DE102007003596B4 - Method for producing a leaf spring made of a fiber composite material with a thermoplastic material - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder (25) aus einem Faserverbundwerkstoff, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
– Schmelzen eines thermoplastischen Kunststoffs (14),
– Benetzen eines Faserstranges (2) aus zumindest parallel zueinander ausgerichteten Fasern mit dem aufgeschmolzenen Kunststoff (14),
– Abdecken des Faserstranges (2) an seiner Oberseite und an seiner Unterseite mit jeweils einer Abdeckmaterialbahn (3, 4), wobei der kunststoffbenetzte Faserstrang (2) mit den beiden Abdeckmaterialbahnen (3, 4) auf einem konvex gekrümmten und beheizten Heiztisch (6) zusammengeführt wird,
– Abschneiden des mit den beiden Abdeckmaterialbahnen (3, 4) abgedeckten und kunststoffbenetzten Faserstrangs (2) zu Prepregs (20) mit vorbestimmten Längen,
– Ablegen einer vorbestimmten Anzahl von Prepreg-Lagen (20', 20'', 20''') auf einer Ablagefläche einer beheizbaren Formpresse (24), und
– Pressen der Prepreg-Lagen (20', 20'', 20''') in der Formpresse (24) unter Einwirkung von vorbestimmten und werkstoffabhängigen Temperatur- und Druckverläufen über die Zeit derart, dass nach dem Pressvorgang eine ausgehärtete Faserverbund-Blattfeder...Method for producing a leaf spring (25) from a fiber composite material, characterized by the following method steps:
Melting a thermoplastic (14),
Wetting a fiber strand (2) of at least parallel aligned fibers with the molten plastic (14),
Covering the fiber strand (2) on its upper side and on its underside, each with a covering material web (3, 4), wherein the plastic-wetted fiber strand (2) with the two Abdeckmaterialbahnen (3, 4) on a convexly curved and heated heating table (6) is merged,
Cutting off the fiber-reinforced fiber strand (2) covered with the two covering material webs (3, 4) and into prepregs (20) with predetermined lengths,
- depositing a predetermined number of prepreg layers (20 ', 20'',20''') on a support surface of a heated molding press (24), and
- Pressing the prepreg layers (20 ', 20'',20''') in the molding press (24) under the action of predetermined and material-dependent temperature and pressure gradients over time such that after the pressing process a cured fiber composite leaf spring. ..
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine derart hergestellte Blattfeder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18.The The invention relates to a method for producing a leaf spring from a fiber composite material according to the preamble of the claim 1 and a leaf spring produced in accordance with the preamble of the claim 18th
Beispielsweise
der
Im Allgemeinen werden Blattfedern aus faserverstärkten Werkstoffen aus so genannten Nasslaminaten bzw. Prepregs hergestellt, die mit der gewünschten Faserausrichtung übereinander geschichtet sowie anschließend verpresst und ausgehärtet werden. Unter dem Begriff Prepreg wird bekanntermaßen ein Halbzeug bzw. ein Vorprodukt zur Herstellung von Gegenständen aus einem Faserverbundmaterial verstanden. Ein Prepreg besteht konventionell aus Fasern und einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix. Dabei können die Endlosfasern unidirektional ausgerichtet sein oder als Gewebe oder Gelege vorliegen. Eine duroplastische Kunststoffmatrix besteht üblicherweise aus einer Mischung aus einem Kunstharz, einem Härter sowie einem Beschleuniger. Als Kunstharze kommen beispielsweise Harze auf der Basis von Epoxydharz oder Vinylesterharz zur Anwendung.in the In general, leaf springs made of fiber-reinforced materials are called so-called Wet laminates or prepregs prepared with the desired Fiber alignment on top of each other layered and then pressed and hardened become. The term prepreg is known to be a Semi-finished product or a precursor for the production of objects a fiber composite material understood. A prepreg is conventional made of fibers and an unhardened thermosetting plastic matrix. The continuous fibers can be unidirectional be aligned or present as tissue or scrim. A thermosetting plastic matrix usually exists from a mixture of a synthetic resin, a hardener and an accelerator. Examples of synthetic resins are resins based on epoxy resin or Vinyl ester resin for use.
Zur Herstellung von Prepregs mit einer duroplastischen Kunststoffmatrix werden die Fasern beispielsweise auf einem Träger abgelegt und anschließend mit dem Kunstharz benetzt. Auch eine Imprägnierung der Fasern mit dem noch flüssigen Kunstharz vor deren Ablegen auf den Träger ist bekannt. Durch Kühlen des Prepregs wird das chemische Reagieren des Härters und des Beschleunigers mit dem Kunstharz so lange verhindert, bis das Prepreg zur Herstellung eines Endproduktes verwendet werden soll. So werden beispielsweise zur Herstellung einer Faserverbund-Blattfeder mehrere Prepreg-Lagen übereinander geschichtet und anschließend zugeschnitten. Durch ein dann folgendes Erwärmen dieses Werkstücks über die Reaktionstemperatur des Härters hinaus beginnt der Aushärtevorgang, der schließlich zu dem gewünschten Endprodukt führt. Sofern diese Erwärmung in einer Presse sowie in einem Autoklav bei atmosphärischem Unterdruck durchgeführt wird, lassen sich luftblasenfreie Endprodukte mit sehr hohem Faseranteil und vergleichsweise geringem Kunststoffmatrixanteil herstellen.to Production of prepregs with a thermosetting plastic matrix For example, the fibers are deposited on a carrier and then with wetted the resin. Also, an impregnation of the fibers with the still liquid Resin before it is deposited on the carrier is known. By cooling the Prepregs will be the chemical reaction of the hardener and the accelerator with the synthetic resin as long prevented until the prepreg for making a final product should be used. For example for producing a fiber composite leaf spring several prepreg layers one above the other layered and then tailored. By then heating this workpiece over the following Reaction temperature of the hardener In addition, the curing process begins, finally to the desired End product leads. Unless this warming in a press as well as in an autoclave at atmospheric Negative pressure carried out is, you can air-free end products with a very high fiber content and produce comparatively low plastic matrix content.
