DE102007040609A1 - A method for producing a rope-like spring element semifinished product, a helical spring element, a tool for processing a cable-like spring element semifinished product, a shaping body for forming a rope-like spring element semifinished product and a spiral-shaped spring element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines seilartigen Federelementhalbzeugs (10), bei dem ein Feder-Kernkörper (20) und eine den Feder-Kernkörper (20) umgebende Verstärkungsfaser-Umhüllung (30), die wenigstens ein Faser-Filament (32) aufweist, bereitgestellt wird. Zumindest die Verstärkungsfaser-Umhüllung (30) wird mit einem flüssigen oder pastösen, aushärtbaren Matrixwerkstoff (78) getränkt und dadurch eine vorläufige gegenseitige Anordnung des Feder-Kernkörpers (20) und der Verstärkungsfaser-Umhüllung (30) festgelegt und eine vorbestimmte Querschnittsform des Federelementhalbzeugs (10) ausgebildet. Ein Verfahren zur Herstellung eines spiralförmigen Federelementes (200) mittels eines Federelementhalbzeugs (10) umfasst die Schritte des Wickelns des getränkten und/oder zumindest teilweise ausgehärteten Federelementhalbzeugs (10) um einen Formgebungskörper (100) mit einer Oberfläche, die auf die endgültige geometrische Form des Federelementes (200) abgestimmt ist und/oder diese abbildet und das vollständige Aushärten (118) des flüssigen oder pastösen, aushärtbaren Matrixwerkstoffs (78), wodurch das spiralförmige Federelement (200) gebildet wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Werkzeug (40) zur Bearbeitung eines seilartigen Federelementhalbzeugs (10) und einen Formgebungskörper (100) zur Umformung eines seilartigen Federelementhalbzeugs (10) in ein spiralförmiges Federelementhalbzeug. Schließlich betrifft die Erfindung ein spiralförmiges Federelement ...The invention relates to a method for producing a rope-like spring element semifinished product (10), in which a spring core body (20) and a reinforcing fiber sheath (30) surrounding the spring core body (20) and comprising at least one fiber filament (32) , provided. At least the reinforcing fiber sheath (30) is impregnated with a liquid or pasty, curable matrix material (78), thereby establishing a provisional mutual arrangement of the spring core body (20) and the reinforcing fiber sheath (30) and a predetermined cross-sectional shape of the spring element ( 10) is formed. A method for producing a helical spring element (200) by means of a spring element semifinished product (10) comprises the steps of winding the impregnated and / or at least partially hardened spring element semifinished product (10) around a shaping element (100) having a surface which corresponds to the final geometric shape of the Spring element (200) is tuned and / or these and the complete curing (118) of the liquid or pasty curable matrix material (78), whereby the spiral-shaped spring element (200) is formed. Furthermore, the invention relates to a tool (40) for processing a cable-like spring element semifinished product (10) and a shaping body (100) for forming a rope-like spring element semifinished product (10) in a spiral spring element semifinished product. Finally, the invention relates to a spiral spring element ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines seilartigen Federelementhalbzeugs, ein Verfahren zur Herstellung eines spiralförmigen Federelements, ein Werkzeug zur Bearbeitung eines seilartigen Federelementhalbzeugs, ein Formgebungskörper zur Umformung eines seilartigen Federelementhalbzeugs ein spiralförmiges Federelementhalbzeug und ein spiralförmiges Federelement.The The invention relates to a method for producing a rope-like Spring element semifinished product, a method for producing a helical spring element, a tool for processing a cable-like spring element semifinished product, a shaping body for forming a cable-like spring element semifinished a spiral spring element semifinished product and a spiral Spring element.
Herkömmliche Federelemente aus Stahl erfordern bei hohen Beanspruchungen einen großen Querschnitt und haben daher ein großes Gewicht, sind dynamisch nur wenig wechselbeanspruchbar und korrosionsanfällig.conventional Steel spring elements require a high load big cross section and therefore have a big one Weight, are dynamically little to change and susceptible to corrosion.
