本发明涉及一种用于设置在纤维增强管夹紧区域中的嵌入元件，其包括细长的圆形体(11、21)，该圆形体具有外周面(12、22)，在所述外周面上设有至少两个突起部(13、23)，所述突起部径向远离周面(12、22)延伸，所述突起部(13、23)分别具有一个背向圆形体(10、20)的用于被外部夹紧力面状加载的端面(14、24)。本发明还涉及一种包括纤维增强管和相应嵌入元件的管组件以及一种用于制造管组件的方法。
1.管组件(30)，包括纤维增强管和嵌入元件，其中，所述纤维增强管(31)具有至少一个用于被外部夹紧力加载的夹紧区域(32)，所述嵌入元件(10)构成用于设置在纤维增强管的夹紧区域(32)中，该嵌入元件包括细长的圆形体(11、21)，该圆形体具有外周面(12、22)，在所述外周面上设有至少两个突起部(13、23)，所述突起部径向远离外周面(12、22)延伸，其中，所述突起部(13、23)分别具有背向圆形体(11、21)的用于被外部夹紧力面状加载的端面(14、24)，其中，嵌入元件(10)这样设置在该夹紧区域(32)中，使得所述至少两个突起部(13、23)径向延伸到纤维增强管(31)的壁中。
2.根据权利要求1所述的管组件(30)，其特征在于，所述圆形体(11、21)是圆柱体或截锥体。
3.根据权利要求1或2所述的管组件(30)，其特征在于，所述圆形体(11、21)构造为实心的或构造为空心体。
4.根据权利要求1或2所述的管组件(30)，其特征在于，所述突起部(13、23)分别具有椭圆形、多边形或圆形的横截面。
5.根据权利要求1或2所述的管组件(30)，其特征在于，所述外周面(12、22)具有第一表面半部(12a)和第二表面半部(12b)，圆形体(11、21)的对称轴线(R)位于一个假想的将这两个表面半部(12a、12b)彼此分离的分割平面(T)中，并且为每个表面半部(12a、12b)配设所述突起部(13、23)之中的至少一个突起部。
6.根据权利要求5所述的管组件(30)，其特征在于，为每个表面半部(12a、12b)配设至少两个突起部(13、23)。
7.根据权利要求1或2所述的管组件(30)，其特征在于，所述嵌入元件(10、20)由金属、塑料或陶瓷制成。
8.根据权利要求1或2所述的管组件(30)，其特征在于，突起部(13、23)的相应高度(h)选择为小于或等于纤维增强管(31)的壁厚(d)。
9.根据权利要求1或2所述的管组件(30)，其特征在于，所述纤维增强管(31)是摩托车或滚轮滑车的车把管。
10.根据权利要求1或2所述的管组件(30)，其特征在于，所述突起部(13、23)分别具有菱形的横截面。
11.根据权利要求1或2所述的管组件(30)，其特征在于，所述纤维增强管(31)是轻型摩托车的车把管。
12.根据权利要求1或2所述的管组件(30)，其特征在于，所述嵌入元件(10、20)由纤维增强塑料制成。
－制造纤维增强管(31)，该纤维增强管包围芯元件和嵌入元件(10、20)，使得嵌入元件(10、20)的突起部(13、23)至少在纤维增强管(31)的时效硬化状态中穿过所制造的纤维增强管(31)的壁，从而突起部(13、23)的相应端面(14、24)可接近，以便被外部夹紧力面状加载。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，为了制造纤维增强管(31)，芯元件可被充气，并且该方法包括步骤：利用流体填充芯，以便增大芯的体积。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述流体是气态或液态流体。
16.根据权利要求13或14或15所述的方法，其中，制造纤维增强管(31)的步骤包括：利用纤维材料包围芯元件和嵌入元件(10、20)，和/或包括步骤：以基质浸渍纤维材料，和/或包括步骤：对所制造的纤维增强管进行时效硬化。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述纤维材料是浸渍纤维材料或非浸渍纤维材料。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，在RTM过程中以基质浸渍纤维材料。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述包围的步骤包括：利用纤维材料进行缠绕、嵌心织造和/或嵌心编结。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述纤维材料是纤维粗纱、机织物、稀松布、编结物、编织物或针织物。
