiel, voorzien van een naaf voor de bevestiging op een as en een rand, die door ten minste ëën arm met de naaf is verbonden, met het kenmerk, 5 dat de arm (en) is (zijn) gevormd uit althans nagenoeg parallel vanaf de rand naar de naaf verlopende vezels, die in de naaf en de rand zijn verankerd en die door middel van een verhard bindmiddel met elkaar zijn verbonden.

2. Draaimoment-overbrengorgaan volgens 10 conclusie 1, met het kenmerk, dat de rand in zijwaartse richting is versprongen ten opzichte van de naaf.

3. Draaimoment-overbrengorgaan volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, dat het 15 de afschuifkracht overbrengende bindmiddel zodanig is uitgevoerd, dat het bindmiddel het begeeft, voordat een aanmerkelijk aantal .vezels breekt.

4. Draaimoment-overbrengorgaan volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk 20 . dat vezels uit de armen in de rand zijn verankerd over een zich over de rand uitstrekkende lengte.

5. Draaimoment-overbrengorgaan volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de vezels vanaf de naaf over een eerste arm, over de 25 rand naar een tweede arm en over de tweede arm naar de naaf verlopen.

6. Draaimoment-overbrengorgaan volgens conclusie 5,met het kenmerk, dat de vezels een lus vormen rond de naaf.

7. Draaimoment-overbrengorgaan volgens één der voorgaande conclusies, met hetken-m e r k, dat uit de vezels een acht is gevormd met een kleine en een grote lus, waarbij de kleine lus op de naaf ligt, terwijl de grote lus vanaf de naaf over twee 35 armen en langs het tussenliggende gedeelte van de rand 7906382 ll * verloopt-

8. Draaimoment-overbrengorgaan volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een bekleding van schuimmateriaal is aangebracht voor het 5 dempen van de botsing.

9. Draaimoment-overbrengorgaan volgens ëën der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat dit orgaan bestaat uit doorlopend harsachtig matrix-materiaal, dat is versterkt met doorlopend gewikkeld vezel- 10 materiaal, dat volgens een-doorlopend patroon langs de omtrek van de rand, in de langsrichting langs de arm en langs de omtrek van de naaf is aangebracht.

10. Draaimoment-overbrengorgaan volgens één der conclusies 1-8, met twee armen, met het 15 kenmerk, dat dit orgaan is verkregen door met hars geïmpregneerd, doorlopend vezelmateriaal op een geschikte vorm te wikkelen, waarbij wordt gewikkeld vanaf de verbinding van de rand met de eerste arm, langs de omtrek van de rand naar de verbinding met dè tweede arm, in langs-20 richting van de tweede arm naar de centrale naaf, langs de omtrek van de naaf, in de langsrichting van de eerste arm naar de verbinding met de rand, langs de omtrek van de rand naar de verbinding van de rand met de tweede arm tegenover de eerste wikkeling op de rand, in langsrichting 25 langs de tweede arm naar de naaf, langs de omtrek van de naaf, in langsrichting van de eerste arm naar de verbinding met de rand, welke volgorde wordt gehandhaafd, totdat een gewenst aantal cycli is voltooid.

11. Draaimoment-overbrengorgaan volgens 30 één der conclusies 1-8, met een eerste en een tweede arm, die afzonderlijk vanaf de naaf naar de rand lopen, waardoor de rand in een eerste en een tweede segment wordt verdeeld, met het kenmerk, dat het orgaan is verkregen door met hars geïmpregneerd doorlopend vezel-35 materiaal op een geschikte vorm te wikkelen, waarbij wordt -gewikkeld vanaf de verbinding van de eerste arm met de rand, 7906382 langs de omtrek van het eerste randsegment naar de verbinding met de tweede arm, in langsrichting langs de tweede arm naar de naaf, langs de omtrek rond de naaf, langs de eerste arm naar de verbinding van de eerste arm met de rand, 5 langs de omtrek van het tweede randsegment en het eerste randsegment naar de verbinding van de rand met de eerste arm; in langsrichting langs de eerste arm en langs de tweede arm naar de verbinding van de tweede arm met de rand en langs de omtrek van het tweede randsegment naar de verbin-10 . ding van de eerste arm met de rand, welke volgorde wordt herhaald, totdat een voorafbepaald aantal cycli is voltooid.

12. Draaimoment-overbrengorgaan volgens één der conclusies 1-8, met êên arm, met het ken-15 merk, dat het orgaan is vervaardigd door met hars geïmpregneerde, doorlopend vezelmateriaal op een geschikte vorm te wikkelen , waarbij wordt gewikkeld vanaf de verbinding van de arm met de rand langs de omtrek van de rand, in langsrichting langs de aim naar de naaf, langs 20 de omtrek van de naaf en in langsrichting langs de arm naar de verbinding van de arm met de rand, welke volgorde wordt herhaald tot een bepaald, aantal cycli is voltooid.

13. Werkwijze voor het vervaardigen van een stuurwiel-wapening volgens conclusie 1, m e t het 25 kenmerk, dat een eerste voorvorm wordt vervaardigd door een doorlopende vezelstreng tot een ring te wikkelen, welke een deel van de rand gaat vormen, waarbij een tweede voorvorm wordt vervaardigd door een doorlopende vezelstreng te wikkelen tot een tweede ring met een zodanige omtrek, 30 dat deze zich rond de naaf, langs aangrenzende eerste en tweede armen, en over het gedeelte van de rand tussen deze beide armen kan uitstrekken, terwijl een derde voorvorm wordt vervaardigd door een doorlopende vezelstreng tot een derde ring te wikkelen met een zodanige omtrek, dat deze - 35 zich rond de naaf, langs aangrenzende tweede en derde armen en over het gedeelte van de rand tussen de tweede en 790 53 82 derde arm kan uitstrekken, welke tweede voorvorm tegen de eerste voorvorm wordt geplaatst, waarbij het gedeelte, dat de eerste en tweede arm met elkaar verbindt, op een gedeelte van de eerste voorvorm wordt geplaatst en de derde 5 voorvorm met de eerste en tweede voorvorm wordt gecombi- waarbij neerd,*het tot de tweede arm behorende gedeelte grenst aan het tot de tweede arm behorende gedeelte van de tweede voorvorm en het gedeelte, dat de beide armen verbindt op een gedeelte van de eerste voorvorm wordt geplaatst, waar-10 na aan alle voorvormen een hardbaar bindmiddel wordt toe gevoegd, waarmee de drie voorvormen met elkaar tot de gewenste wapening worden verenigd. 790 63 82