Ferner sind seilartige Federelemente bekannt, die aus Faserverbundwerkstoffen bestehen. Derartige Spiralfedern eignen sich insbesondere zur Aufnahme von Torsionsbeanspruchungen. Neben zylindrischen Spiralfedern sind auch ebene Spiralfedern oder Federn mit rechteckigem Querschnitt bekannt.Further rope-like spring elements are known, made of fiber composites consist. Such coil springs are particularly suitable for recording of torsional stresses. In addition to cylindrical coil springs are also flat coil springs or springs with rectangular cross-section known.
Allerdings gestaltet sich die Herstellung solcher Federelemente aus Faserverbundwerkstoffen als sehr schwierig.Indeed designed the production of such spring elements made of fiber composites as very difficult.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen im Rahmen der Herstellung eines spiralförmigen Federelements und ein solches Federelement anzugeben, das einfach herstellbar ist, insbesondere im Endlosverfahren. Ferner sollen verschiedene Querschnittsformen herstellbar und das Federelement vielseitig einsetzbar sein.Of the Invention is based on the object measures in the context of production a spiral Specify spring element and such a spring element, the simple can be produced, in particular in the continuous process. Furthermore, should different cross-sectional shapes produced and the spring element be versatile.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 16, 19, 26, 30, 40 und 41 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These Task is governed by the objects of claims 1, 16, 19, 26, 30, 40 and 41 solved. advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Eine Idee der Erfindung liegt demnach darin, bei einem Verfahren zur Herstellung eines seilartigen Federelementhalbzeugs einen Feder-Kernkörper und eine den Feder-Kernkörper umgebende Verstärkungsfaser-Umhüllung, die wenigstens ein Faser-Filament aufweist, bereitzustellen. Zumindest die Verstärkungsfaser-Umhüllung wird mit einem flüssigen oder pastösen, aushärtbaren Matrixwerkstoff getränkt und dadurch eine vorläufige gegenseitige Anordnung des Feder-Kernkörpers und der Verstärkungsfaser-Umhüllung und festgelegt und eine vorbestimmte Querschnittsform des Federelementhalbzeugs ausgebildet.A The idea of the invention is therefore to be found in a method for Production of a rope-like spring element semifinished a spring core body and a spring core body surrounding reinforcing fiber cladding at least one fiber filament to provide. At least the reinforcing fiber cladding becomes with a liquid or pasty, curable Soaked matrix material and thereby a provisional one mutual arrangement of the spring core body and of reinforcing fiber cladding and set and a predetermined cross-sectional shape of the spring element semifinished product educated.
Mit anderen Worten ist die Verstärkungsfaser-Umhüllung in dem Matrixwerkstoff eingebettet. Dieser Werkstoff ist vorzugsweise korrosionsbeständig. Als Matrixwerkstoff wird vorzugsweise ein Harz, insbesondere ein Epoxydharz verwendet. Die Umhüllung bildet eine Verstärkungsfaserstruktur. Vorzugsweise kann die Verstärkungsfaser-Umhüllung wenigstens eine Verstärkungsfaser bzw. wenigstens ein Filament oder einen aus mehreren Filamenten gebildeten Faden aufweisen.With In other words, the reinforcing fiber sheath is in embedded in the matrix material. This material is preferably corrosion resistant. The matrix material is preferably a resin, in particular a Epoxy resin used. The serving forms a reinforcing fiber structure. Preferably, the reinforcing fiber sheath may be at least a reinforcing fiber or at least one filament or one of a plurality of filaments Have thread.
Ferner kann der Feder-Kernkörper bei der Herstellung des Federelementhalbzeugs bzw. des weiter unten noch erläuterten Verfahren zur Herstellung eines spiralförmigen Faserverbundwerkstoff-Federelements nur einen Hilfskörper darstellen, der sicherstellt, dass beim Tränken mit dem Matrixwerkstoff bzw. beim späteren Wickeln des „getränkten" Federelementhalbzeugs dessen Querschnittsform weitgehend beibehalten wird.Further can be the spring core body in the manufacture of the spring element semifinished product or the below yet explained Method for producing a spiral fiber composite spring element only one auxiliary body ensure that when soaking with the matrix material or later Winding the "soaked" spring element semifinished product whose cross-sectional shape is largely maintained.