Um Prepregs in einem kontinuierlichen Herstellungsprozess erzeugen zu können, muss einer diesbezüglichen Fertigungsvorrichtung ein Strang aus Endlosfasern zugeführt werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Fasern in der gewünschten räumlichen Orientierung verbleiben. Die Faserverteilung soll dabei also üblicherweise homogen sein. Zudem soll bei der Zuführung und Weiterverarbeitung des Faserstranges ein möglichst geringer Faserbruch eintreten.Around Prepregs produce in a continuous manufacturing process to be able to must be one of them Manufacturing device a strand of continuous fibers are supplied. It is important to ensure that the fibers in the desired spatial Orientation remain. The fiber distribution should therefore usually be homogeneous. In addition, in the supply and processing of the Strand of fibers as possible low fiber break occur.
Außerdem soll der Faserstrang bevorzugt mit der genannten duroplastischen Kunststoffmatrix, also der Mischung von zumindest Kunstharz, Härter und Beschleuniger, benetzt werden. Dabei ist es wichtig, dass die Verteilung der duroplastischen Kunststoffmatrix gleichmäßig erfolgt bzw. alle Fasern des Faserstranges von der Kunststoffmatrix imprägniert werden. Zudem darf nicht zuviel der Kunststoffmatrix auf den Faserstrang gelangen, da dieses ein seitliches Ablaufen der überschüssigen Flüssigkeit in unerwünscht großem Umfang zur Folge hätte.In addition, should the fiber strand preferably with said thermoset plastic matrix, ie the mixture of at least resin, hardener and accelerator, wetted become. It is important that the distribution of the thermosetting plastic matrix evenly or all fibers of the fiber strand are impregnated by the plastic matrix. In addition, not too much of the plastic matrix on the fiber strand arrive, since this is a lateral drainage of the excess liquid to an undesirably large extent would result.
Sofern der erzeugte Prepreg-Strang in gewünschte Längsstücke geschnitten oder zu einer Rolle aufgewickelt und anschließend zwischengelagert werden soll, ist der Faserstrang bei der Herstellung des Prepreg-Stranges bevorzugt an seiner Unterseite und an seiner Oberseite mit einer Abdeckmaterialbahn abzudecken. Beim Auflegen dieser Abdeckmaterialbahnen auf den Faserstrang kann es dazu kommen, dass die Fasern der oberen und/oder der unteren Faserlage des Faserstranges in nicht gewollter Weise quer zu Längserstreckung des Faserstranges gefaltet werden. In einem Faserverbund-Endprodukt tragen derart gefaltete Fasern nur wenig zu den gewünschten Materialeigenschaften bei, weshalb eine solche Faserfaltung vermieden werden soll.Provided the prepreg strand produced is cut into desired lengths or into a roll wound up and then is to be stored, is the fiber strand in the production of the prepreg strand is preferred at its bottom and at its Cover the top with a Abdeckmaterialbahn. When hanging up this Abdeckmaterialbahnen on the fiber strand it can come to that the fibers of the upper and / or the lower fiber layer of the fiber strand in an unwanted way transverse to the longitudinal extent of the fiber strand be folded. In a fiber composite end product, such folded fibers carry only a little to the desired Material properties, why such a fiber folding can be avoided should.
Eine
Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff, sowie ein Verfahren
zur Herstellung derselben ist beispielsweise aus der
Aus
der nicht vorveröffentlichten
Um bei der Herstellung der Prepregs zu erreichen, dass die Fasern in einer gewünschten Ausrichtung in eine diesbezügliche Fertigungsvorrichtung gelangen und dort mit einer unteren und einer oberen Abdeckmaterialbahn belegt werden, dass die noch nicht abgebundene Kunststoffmatrix in ausreichender Menge zu allen Fasern des Faserstranges gelangt, dass Faserbruch minimiert wird, und dass eine Faltung der Fasern quer zur Längserstreckung des Faserstranges vermieden wird, ist zudem vorgesehen, dass der Faserstrang mit der nicht abgebundenen duroplastischen Kunststoffmatrix und den beiden Abdeckmaterialbahnen auf einem konvex gekrümmten und beheizten Heiztisch zusammengeführt wird.Around in the manufacture of prepregs to achieve that the fibers in a desired one Alignment in a related matter Get manufacturing device and there with a lower and an upper Covering material be occupied, that the not yet set Plastic matrix in sufficient quantity reaches all fibers of the fiber strand, that fiber breakage is minimized, and that a folding of the fibers transverse to the longitudinal extent of Fiber strand is avoided, it is also provided that the fiber strand with the unbound thermoset plastic matrix and the two Abdeckmaterialbahnen on a convex curved and heated heating table merged becomes.