用于纤维增强管的嵌入元件
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于设置在纤维增强管的夹紧区域中的嵌入元件、一种相应加强的纤维增强管及其制造方法。
背景技术
[0002] 纤维增强管用于许多应用领域中。相对于由金属材料制成的管，纤维增强管在高强度和高设计自由度的同时具有特殊的重量优势。
[0003] 然而，纤维增强管在其它构件上位置固定的连接构成特殊挑战。将所述管如同金属管那样夹紧在限定的夹紧区域中基于纤维增强管的纤维复合材料的特殊材料特性而只能有限地进行。在夹紧力的剧烈作用下，材料局部被压缩，由此可能导致不希望的沉降行为并且甚至可能导致脱层。在两种情况下管结构被破坏并且强度显著降低。
[0004] 例如将纤维增强管用作摩托车车把管除了所述重量优势外还附加地提供了这样的可能性，即，借助适合的纤维复合材料或适合的纤维复合混合物实现车把特别有利的振动特性，该振动特性在行驶期间显著减少了作用于驾驶员的振动。但基于提到的损坏危险而不能借助目前的夹紧装置进行夹紧。而是必须使用昂贵的紧固装置或对纤维材料进行特殊调整。
发明内容
[0005] 因此，本发明的任务在于，应能够实现纤维增强管的尽可能简单且有利的夹紧。
[0006] 所述任务通过一种如下的管组件来实现，该管组件包括纤维增强管和嵌入元件，其中，所述纤维增强管具有至少一个用于被外部夹紧力加载的夹紧区域，所述嵌入元件构成用于设置在纤维增强管的夹紧区域中，该嵌入元件包括细长的圆形体，该圆形体具有外周面，在所述外周面上设有至少两个突起部，所述突起部径向远离外周面延伸，其中，所述突起部分别具有背向圆形体的用于被外部夹紧力面状加载的端面，其中，嵌入元件这样设置在该夹紧区域中，使得所述至少两个突起部径向延伸到纤维增强管的壁中。
[0007] 所述任务还通过一种用于制造纤维增强管的方法来解决，该方法包括下述步骤：提供用于造型的芯元件；在该芯元件上设置多个嵌入元件；制造纤维增强管，该纤维增强管包围芯元件和嵌入元件，使得嵌入元件的突起部至少在纤维增强管的时效硬化状态中穿过所制造的纤维增强管的壁，从而突起部的相应端面可接近，以便被外部夹紧力面状加载。
[0008] 据此提供一种用于设置在纤维增强管夹紧区域中的嵌入元件，其包括细长的圆形体，该圆形体具有外周面，在所述外周面上设有至少两个突起部，所述突起部径向远离周面延伸。此外，所述突起部分别具有背向圆形体的用于被外部夹紧力面状加载的端面。
[0009] 这表示，嵌入元件可设置用于设置在纤维增强管的夹紧区域中，以便局部增强该区域并且以适合的方式吸收外部夹紧力。为此在嵌入元件上设置突起部，所述突起部在其端面上可被外部夹紧力加载，以便将外部夹紧力导入嵌入元件中或者说提供相对于夹紧力的反作用力。作为细长的圆形体尤其是考虑沿纵向方向延伸的旋转对称形状。
[0010] 因此，圆形体例如是圆柱体或截锥体。此外，圆形体可构造为实心的或构造为空心体。特别优选的是这样的套筒状圆形体，其具有沿纵向方向恒定的横截面或沿纵向方向变细的横截面。
[0011] 根据优选实施方式，所述突起部分别具有菱形、椭圆形、多边形或圆形的横截面。所述横截面基于其形状在适合的尺寸下能实现用于制造纤维增强管的纤维材料的特别有利的定向。在此所包含的纤维可基于所描述的横截面形状简单地位于突起部周围，从而突起部从纤维材料露出。通过这种方式避免了纤维中断和急剧转向，这可能引起局部构件削弱。
[0012] 例如菱形横截面形状提供了一种有利形状。至少对于沿菱形纵向延伸(0°)或与纵向成小于+/-45°角定向的纤维而言，这种形状允许纤维材料有利的散开，该形状同时避免了纤维的方向急剧变化并且相反实现了纤维较小的方向偏转。
[0013] 优选的是，所述周面具有第一表面半部和第二表面半部，圆形体的对称轴线位于一个假想的仅虚拟地将这两个表面半部彼此分离的分割平面中，并且为每个表面半部配设至少一个突起部、优选至少两个突起部。