Der Feder-Kernkörper kann aus einem Vollmaterial oder aus einer Faser oder einem Faserbündel bestehen, wobei der Feder-Kernkörper vorzugsweise einen thermoplastischen oder elastomeren Werkstoff oder einen Faserwerkstoff, insbesondere Glasfaser, umfasst. Die Werkstoffe und der ein- oder mehrteilige Aufbau von Feder-Kernkörper und Umhüllung werden noch weiter unten insbesondere im Zusammenhang mit dem herzustellenden endgültigen Faserverbundwerkstoff-Federelements erläutert.Of the Spring core body may consist of a solid material or of a fiber or a fiber bundle, wherein the spring core body preferably a thermoplastic or elastomeric material or a fiber material, in particular glass fiber, comprises. The Materials and the one- or multi-part construction of spring core body and wrapping will be described below, in particular in connection with the final Fiber composite spring member explained.
So befinden sich Feder-Kernkörper und Verstärkungsfaser-Umhüllung in der vorläufigen gegenseitigen Anordnung vorzugsweise in einem lockeren Zusammenhalt unter Ausbildung von Zwischenräumen zwischen dem Faden oder Fadenbündel und dem Feder-Kernkörper. In der endgültigen gegenseitigen Anordnung liegt der Faden bzw. liegen die Fäden unter Minimierung der Zwischenräume und Lufteinschlüsse eng aneinander und an dem Feder-Kernkörper an. Vorzugsweise erfolgt die Komprimierung unter Zuhilfenahme einer Zugkraft, die zugleich zur Beförderung des Federelementhalbzeugs in Fortschrittsrichtung des Verfahrens verwendet werden kann.So are spring-core body and reinforcing fiber cladding in the provisional mutual arrangement preferably in a loose cohesion under formation of gaps between the thread or bundle of threads and the spring core body. In the final mutual arrangement of the thread or the threads are below Minimization of the gaps and air pockets close to each other and to the spring core body. Preferably takes place the compression with the help of a traction, at the same time for transportation of the spring element semifinished product in the advancing direction of the method can be used.
Anstelle des Begriffes Federelementhalbzeug wird im Folgenden auch der Begriff „Seil" und anstelle des Begriffes Feder-Kernkörper auch der Begriff „innere Seele" verwendet. Unter einem Fadenbündel ist auch eine Vielzahl von Fäden, Filamenten oder Einzelfäden zu verstehen.Instead of The term spring element semifinished product is hereinafter also the term "rope" and instead of Conceptual spring core body also the term "inner Soul "used. Under a thread bundle is also a variety of threads, Filaments or monofilaments to understand.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist der verwendete Feder-Kernkörper an seiner Außenseite gegen ein Eindringen des flüssigen oder pastösen, aushärtbaren Matrixwerkstoff abgedichtet. Ferner kann der Feder-Kernkörper für den flüssigen oder pastösen, aushärtbaren Matrixwerkstoff impermeabel sein. Vorzugsweise ist der Feder-Kernkörper gummiartig oder schaumstoffartig elastisch und reversibel komprimierbar.at A preferred embodiment of the method is used Spring core body at its outside against penetration of the liquid or pasty, curable Sealed matrix material. Furthermore, the spring core body for the liquid or pasty, curable Be matrix material impermeable. Preferably, the spring core body is rubbery or foam-like elastic and reversible compressible.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird im Schritt b) des Anspruchs 1 auch der Feder-Kernkörper getränkt wird. Bevorzugt kann beim Tränken eine überschüssige Menge des Matrixwerkstoffes zugeführt werden.at a further preferred embodiment is in step b) of Claim 1 and the spring core body soaked becomes. Preferably, when soaking an excess amount supplied to the matrix material become.