Dem bekannten Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Zusammenführen des Faserstranges mit einer unteren und einer oberen kunststoffmatrixbelegten Abdeckmaterialbahn oder einem anderen flexiblen Flächengebilde auf einem Heiztisch mit einer konvex geformten Oberfläche alle genannten Anforderungen für die Herstellung eines optimalen Prepregs erfüllbar sind.the known method is based on the finding that at a bring together of the fiber strand with a lower and an upper plastic matrix occupied Covering material web or another flexible sheet on a heating table with a convex shaped surface all mentioned Requirements for the production of an optimal prepreg can be fulfilled.
Die
- – Einen Heiztisch und eine Ablegrolle zur Führung und Ablage einer oberen Abdeckmaterialbahn auf den Faserstrang,
- – eine konvex gekrümmte Heiztischoberfläche zur Führung einer unteren Abdeckmaterialbahn und des Faserstranges, und
- – zumindest drei Heizzonen an dem Heiztisch zum Aufheizen der Abdeckmaterialbahnen, der duroplastischen Kunststoffmatrix und des Faserstrangs,
- – wobei die Krümmungsgeometrie der Oberfläche des Heiztisches sowie die Oberflächentemperaturen der zumindest drei Heizzonen derart gewählt sind, dass die Normalkraftkomponente einer auf den Faserstrang und die beiden Abdeckmaterialbahnen wirkenden Zugkraft die flüssige Kunststoff matrix von zumindest einer der Abdeckmaterialbahnen zu den Oberflächen aller Fasern im Faserstrang führt.
- A heating table and an unloading roller for guiding and depositing an upper covering material web onto the fiber strand,
- - A convex curved Heiztischoberfläche for guiding a lower Abdeckmaterialbahn and the fiber strand, and
- At least three heating zones on the heating table for heating the covering material webs, the thermosetting plastic matrix and the fiber strand,
- - Wherein the curvature geometry of the surface of the heating table and the surface temperatures of the at least three heating zones are selected such that the normal force component of acting on the fiber strand and the two Abdeckmaterialbahnen traction the liquid plastic matrix of at least one of Abdeckmaterialbahnen leads to the surfaces of all fibers in the fiber strand.
Außerdem ist
aus der nicht vorveröffentlichten
Das bekannte Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:
- – Abdecken der Oberseite und der Unterseite eines Faserstranges, der aus zumindest parallel zueinander ausgerichteten Fasern besteht, mit zumindest einer Abdeckmaterialbahn.
- – Benetzen der Fasern des Faserstranges mit einer noch nicht abgebundenen duroplastischen Kunststoffmatrix.
- – Erwärmen des abgedeckten und kunststoffmatrixbelegten Faserstranges zur Imprägnierung der Fasern des Faserstranges mit der noch nicht abgebundenen duroplastischen Kunststoffmatrix.
- – Abkühlen des abgedeckten kunststoffmatriximprägnierten Faserstranges.
- – Abschneiden des abgedeckten kunststoffmatriximprägnierten Faserstranges zu einzelnen Prepregs.
- – Ablegen von mehreren Lagen Prepregs vertikal übereinander auf einer konvex gekrümmten Oberfläche zu einer Roh-Blattfeder.
- – Kühlen der Roh-Blattfeder auf einer konvex gekrümmten Oberfläche.
- – Pressen der Roh-Blattfeder in einer Presse zu einer gepressten Roh-Blattfeder.
- – Erwärmen der gepressten Roh-Blattfeder.
- – Endbearbeitung der gepressten Roh-Blattfeder zur fertigen Blattfeder, wobei bei allen Fertigungsschritten vorbestimmte Temperaturen an dem jeweiligen Werkstoff oder an dem jeweiligen Zwischenprodukt eingestellt werden, und bei dem die jeweiligen Temperaturen über vorbestimmte Zeiträume aufrechterhalten werden.
- - Covering the top and the bottom of a fiber strand, which consists of at least parallel aligned fibers, with at least one Abdeckmaterialbahn.
- - Wetting the fibers of the fiber strand with a not yet set thermosetting plastic matrix.
- - Heating the covered and plastic matrix occupied fiber strand for impregnating the fibers of the fiber strand with the not yet set thermosetting plastic matrix.
- Cooling the covered plastic matrix impregnated fiber strand.
- - Cutting the covered plastic matrix impregnated fiber strand into individual prepregs.
- - Laying several layers of prepreg vertically above each other on a convex curved surface to a raw leaf spring.
- - Cooling the green leaf spring on a convex curved surface.
- - Pressing the green leaf spring in a press to a pressed raw leaf spring.
- - Heating the pressed raw leaf spring.
- - Finishing the pressed raw leaf spring to the finished leaf spring, wherein in all manufacturing steps predetermined temperatures are set to the respective material or to the respective intermediate product, and in which the respective temperatures are maintained for predetermined periods.