[0014] 这表示，周面至少可假想地分为两个表面半部并且每个半部具有所述至少一个突起部。这样设置这两个表面半部，使得圆形体的同时构成其对称轴线的旋转轴线位于虚拟分割平面中。因此，周面沿对称轴线分为两个相等的半部，它们彼此相反设置。每个表面半部因此分别构成沿圆周方向延伸180°的表面，第二半部沿圆周方向直接连接该表面。该分割仅可理解为“假想”或虚拟的分割，这表示，两个表面半部无须实际分割，而是可彼此一体地被构造为圆形体。
[0015] 该实施方式提供了这样的可能性，即在每个表面半部上分别设置至少一个突起部，使得当管在安装状态中被外部夹紧力加载时夹紧力可以经由第一表面半部的突起部被导入并且通过相反的第二表面半部的突起部被支撑。
[0016] 此外，嵌入元件可由金属、尤其是不锈钢、塑料、纤维增强塑料或陶瓷制成。出于可能的腐蚀原因，嵌入元件的材料优选由相容材料制成或至少在嵌入元件和管之间设置电绝缘。
[0017] 此外，提出一种包括纤维增强管和嵌入元件的管组件，所述管具有至少一个用于被外部夹紧力加载的夹紧区域，并且嵌入元件这样设置在夹紧区域中，使得所述至少两个突起部径向延伸到管壁中。在此，所述嵌入元件根据本说明构造。
[0018] 优选地，夹紧区域具有至少一个嵌入元件。嵌入元件的突起部延伸到管壁中，使得嵌入元件固定在预规定位置上。导入夹紧区域中的夹紧力通过嵌入元件的突起部被支撑，从而减少了由纤维材料制成的管壁的负荷。所述夹紧根据突起部的高度部分或完全通过嵌入元件并且不(完全)通过纤维增强管的壁进行。
[0019] 为此优选地，突起部的相应高度选择为小于或等于管的壁厚。这表示，突起部这样延伸到管壁中，使得突起部仅部分或者说以限定深度嵌入壁中或者完全延伸穿过壁。对于优选的、即突起部高度等于壁厚的情况，突起部的端面与圆形体的周面齐平。
[0020] 对于突起部高度小于壁厚的情况，突起部的端面也应优选露出并且不被壁覆盖。因此可被夹紧力直接加载，而不会夹紧并且有可能损坏在端面和施加夹紧力的夹紧装置之间的纤维复合材料。
[0021] 在此情况下，优选可以这样选择突起部的高度，使得至少在晚些时候的夹紧状态中(在该夹紧状态中纤维材料通过夹紧力在限定程度上被压缩)，突起部的端面与产生的“被压缩”周面齐平地延伸，以便防止纤维复合材料的进一步压缩并且取而代之夹紧力通过突起部支撑在嵌入元件上。
[0022] 对于突起部已经具有相应于(未压缩)壁厚的高度、即突起部高度等于壁厚的情况，则夹紧力已经可以在不压缩纤维增强管的情况下由嵌入元件支撑。
[0023] 作为示例性应用情况，管或整个管组件可用作摩托车、轻型摩托车、滚轮滑车或其它类似摩托车的车辆的车把管。
[0024] 此外提出一种用于制造管组件的方法，包括下述步骤：
[0025] －提供用于造型的芯元件，
[0026] －在芯元件上设置多个嵌入元件，
[0027] －制造纤维增强管，其包围芯元件和嵌入元件，使得嵌入元件的突起部至少在管的时效硬化状态中穿过所制造管的壁，从而突起部的相应端面可接近，以便被外部夹紧力面状加载。
[0028] 此外，为了制造纤维增强管，芯可被充气并且该方法包括步骤：利用流体、尤其是气态或液态流体填充芯以便增大芯元件体积。通过这种方式可将待制造管充气直到成形模具上，以便形成希望的形状。
[0029] 此外，制造纤维增强管的步骤包括利用纤维材料、尤其是浸渍纤维材料或非浸渍纤维材料包围芯元件和嵌入元件，和/或包括步骤：尤其是在RTM过程中以基质浸渍纤维材料，和/或包括步骤：对所制造管进行时效硬化。
[0030] 此外，包围步骤还包括利用纤维材料、尤其是纤维粗纱、机织物、稀松布、编结物、编织物或针织物进行缠绕、嵌心织造和/或嵌心编结。
[0031] 因此，所述管例如可利用预浸渍的预浸料缠绕或嵌心编结。作为替代方案，可利用干燥的非预浸渍的纤维或纤维半成品进行嵌心编结，其随后可放入用于浸渍的压制模具中并且进行加工。
[0032] 在任何情况下，嵌入元件在制造时都牢固集成在纤维增强管中。
附图说明
[0033] 下面参考附图借助实施例详细说明本发明。附图如下：
[0034] 图1以透视图示出嵌入元件的第一种实施方式；
[0035] 图2以透视图示出嵌入元件的第二种实施方式；
[0036] 图3示出具有根据图1的嵌入元件的管组件；
[0037] 图4示出图3中的管组件的夹紧区域细节图；
[0038] 图5示出图4中的夹紧区域剖面图；
[0039] 图6示出嵌入图4的管组件中的嵌入元件突起部的俯视图。
具体实施方式