Zum Tränken kann das Federelementhalbzeug mit einer überschüssigen Menge des Matrixwerkstoffes durch ein mit dem flüssigen oder pastösen, aushärtbaren Matrixwerkstoff gefülltes Tränkbecken befördert werden. Vorzugsweise erfolgt der Transport des Federelementhalbzeugs durch das Tränkbecken in einem nicht gespannten Zustand, so dass genügend Zwischenräume zwischen den einzelnen Bestandteilen des Federelementhalbzeug vorhanden sind, durch welche der Matrixwerkstoff möglichst großflächig mit der Oberfläche des Fadens, der Fäden und/oder der Verstärkungsfaser-Umhüllung sowie gegebenenfalls des Feder-Kernkörpers in Kontakt kommen kann. Um diesen nicht gespannten Transport durch das Tränkbecken zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn stromabwärts und/oder stromaufwärts des Beckens jeweils eine Spannungsreglervorrichtung vorhanden ist.To the Soak can the spring element semifinished with an excess amount of the matrix material by one with the liquid or pasty, curable Matrix material filled drinking trough promoted become. Preferably, the transport of the spring element semifinished product takes place through the drinking basin in a non-tensioned state, leaving enough spaces between the individual components of the spring element semifinished product are present, through which the matrix material as large as possible with the surface of the Thread, the threads and / or reinforcing fiber cladding as well optionally the spring core body in Contact can come. To this unstressed transport through the drinking bowl to enable it is advantageous if downstream and / or upstream of the Basin each voltage regulator device is present.
Bei einer anderen vorteilhaften Verfahrensvariante wird das Federelementhalbzeug zum Tränken durch einen Förderkanal befördert und der flüssige oder pastöse, aushärtbare Matrixwerkstoff wird in den Förderkanal injiziert.at Another advantageous variant of the method is the spring element semifinished product for watering through a conveyor channel promoted and the liquid one or pasty, curable Matrix material is in the conveyor channel injected.
Vorzugsweise wird der Matrixwerkstoff unter Druck in den Förderkanal injiziert, so dass er in die Zwischenräume gelangen kann. Um einen ausreichenden Druck für die Zuleitung des Matrixwerkstoffes zu erreichen, kann der Matrixwerkstoff über eine Spritzgussmaschine zugeführt werden und beispielsweise über mehrere Bohrung in den Förderkanal injiziert werden. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Injektion des Matrixwerkstoffes in einem Bereich des Förderkanals erfolgt, in welchem sich die Bestandteile des Federelementhalbzeugs sich in der vorläufigen gegenseitigen Anordnung unter Ausbildung von Zwischenräumen befinden.Preferably The matrix material is injected under pressure into the delivery channel, so that he in the interstices can get. To provide sufficient pressure for the supply of the matrix material can reach the matrix material via an injection molding machine supplied and for example over several holes in the delivery channel be injected. Furthermore, it is preferred if the injection of the matrix material takes place in a region of the conveying channel, in which the components of the spring element semifinished product are in the provisional mutual Arrangement under formation of intermediate spaces are.
Vorzugsweise wird das Federelementhalbzeug nach dem Tränken durch einen Förderkanal transportiert.Preferably the spring element semifinished product is transported after impregnation through a conveyor channel.
Vorteilhafterweise werden in dem Förderkanal Feder-Kernkörper und Verstärkungsfaser-Umhüllung weitegehend in ihre endgültige Position zueinander ge bracht. Für diesen Zweck kann ein entsprechend ausgestaltetes und weiter unten noch beschriebenes Werkzeug mit verschiedenen Bearbeitungszonen eingesetzt werden. Für den Fall, dass der Feder-Kernkörper nicht entfernt wird, ergibt sich die endgültige Anordnung der Verstärkungsfaser-Umhüllung nach vollständigem Aushärten des Matrixwerkstoffes.advantageously, be in the conveyor channel Spring core body and reinforcing fiber cladding as far as possible in their final Position brought to each other ge. For this purpose can be a suitably designed and further down still described tool with different processing zones be used. For the case that the spring core body is not removed, results in the final arrangement of the reinforcing fiber sheath after complete Harden of the matrix material.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Federelementhalbzeug während des Tränkens und/oder nach dem Tränken komprimiert und hierbei elastisch und reversibel verformt. Mit anderen Worten wird das Federelementhalbzeug durch Druckeinwirkung von der Aussenseite des Federelementhalbzeugs her zusammengepresst. Das Komprimieren erfolgt vorzugsweise im und/oder mittels des Förderkanals.at Another preferred embodiment is the spring element semifinished product while of drinking and / or after soaking compressed and thereby elastically and reversibly deformed. With others Words, the spring element semifinished by pressure from the Outside of the spring element semifinished ago compressed. The Compression is preferably carried out in and / or by means of the delivery channel.