Zudem
ist es bekannt, Blattfedern aus einem Faserverbundwerkstoff herzustellen,
der einen thermoplastischen Werkstoff nutzt. So beschreibt die
Schließlich ist
aus der
Zur Weiterentwicklung dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Blattfedern aus einem Faserverbundwerkstoff vorzustellen, mit dem ebenfalls die eingangs beschriebenen technischen Probleme gemeistert werden können und eine qualitativ hochwertige Blattfeder möglichst preiswert herstellbar ist. So soll insbesondere erreicht werden, dass die Fasern in der Blattfeder in einer gewünschten Ausrichtung vorliegen, dass die noch nicht abgebundene Kunststoffmatrix in der Blattfeder in ausreichender Menge zu allen Fasern gelangt, dass der Umfang von Faserbruch in der Blattfeder minimiert wird, und dass eine Faltung der Fasern quer zur Längserstreckung des Faserstranges zumindest weitgehend vermieden wird. Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Aufbau einer derart hergestellten Faserverbund-Blattfeder zu beschreiben.to Further development of this state of the art is the invention the object of a method for producing leaf springs from a fiber composite material, with the likewise the technical problems described above are mastered can and a high-quality leaf spring as inexpensive to produce is. So should be achieved in particular that the fibers in the Leaf spring in a desired orientation be present that the not yet set plastic matrix in the Leaf spring in sufficient quantity to all fibers passes that the extent of fiber breakage in the leaf spring is minimized, and that a folding of the fibers transverse to the longitudinal extent of the fiber strand at least largely avoided. Another task exists therein, the structure of a fiber composite leaf spring produced in this way to describe.
Die Lösung dieser Aufgaben ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind den zugeordneten Unteransprüchen entnehmbar.The solution These objects emerge from the features of the independent claims. advantageous Further developments and embodiments of the invention are assigned dependent claims removable.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff dann den im Automobilbau herrschenden sehr hohen Qualitätsanforderungen gerecht werden kann und zudem vergleichsweise kostengünstig herstellbar ist, wenn deren Faserverbundwerkstoff unter Verwendung zumindest eines thermoplastischen Werkstoffs hergestellt wird.Of the Invention is based on the finding that a leaf spring a fiber composite material then prevailing in the automotive industry very high quality requirements can be fair and also relatively inexpensive to produce is when their fiber composite using at least a thermoplastic material is produced.
Wie eingangs geschildert wurde, ist die sichere Handhabung eines duroplastischen Kunststoffes bei der Herstellung eines diesbezüglichen Faserverbundwerkstoffes bzw. zur Herstellung einer bekannten Faserverbund-Blattfeder an die Einhaltung vieler Verfahrensparameter gebunden. Zu diesen gehören das Mischungsverhältnis von Kunstharz, Härter und Beschleuniger sowie die Einhaltung von vorgegebenen oberen und unteren Temperaturgrenzwerten, um eine für den Herstellprozess brauchbare Viskosität der duroplastischen Kunststoffmatrix zu gewährleisten und ein zu frühzeitiges und ungewolltes Aushärten zu vermeiden.As was described at the beginning, is the safe handling of a thermosetting Plastic in the production of a related fiber composite material or for producing a known fiber composite leaf spring adherence to many process parameters bound. These include the mixing ratio of synthetic resin, hardener and accelerator as well as the compliance of given upper and lower temperature limits, a useful for the manufacturing process viscosity of the thermoset To ensure plastic matrix and too early and unwanted hardening to avoid.
Der Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs bei der Herstellung einer Faserverbund-Blattfeder ist dagegen vergleichsweise einfach und daher sehr vorteilhaft, da bei der Verarbeitung dieses Kunststoffs lediglich eine Verfestigungstemperatur bzw. Schmelztemperatur berücksichtigt werden muss.Of the Use of a thermoplastic in the production a fiber composite leaf spring, however, is relatively simple and therefore very advantageous because in the processing of this plastic only considered a solidification temperature or melting temperature must become.
Die Erfindung betrifft demnach zunächst ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff, welches durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
- – Schmelzen eines thermoplastischen Kunststoffs,
- – Benetzen eines Faserstranges aus zumindest parallel zueinander ausgerichteten Fasern mit dem aufgeschmolzenen Kunststoff,
- – Abdecken des Faserstranges an seiner Oberseite und an seiner Unterseite mit jeweils einer Abdeckmaterialbahn, wobei der kunststoffbenetzte Faserstrang mit den beiden Abdeckmaterialbahnen auf einem konvex gekrümmten und beheizten Heiztisch zusammengeführt wird,
- – Abschneiden des mit den Abdeckmaterialbahnen abgedeckten und kunststoffbenetzten Faserstrangs als Prepreg in vorbestimmte Längen,
- – Ablegen einer vorbestimmten Anzahl von Prepreg-Lagen auf einer Ablagefläche einer beheizbaren Formpresse, und
- – Pressen der Prepreg-Lagen in der Formpresse unter Einwirkung von vorbestimmten und werkstoffabhängigen Temperatur- und Druckverläufen über die Zeit derart, dass nach dem Pressvorgang eine ausgehärtete Faserverbund-Blattfeder vorliegt.