[0040] 图1示出用于设置在未示出纤维增强管的夹紧区域中的嵌入单元10的第一种实施方式。该嵌入元件10包括细长的圆形体11，该圆形体具有外周面12。在该周面12上设有多个突起部13，这些突起部径向远离周面12延伸。每个所述突起部分别具有背向圆形体11的端面14，该端面可被外部夹紧力加载。在安装状态中，夹紧力经由突起部13的端面14导入嵌入单元10中并进行支撑。
[0041] 在所示实施方式中，突起部13设置成沿嵌入单元10圆周方向定向的一排。当然也可多于一排。尤其是可根据可预期的负荷来调整突起部的数量以及突起部13间的所显示的距离。此外，所示出的突起部13具有菱形横截面，该菱形横截面在图6中再次详细示出并且其角部可选择性地倒圆，以便实现尽可能最佳的纤维定向，其在安装状态中减少或者甚至避免了纤维增强管突然且不连续的纤维定向。
[0042] 在图2中示出嵌入元件20的一种替代实施方式。该嵌入单元也包括细长的具有多个突起部23的圆形体21，这些突起部设置在周面22上。在此情况下，突起部23设置成相互平行设置且沿圆周环绕的两排，并且突起部的相应位置与相应另一排相邻的突起部23错开设置。换言之，这两排突起部沿圆形体21圆周方向相互扭转一定的旋转角度。这可改善设有该嵌入单元20的纤维增强管(未示出)的纤维复合材料的纤维定向。然而当然突起部23的该实施方式也可仅设置成一排或多于两排。
[0043] 在图1和图2中，圆形体11、21作为圆柱体示出，该圆柱体具有对称轴线R。但也可设置其它几何形状、如截锥。此外，圆形体11、21构造为空心体。但也可以是实心的、即非空心设计。
[0044] 除了图1和2中所示的突起部13、23菱形和正方形横截面外，当然也可使用其它横截面形状、如椭圆形、多边形或圆形横截面。
[0045] 嵌入元件10、20优选由金属、塑料、纤维增强塑料或陶瓷制成。此外，嵌入元件10、20可构造成一体的或由多个元件组合而成、例如通过将单独制造的突起部13、23进行材料锁合连接或通过将相应突起部13、23进行注塑来制成。
[0046] 图3示出包括一个纤维增强管31和两个嵌入元件10的管组件30，其中，管31具有两个夹紧区域32用于借助加载外部夹紧力来固定管位置。至少部分示出具有相应夹爪33的相应夹紧装置。嵌入元件10这样设置在相应夹紧区域32中，使得突起部13径向延伸到管壁中。在所示示例中，嵌入元件10根据图1构造，因此其结构参见关于图1给出的说明。
[0047] 纤维增强管31例如构造为摩托车、轻型摩托车、滚轮滑车或其它类似摩托车的车辆的车把管。
[0048] 图4详细示出图3中的管组件30夹紧区域32的细节图。可以看到，嵌入元件10的突起部13如何延伸穿过纤维增强管31的壁并且可在管的外表面上看到突起部13的端面14。通过这种方式，夹紧力可直接导入突起部13中，从而避免压缩或损坏管31。
[0049] 图5示出两个在图4中所示夹紧区域32的剖面图。在此可以看到，突起部13的相应高度h选择为(基本上)等于管31的壁厚d。在其它方面未详细示出的夹紧装置的第一夹爪33和第二仅示意性示出的第二夹爪35(虚线显示)因此面状靠置在管31的外表面36上并且同时靠置在相应嵌入元件10的端面14上。
[0050] 如由剖面图也可看出那样，突起部13不规则地分布在嵌入元件10的周面12上。相反，两个突起部13朝向第一夹爪33方向并且两个另外的突起部13朝向第二夹爪35方向。
[0051] 换言之示出：嵌入元件10的周面12具有第一表面半部12a和第二表面半部12b，圆形体11的对称轴线R(垂直于图平面)位于一个假想的将两个表面半部12a、12b彼此分开的虚拟分割平面T中，并且为每个表面半部12a、12b配设两个突起部13。假想的分割平面T在此情况下与第一夹爪33和第二夹爪35的实际分割一致。两个表面半部12a、12b的每个因此分别朝向一个夹爪33、35。然而两个表面半部仅源于假想分割，以便理解突起部的布置可能性。相反，周面12并未被实际分割成这两个半部，而是可一体地构造。
[0052] 在具体实施方式中这样设置突起部13，使得每个设置在第一表面半部12a上的突起部13与相应一个设置在第二表面半部12b上的突起部13关于旋转轴线R相互对径地设置。通过第一夹爪33和第二夹爪35导入的夹紧力因此可被嵌入元件10支撑，且夹紧力不加载和损坏管31的纤维复合材料。
