负载引入元件与纤维塑料复合体构件之间的连接装置的制作方法

本发明涉及一种负载引入元件与纤维塑料复合体构件之间的连接装置，其中负载引入元件压入在纤维塑料复合体构件的柱形开口中。本发明还涉及一种用于将这种纤维塑料复合体构件和长形的负载引入元件连接的方法，以及这种连接装置的用途。

背景技术：

1、纤维塑料复合体构件、即由纤维塑料复合体(fkv)构成的构件具有在使用少量材料的情况下的高稳定性的优点，使得其通常在轻型构造领域中使用。轻型构造是关键技术，以便不仅高效使用材料而且高效使用能源。轻型构造的目的是实现具有低质量的结构，并且由此优化机器和设备的性能。巧妙的结构在此能够实现在低材料使用的情况下的高稳定性。

2、在塑料基质内加入增强纤维的材料称为纤维塑料复合体。在纤维塑料复合体构件中，通过使用这种增强纤维引起所得到的材料的方向相关的弹性性能，从而引起与纤维取向相关的刚性和强度。在使用合适的初始材料的情况下，在此在纤维平行的方向上引起增强效果。

3、为了将由纤维塑料复合体构成的构件与其他元件、尤其由金属构成的元件连接，必须考虑纤维塑料复合体构件的特别特性。在此需要特别注意负载引入元件与由纤维塑料复合体构成的结构元件之间的连接部位，在所述连接部位处，重负荷被引入到由纤维塑料复合体构成的结构元件中，例如这在附接扭转弹簧时是必需的。

4、将负载引入元件压入到纤维塑料复合体构件、例如纤维塑料复合体管中以用于传输扭转，由于压入力，需要纤维塑料复合体构件的提高的轴向强度。为此，引入局部加固以用于轴向加固。尤其使用附加的单向的尤其切向取向的纤维层和形状配合的连接。[1]在压入时，在此，布置在负载引入元件处的微齿部在单向软管上开槽。因此，压入是损坏扭转管的不可忽略的风险。

5、此外，由于纤维塑料复合体构件的特殊特性，所述单向软管在扭转应力的情况下导致扭转刚性的降低。降低的扭转刚性尤其在扭转弹簧的情况下是重大的缺点。在轻型构造领域中，通过附加引入的单向软管引起的附加的材料耗费同样是不期望的。

技术实现思路

1、本发明的目的是实现负载引入元件和由纤维塑料复合体构成的构件的连接，所述连接不仅获得结构元件的扭转刚性，而且也避免所列出的其他缺点，尤其获得构件的轻型构造潜力。

2、根据本发明，所述目的通过一种连接装置以及一种方法和一种根据独立权利要求的用途来实现。本发明的有利的设计方案在从属权利要求中说明。

3、所述目的尤其通过一种连接装置来实现，所述连接装置具有：具有截锥形子区域的长形的负载引入元件以及纤维塑料复合体构件。纤维塑料复合体构件具有柱形开口，负载引入元件在压入方向上压入在所述开口中。

4、在此，在所述开口中，在纤维塑料复合体构件的开口的内面与负载引入元件的截锥形子区域之间、沿着内面的圆形交线以间隔开的方式布置有具有一个基底和两个全等的底面的至少三个梯形棱柱形的基础元件，使得基础元件的底面中的一个底面指向压入方向，并且基础元件的基底贴靠在柱形开口的内面处。此外，在两个基础元件之间分别布置有楔形的梯形棱柱状的压力元件。在此，压力元件具有一个压力基底和两个不同大小的梯形底面，其中压力元件的厚度从一个梯形底面至另一梯形底面增加。楔形的梯形棱柱形的压力元件布置在两个基础元件之间，使得以与负载引入元件的截锥形子区域对应的方式构成的压力基底指向负载引入元件，并且压力元件的垂直于压力基底的面构成的厚度在压入方向上增加。在本发明的意义上，具有在一个方向上增加的厚度的压力元件是楔形的。

5、在此，在基础元件与压力元件之间以及在截锥形子区域与压力基底之间构成可逆的面压力，其中负载引入元件越深地推入到纤维塑料复合体构件中，则面压力的强度增加。

6、在本发明的意义上，以与负载引入元件的截锥形子区域对应的方式构成的压力基底是如下形状的压力基底：所述形状匹配于负载引入元件的截锥形子区域的形状，使得不仅进行压力元件与负载引入元件的点形的接触，而且根据本发明产生面压力。

7、优选地，面压力的强度匹配于要借助于连接装置传递的力矩。在此，不允许超过纤维塑料复合体构件在径向方向上的允许的面压力。

8、如果基础元件在多个点处具有与纤维塑料复合体构件的开口的内面的接触并且基底指向内面，则基础元件的基底贴靠在柱形开口的内面处。但是可行的是，基础元件的基底仅在边缘区域中直接接触内面。对此的原因例如是柱形开口的曲率以及基础元件的基底中的可能的凹部。优选地，也称为基面的基底包括梯形棱柱在柱形开口的内部包覆面处的支承棱边。为了实现在本发明的意义上基底贴靠在内面处，不是必须的但是可行的是，基底的形状以与内面对应的方式构成。

9、梯形棱柱是具有两个相对置的呈梯形形状的底面的棱柱。在此，梯形棱柱的基底是如下面：所述面包括两个梯形底面的两个较大的底侧部、即两个底面的两个平行侧部中的两个较大的侧部作为侧部。梯形棱柱的基底通常是梯形棱柱的具有最大面积的面。因此，压力基底是压力元件的包括梯形底面的平行侧部的两个较长的侧部的面。在其压力基底具有弯曲的形状以用于匹配于负载引入元件的截锥形子区域的形状的压力元件的情况下，底面具有如下形状：所述形状不精确地对应于梯形的形状，因为两个真正平行的侧部中的一个或两个侧部弯曲地构成。在本发明的意义上，如果平行侧部中的一个或两个侧部、即以相同间距延伸的侧部是弯曲的，则这种底面也具有梯形的形状。