- Melting of a thermoplastic,
- Wetting a fiber strand of at least parallel aligned fibers with the molten plastic,
- Covering the fiber strand at its upper side and at its lower side, each with a covering material web, wherein the plastic-wetted fiber strand is brought together with the two covering material webs on a convexly curved and heated heating table,
- Cutting off the plastic-coated fiber strand covered with the covering material webs as prepreg into predetermined lengths,
- - depositing a predetermined number of prepreg layers on a support surface of a heated molding press, and
- - Pressing the prepreg layers in the molding press under the action of predetermined and material-dependent temperature and pressure gradients over time such that after the pressing process is a cured fiber composite leaf spring.
Diese Verfahrensmerkmale verdeutlichen zwei für die Erfindung wesentliche Dinge. Zum einen wird durch das Zusammenführen des Faserstranges und der Abdeckmaterialbahnen auf dem konvex gekrümmten und beheizten Heiztisch erreicht, dass sich der thermoplastische Kunststoff optimal in dem Faserstrang verteilen kann, ohne dass es dabei zu ungewollten Faserbruch oder zu Faserfaltungen bzw. Querausrichtungen von Fasern zu der Längserstreckung des Faserstrangs kommt. Außerdem wird der mit dem thermoplastischen Kunststoff benetzte Faserstrang durch die zumindest eine Abdeckmaterialbahn oben, unten und seitlich so eingepackt, dass die Formstabilität eines derart hergestellten Prepregs erhöht und ein späteres Abfließen von überschüssigen thermoplastischen Kunststoff in einer Formpresse begünstigt wird.These Process features illustrate two essential to the invention Things. For one thing, by merging the fiber strand and the Abdeckmaterialbahnen on the convex curved and heated heating table ensures that the thermoplastic material optimally in the fiber strand can disperse without causing unwanted fiber breakage or to fiber folds or transverse orientations of fibers to the longitudinal extent the fiber strand comes. Furthermore becomes the fiber strand wetted with the thermoplastic through the at least one Abdeckmaterialbahn top, bottom and side wrapped so that the dimensional stability of such a manufactured Prepregs increased and a later one Flow away of excess thermoplastic Plastic is favored in a molding press.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass auf zumindest einer der beiden Abdeckmaterialbahnen vor deren Kontakt mit dem Faserstrang auf der zu dem Faserstrang weisenden Seite der noch schmelzflüssige thermoplastische Kunststoff aufgetragen wird. Durch diese Maßnahme wird die benötigte Menge an verflüssigtem thermoplastischem Kunststoff gezielt erst dann dem Faserstrang zugeführt, wenn dieser und die Abdeckmaterialbahn auf der Oberfläche des Heiztisches zusammengeführt werden.According to a preferred development, it is provided that the molten thermoplastic material is applied to at least one of the two cover material webs prior to their contact with the fiber strand on the side facing the fiber strand. By this measure, the required amount of liquefied thermo targeted plastic plastic only then fed to the fiber strand when this and the Abdeckmaterialbahn are brought together on the surface of the heating table.
Alternativ dazu oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass der thermoplastische Kunststoff direkt auf die Fasern des Faserstrangs aufgetragen wird, oder dass der Faserstrang durch einen Behälter mit einer Ansammlung von thermoplastischem Kunststoff hindurch gezogen wird, bevor der Faserstrang mit den Abdeckmaterialbahnen zusammengeführt wird.alternative to or in addition can be provided that the thermoplastic directly is applied to the fibers of the fiber strand, or that the Fiber strand through a container with pulled through a collection of thermoplastic material is before the fiber strand is merged with the Abdeckmaterialbahnen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der mit den Abdeckmaterialbahnen abgedeckte Faserstrang auf dem Heiztisch auf Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs aufgeheizt oder auf diesen gehalten wird, sowie mit einer aus der auf den Faserstrang und die Abdeckmaterialbahnen wirkenden Zugkraft sowie aus der Krümmung der Tischoberfläche resultierenden Normalkraft derart beaufschlagt wird, dass der thermoplastische Kunststoff zu allen einzelnen Fasern fließt und diese benetzt.A Another embodiment provides that with the Abdeckmaterialbahnen Covered fiber strand on the heating table to temperatures above the melting temperature of the thermoplastic material heated or kept on this, as well as with one out of the on the fiber strand and the Abdeckmaterialbahnen acting tensile force and from the curvature of the table surface resulting normal force is applied so that the thermoplastic Plastic flows to all individual fibers and wets them.
Weiter wird bevorzugt, dass als Werkstoff für die Abdeckmaterialbahnen ein thermoplastischer Kunststoff verwendet wird, dessen Schmelzpunkt höher ist als der Schmelzpunkt desjenigen thermoplastischen Kunststoffs, mit dem alle Fasern des Faserstranges benetzt werden. Dadurch wird erreicht, dass die Abdeckmaterialbahnen bei einem Zusammenführen mit dem anderen, schmelzflüssig heißen thermoplastischen Kunststoff noch weitgehend fest bleiben und so zur mechanischen Stabilität eines derart hergestellt Prepregs, etwa für dessen Weitertransport, vorteilhaft beitragen.Further is preferred that as a material for the Abdeckmaterialbahnen a thermoplastic material is used whose melting point is higher as the melting point of that thermoplastic, with all fibers of the fiber strand are wetted. This ensures that the Abdeckmaterialbahnen when merging with the other, molten hot thermoplastic Plastic still largely remain firm and so on the mechanical stability a prepreg produced in this way, for example for its further transport, is advantageous contribute.
Gemäß einem weiteren Verfahrensmerkmal kann vorsehen sein, dass eine untere Abdeckmaterialbahn auf der Oberfläche des Heiztisches und eine obere Abdeckmaterialbahn um eine Ablegrolle geführt wird, bevor diese beiden Abdeckmaterialbahnen mit dem Faserstrang im Bereich des Heiztisches in Kontakt gelangen.According to one Another method feature may be that a lower Covering material on the surface of the heating table and an upper Covering material is passed around a Ablegrolle before these two Abdeckmaterialbahnen with the fiber strand in the range of the heating table in Get in touch.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Auflegkraft der Auflegrolle kleiner ist als die Normalkraftkomponente derjenigen Zugkraft, mit der der Faserstrang zusammen mit den Abdeckmaterialbahnen über den Heiztisch gezogen wird. Diese Aufteilung der Kräfte bewirkt, dass die Durchdringung des Faserstranges mit thermoplastischem Kunststoff sehr schonend erfolgt, so dass Faserbruch und Faserfaltungen gering gehalten werden können.there can be provided that the Auflegkraft the Auflegrolle smaller is the normal force component of the tensile force with which the Fiber strand together with the Abdeckmaterialbahnen over the Hot table is pulled. This division of forces causes the penetration the fiber strand with thermoplastic very gentle takes place, so that fiber breakage and fiber folding are kept low can.
Bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass der Heiztisch beheizt wird und zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei unterschiedliche Heizzonen mit unterschiedlichen Temperaturen aufweist. Dadurch ist eine gezielte Einflussnahme auf die Temperatur des Stranges aus Fasern, thermoplastischem Kunststoff und Abdeckmaterialbahnen in derjenigen entscheidenden Phase der Blattfederherstellung möglich, in der diese Blattfeder-Werkstoffe zusammengeführt werden.Prefers is also provided that the heating table is heated and at least two, preferably at least three different heating zones with different Temperatures. This is a targeted influence on the temperature of the strand of fibers, thermoplastic and Abdeckmaterialbahnen in that crucial phase of Leaf spring production possible, in which these leaf spring materials are brought together.
In Ausgestaltung dieses Verfahrensmerkmals kann vorgesehen sein, dass dort, wo die untere Abdeckmaterialbahn erstmals den Heiztisch berührt, die Oberfläche des Heiztisches eine mittlere Temperatur aufweist, die niedriger ist als die Temperatur in der kühlsten Heizzone. Außerdem wird es als vorteilhaft beurteilt, wenn der durch die Abdeckmaterialbahnen abgedeckte und kunststoffdurchdrungene Faserstrang unmittelbar hinter dem Heiztisch, also hinter dessen auslaufseitigem Ende, eine mittlere Temperatur aufweist, die niedriger ist als die Temperatur in der heißesten Heizzone.In Embodiment of this method feature can be provided that where the lower Abdeckmaterialbahn first touches the heating table, the surface of the heating table has an average temperature lower is the coolest temperature Heating zone. Furthermore it is judged to be advantageous when passing through the Abdeckmaterialbahnen Covered and plastic-permeated fiber strand immediately behind the heating table, so behind the outlet end, an average temperature which is lower than the temperature in the hottest heating zone.
Gemäß einem anderen Verfahrensmerkmal kann vorgesehen sein, dass der durch die Abdeckmaterialbahnen abgedeckte und kunststoffdurchdrungene Faserstrang in Transportrichtung hinter dem Heiztisch entlang der Oberfläche eines Kühltisches geführt und dort abgekühlt wird. Dabei ist es sinnvoll, wenn der durch die Abdeckmaterialbahnen abgedeckte und kunststoffdurchdrungene Faserstrang in Transportrichtung hinter dem Kühltisch eine mittlere Temperatur aufweist, die über der Schmelztemperatur des alle Fasern benetzenden thermoplastischen Kunststoffs liegt.According to one Another feature of the method can be provided that by the Abdeckmaterialbahnen covered and plastic-permeated fiber strand in the transport direction behind the heating table along the surface of a cooling table guided and cooled down there becomes. It makes sense if the covered by the Abdeckmaterialbahnen and plastic-permeated fiber strand in the transport direction behind the cooling table one has mean temperature above the melting temperature of the all fibers wetting thermoplastic fibers lies.
Die Transportgeschwindigkeit V des Faserstrangs und der Abdeckmaterialbahnen beträgt beispielsweise zwischen 0,05 m/s und 0,2 m/s.The Transport speed V of the fiber strand and the Abdeckmaterialbahnen is for example between 0.05 m / s and 0.2 m / s.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der durch die Abdeckmaterialbahnen abgedeckte und kunststoffdurchdrungene Faserstrang im Bereich des auslaufseitigen Endes des Heiztisches von zumindest einer Glättrolle mit einer Kraft beaufschlagt wird, die kleiner oder gleich groß ist wie die Auflagekraft F1 der Auflegrolle und kleiner ist als die Normalkraftkomponente der Zugkraft auf den abgedeckten Faserstrang. Die Glättrollen sorgen lediglich für eine glatte Oberfläche der auf der Oberseite des Faserstranges abgelegten Abdeckmaterialbahnen.Farther can be provided that covered by the Abdeckmaterialbahnen and plastic-permeated fiber strand in the region of the outlet side End of the heating table of at least one smoothing roller acted upon with a force is less than or equal to the bearing force F1 of the roll-up roll and smaller than the normal force component the tensile force on the covered fiber strand. The smoothing rollers just care for a smooth surface the deposited on the top of the fiber strand Abdeckmaterialbahnen.