10、梯形棱柱在此优选地构成为直的梯形棱柱。在此，对于本发明重要的是，构成为梯形棱柱的基础元件的侧面与基底形成钝角。因此，与长方体相比，侧面是倾斜的。梯形棱柱的基底、即贴靠在柱形开口的内部包覆面处的面以及梯形棱柱的另外的限界面在此不必强制性是平的面，而是也可以具有槽或另外的凹部。在一个可行的变型方案中，基底具有以与柱形开口的弯拱对应的方式构成的弯曲的形状。

11、基础元件的基面向外朝向开口的内面定向，而压力元件布置成，使得压力元件的基面远离内面并且朝向负载引入元件指向。

12、在本发明的意义上，截锥形子区域是负载引入元件的具有在压入方向上渐缩的直径的区域。在一个优选的变型方案中，截锥形子区域构成为端部区域，即布置在负载引入元件的端部处，使得截锥形子区域的直径朝向负载引入元件的端部渐缩。在此，在一个变型方案中，负载引入元件的截锥形子区域的外部面根据截锥体的包覆面的类型构成，并且截锥形子区域的横截面或截面为圆形。在此，压力元件的每个压力基底具有与此对应的弯拱的形状。另一变型方案提出，截锥形子区域的横截面或截面对应于n个角。在此，角的数量n对应于压力元件的数量。于是，压力元件的压力基底不是弯曲地或弯拱地构成，而是平地构成，可能具有凹部。

13、在本发明的意义上，如果结构元件在第一维度上比在另外的两个维度上明显更大地构成，则所述结构元件是长形的。优选地，构件在长维度上是在另外的两个维度上的至少五倍、特别优选地至少十倍。

14、开口的内面对应于柱形开口的包覆面、即柱体的几何形状的包覆面。

15、压力元件构成为具有梯形底面的楔形元件，其中朝向负载引入元件的侧部、即压力基底匹配负载引入元件的形状。在此，在一个可行的变型方案中，压力基底具有凹部。在此，于是仅包围凹部的区域以与负载引入元件的形状对应的方式构成。凹部的面优选地小于压力基底的面的50％、特别优选地小于压力基底的面的20％。在一个可行的变型方案中，槽楔或滑块用作基础元件和用作压力元件。

16、根据一个有利的设计方案，纤维塑料复合体构件构成为管或空心轴，可选地构成为扭转弹簧或扭转轴。纤维塑料复合体构件的纤维在连接装置的区域中相对于压入方向可选地成对角线地、即倾斜地定向。在此，根据一个合适的实施方式，纤维塑料复合体构件的纤维与压入方向围成30°至60°、优选地45°的角度。一个替选的实施方式提出，纤维的取向是90°，由此产生尽可能高的径向强度。一个优选的实施方式具有三个0°的内层，和在所述内层上方的多个、例如22个具有45°的取向的层。

17、在一个可行的变型方案中，负载引入元件由金属构成。

18、通过根据本发明的连接装置，可以省去附加的单向层。由此，一方面确保纤维塑料复合体构件的更高的扭转刚性，另一方面连接具有改进的轻型构造潜力。根据本发明的连接装置可以有利地构成为可脱开的连接。消除了由于利用具有微齿部的负载引入元件的挤压引起的对纤维塑料复合体构件的损伤。

19、本发明的另一方面涉及一种用于将具有柱形开口的纤维塑料复合体构件和具有截锥形子区域的长形的负载引入元件连接的方法，所述方法包括以下步骤：

20、a)将具有直的梯形棱柱的形状的至少三个基础元件布置在开口的内部，所述基础元件具有两个全等的梯形底面和一个基底。在此，基础元件沿着开口的圆形交线以彼此均匀地间隔开的方式布置，使得基底朝向开口的内面、即向外朝向纤维塑料复合体构件指向，并且梯形底面的法线平行于开口的中轴线延伸。

21、b)将与基础元件的数量相同数量的具有楔形的梯形棱柱的形状的压力元件保持在基础元件之间，所述压力元件具有两个不同大小的梯形底面和一个压力基底，其中压力元件的厚度从一个梯形底面至另一梯形底面增加。在两个基础元件之间，在此分别定位一个压力元件。压力元件在此布置成，使得压力元件的压力基底指向中轴线，并且梯形底面的法线平行于中轴线延伸，并且压力元件的垂直于压力基底构成的厚度在指向开口的压入方向上增加。在此，压力基底以与负载引入元件的截锥形子区域的形状即外部面对应的方式构成。

22、c)将负载引入元件压入到压力元件之间，使得在截锥形子区域与压力元件的压力基底之间产生面压力。负载引入元件越深地推入到纤维塑料复合体构件中，则面压力的强度增加。在此，负载引入元件大约压入到所布置的压力元件的中心。

23、将压力元件优选地保持在笼状的框架中。

24、本发明的另一方面涉及一种根据本发明的连接装置在轨道车辆的转向架中、即在扭转弹簧转向架框架中的用途。

25、根据构思，通过负载引入元件的截锥形子区域的轴向压入将与此对应地构成的压力元件径向向外挤压。通过增大压力元件的厚度，在纤维塑料复合体构件上构造挤压力，并且建立力配合的连接。因此，产生用于将负载引入到纤维塑料复合体构件中的压力连接。通过脱开负载引入元件也可以又脱开所述连接。

26、为了实现本发明，也以符合目的的方式将上述根据本发明的设计方案、实施方式和权利要求的特征在符合目的的布置中彼此组合。