Die Fasern des Faserstranges sind bevorzugt unidirektional ausgerichtet oder als Gewebe oder als Gelege angeordnet sowie als Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Aramidfasern ausgebildet.The Fibers of the fiber strand are preferably aligned unidirectionally or as a woven or laid fabric, and as glass fibers, carbon fibers or aramid fibers formed.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass bei geschlossener und unter Druck gesetzter Formpresse in einem bestimmten Zeitraum t0 bis t1 die Temperatur der übereinander geschichteten Prepreg- Lagen bis über die Schmelztemperatur T7 des alle Fasern benetzenden thermoplastischen Kunststoffs angehoben wird, dass nach einem weiteren bestimmten Zeitraum t1 bis t2 die Temperatur der übereinander geschichteten Prepreg-Lagen über die Schmelztemperatur T8 der thermoplastischen Abdeckmaterialbahnen angehoben wird, und dass danach in einem weiteren Zeitraum t5 bis t6 die Temperatur der Prepreg-Lagen unter die unterschiedlichen Schmelztemperaturen T7 und T8 der beiden thermoplastischen Kunststoffe gebracht wird. Dadurch wird erreicht, dass sich der alle Fasern benetzende thermoplastische Kunststoff und der thermoplastische Kunststoff der Abdeckmaterialbahnen vor dem abschließenden Aushärten der Blattfeder schmelzflüssig vermischen und so keine Inhomogenitäten in der Blattfeder einstellen.According to another feature of the invention, it is provided that with closed and pressurized molding press in a certain period t0 to t1, the temperature of the stacked prepreg layers to above the enamel temperature T7 of the thermoplastic material wetting all the fibers is raised, that after a further specific period t1 to t2 the temperature of the stacked prepreg layers is raised above the melting temperature T8 of the thermoplastic Abdeckmaterialbahnen, and that thereafter in a further period t5 to t6 the temperature the prepreg layers is brought under the different melting temperatures T7 and T8 of the two thermoplastics. This ensures that the all-wetting thermoplastic material and the thermoplastic material of the Abdeckmaterialbahnen mix before the final curing of the leaf spring molten and so set no inhomogeneities in the leaf spring.
Ergänzend kann das Verfahren so ablaufen, dass nach dem Aufheizen des alle Fasern benetzenden thermoplastischen Kunststoffs über dessen Schmelztemperatur T7 die Temperatur der Prepreg-Lagen über einen bestimmten Zeitraum t3 bis t4 unter, vorzugsweise dicht unter der Schmelztemperatur T7 des alle Fasern benetzenden thermoplastischen Kunststoffs gehalten wird.In addition can Run the procedure so that after heating all the fibers wetting thermoplastic over its melting temperature T7 the temperature of the prepreg layers over a period of time t3 to t4 below, preferably just below the melting temperature T7 held all the fibers wetting thermoplastic becomes.
Schließlich betrifft die Erfindung eine Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff, der zumindest parallel zueinander ausgerichtete Faser aufweist, die in einem thermoplastischen Kunststoff eingebettet sind. Diese Blattfeder ist aus mehreren übereinander geschichteten Lagen von Prepregs aufgebaut, wobei die Prepregs jeweils aus einem Faserstrang mit in Längsrichtung parallel zueinander ausgerichteten Faser bestehen, die in dem thermoplastischen Kunststoff eingebettet sind, und bei denen die Oberseite und die Unterseite des Faserstrangs von jeweils einer Abdeckmaterialbahn aus einem thermoplastischen Kunststoff abgedeckt ist. Außerdem ist bei dieser Blattfeder vorgesehen, dass die Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs der Abdeckmaterialbahnen über der Schmelztemperatur desjenigen thermoplastischen Kunststoffs liegt, mit dem alle Fasern des Faserstrangs benetzt sind.Finally, concerns the invention, a leaf spring made of a fiber composite material, the has at least parallel aligned fiber in embedded in a thermoplastic material. This leaf spring is made up of several layers Layers of prepregs are constructed, the prepregs each consisting of one Fiber strand with in the longitudinal direction consist parallel to each other oriented fiber, which in the thermoplastic material are embedded, and where the top and bottom of the fiber strand of a respective Abdeckmaterialbahn from a thermoplastic is covered. Also, this leaf spring is provided that the melting temperature of the thermoplastic material the Abdeckmaterialbahnen over the melting temperature of that thermoplastic is with which all fibers of the fiber strand are wetted.
Der alle Fasern benetzende thermoplastische Kunststoff besteht vorzugsweise aus Polypropylen, Polyamid, Polyamid 6.6 oder Polybutylenterephthalat.Of the all fibers wetting thermoplastic fibers is preferably made of polypropylene, polyamide, polyamide 6.6 or polybutylene terephthalate.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt, mit der ein Ausführungsbeispiel erläutert wird. In dieser zeigtto Clarification of the invention, the description is a drawing accompanied with the one embodiment explained becomes. In this shows
Das
Aufschmelzen des thermoplastischen Kunststoffs
Eine
zweite, untere Abdeckmaterialbahn
Die
beiden Abdeckmaterialbahnen
Dadurch,
dass die Kombination aus dem thermoplastbelegten Faserstrang
Das
Zusammenführen
des Faserstranges
Die
drei Heizzonen S1, S2 und S3 ermöglichen
jedenfalls eine systematische Temperaturführung insbesondere des thermoplastischen
Kunststoffs
Der
Transport des Kunststoffs
Dadurch,
dass bei dem Benetzen der Fasern des Faserstranges
Anschließend kann
die Temperatur des thermoplastischen Kunststoffs
Da
die Abdeckmaterialbahnen
In
Transportrichtung gesehen hinter der Ablegrolle
Beim
Verlassen des Heiztisches
Der
mit dem Kunststoff
Die
Prepregs
Um
in der Formpresse
Da
die Abdeckmaterialbahnen
Eine
im Zeitpunkt t2 beginnende Absenkung der Temperatur der Prepreg-Lagen
Im
Anschluss daran wird die Temperatur der Prepreg-Lagen
Abschließend wird
die Temperatur der Prepreg-Lagen
- 11
- Fertigungsvorrichtungmanufacturing device
- 22
- Faserstrang; FaserFiber strand; fiber
- 33
- Obere AbdeckmaterialbahnUpper cover material web
- 44
- Untere AbdeckmaterialbahnLower cover material web
- 55
- AuflegrolleAuflegrolle
- 66
- Heiztischhot table
- 77
- Glättrollesmoothing roll
- 88th
- Glättrollesmoothing roll
- 99
- Glättrollesmoothing roll
- 1010
- KühltischRefrigerated table
- 1111
- Prepreg-StrangPrepreg strand
- 1212
- Zuführvorrichtung für geschmozenen Kunststofffeeder for melted plastic
- 1313
- Zuführvorrichtung für den geschmozenen Kunststoff, Extruderfeeder for the melted plastic, extruder
- 1414
- Geschmozenen KunststoffGeschmozenen plastic
- 1515
- HeiztischoberflächeHeiztischoberfläche
- 1616
- Eingangseitiger Abschnitt des HeiztischesInlet check Section of the heating table
- 2020
- Abgeschnittener Prepregtruncated prepreg
- 20'20 '
- Prepreg-LagePrepreg layer
- 20''20 ''
- Prepreg-LagePrepreg layer
- 20'''20 '' '
- Prepreg-LagePrepreg layer
- 2121
- Konkav gekrümmte Matrize der FormpresseConcave curved Die of the molding press
- 2222
- Konvex gekrümmte Patrize der FormpresseConvex curved Patrice of the molding press
- 2323
- Messerknife
- 2424
- Formpressemolding press
- 2525
- Blattfederleaf spring
- F1F1
-
Auflegkraft
der Auflegrolle
5 Auflegkraft the Auflegrolle5 - F2F2
-
Normalkraftanteil
der Zugkraft F6 auf den Strang
11 Normal force component of the tensile force F6 on the strand11 - F3F3
-
Andrückkraft
der Glättrolle
7 Pressing force of the smoothing roller7 - F4F4
-
Andrückkraft
der Glättrolle
8 Pressing force of the smoothing roller8th - F5F5
-
Andrückkraft
der Glättrolle
9 Pressing force of the smoothing roller9 - F6F6
- Zugkrafttraction
- S1S1
- Eingangsseitige Heizzone des Heiztischesinput-side Heating zone of the heating table
- S2S2
- Mittlere Heizzone des Heiztischesmiddle Heating zone of the heating table
- S3S3
- Ausgangsseitige Heizzone des HeiztischesLoad-side Heating zone of the heating table
- T1T1
-
Mittlere
Temperatur des eingangsseitigen Abschnitts
16 Average temperature of the input-side section16 - T2T2
- Mittlere Temperatur der Werkstoffe in der Heizzone S1middle Temperature of materials in heating zone S1
- T3T3
- Mittlere Temperatur der Werkstoffe in der Heizzone S2middle Temperature of materials in heating zone S2
- T4T4
- Mittlere Temperatur der Werkstoffe in der Heizzone S3middle Temperature of materials in heating zone S3
- T5T5
- Mittlere Temperatur des Prepreg-Stranges hinter dem Heiztischmiddle Temperature of the prepreg strand behind the heating table
- T6T6
- Mittlere Temperatur des Prepreg-Stranges hinter dem Kühltischmiddle Temperature of the prepreg strand behind the cooling table
- T7T7
-
Schmelztemperatur
des Kunststoffs
14 Melting temperature of the plastic14 - T8T8
- Schmelztemperatur des Kunststoffs der Abdeckmaterialbahnenmelting temperature the plastic of Abdeckmaterialbahnen
- TT
- Temperaturtemperature
- tt
- ZeitTime
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