Von Vorteil ist ferner, wenn der Feder-Kernkörper elastisch und reversibel komprimierbar ist und während des Komprimierens auch der Feder-Kernkörper zusammengedrückt wird und so mittels des Feder-Kernkörpers ein gegen die Innenseite der Verstärkungsfaser-Umhüllung gerichteter Gegendruck erzeugt wird.From Another advantage is when the spring core body elastic and reversible is compressible and while Compressing the spring core body is compressed and so by means of the spring core body a directed against the inside of the reinforcing fiber sheath Counterpressure is generated.
Vorzugsweise kann nach dem Tränken etwaiger überschüssiger Matrixwerkstoff entfernt werden. Das Entfernen des überschüssigen Matrixwerkstoffs kann über den Förderkanal oder mittels des Förderkanals erfolgen. Entfernter überschüssiger flüssiger oder pastöser, aushärtbarer Matrixwerkstoff kann gesammelt und zum Tränken wieder verwendet werden.Preferably can after soaking any excess matrix material be removed. The removal of the excess matrix material can over the delivery channel or by means of the delivery channel respectively. Removed excess liquid or pasty, curable Matrix material can be collected and reused for soaking.
In bevorzugter Weiterbildung kann in einem Schritt c) der Matrixwerkstoff zumindest teilweise ausgehärtet werden, so dass das Federelementhalbzeug einen prepreg-artigen und weitgehend trockenen, biegeschlaffen, seilartigen Zustand besitzt.In preferred development can in a step c) the matrix material at least partially cured be so that the spring element semi-finished a prepreg-like and has largely dry, limp, rope-like state.
Ein Vorteil des vorbeschriebenen Verfahrens liegt darin, dass der überschüssige Matrixwerkstoff gesammelt und wiederverwendet werden kann. Ferner können die Bearbeitungsschritte des Tränkens und des Komprimierens aufeinander abgestimmt werden bzw. zusammengefasst werden, so dass beispielsweise der anfallende überschüssige Matrixwerkstoff zugleich einen leichteren Transport des Federelementes durch den Förderkanal ermöglicht.One The advantage of the method described above is that the excess matrix material is collected and can be reused. Furthermore, the processing steps of drinking and Compression be coordinated or summarized be, so that, for example, the resulting excess matrix material at the same time easier transport of the spring element through the conveyor channel allows.
Das erfindungsgemäße Werkzeug zur Bearbeitung eines seilartigen Federelementhalbzeugs, insbesondere des oben erläuterten seilartigen Federelementhalbzeugs, umfasst einen Förderkanal, durch den das Federelementhalbzeug förderbar ist und der in Förderrichtung einen Zuführbereich, einen Kompressionsbereich und einen Abführbereich aufweist, wobei sich der Förderkanal in Förderrichtung von einem Eingang des Zuführbereichs zum Kompressionsbereich hin verjüngt, und wobei die Querschnittsfläche bzw. der Durchmesser des Eingangs des Zuführbereichs größer oder gleich groß wie der Außen-Durchmesser des in den Förderkanal geförderten Federelementhalbzeugs ist, und wobei die Querschnittsfläche bzw. der Durchmesser des Kompressionsbereiches kleiner als die zu formende gewünschte Querschnittsfläche bzw. der gewünschte zu formende Außen-Durchmesser des Federelementhalbzeugs ist.The tool according to the invention for processing a cable-like spring element semifinished product, in particular the above-described rope-like spring element semifinished product, comprises a conveyor channel through which the spring element semifinished product can be conveyed and which has a feed region, a compression region and a discharge region in the conveying direction, the conveying channel being in the conveying direction from an inlet of the Tapered tapered to the compression region, and wherein the cross-sectional area or the diameter of the inlet of the feed region is greater than or equal to the outer diameter of the conveyed into the conveyor channel spring element semifinished product, and wherein the cross-sectional area or the diameter of the compression region smaller than that to be formed desired cross-sectional area or the desired is to be formed outer diameter of the spring element semifinished product.
Das Werkzeug bzw. dessen Förderkanal ermöglicht es den Matrixwerkstoff in die Faserstruktur zu drücken, überschüssigen Matrixwerkstoff abzustreifen bzw. den Matrixwerkstoff in dem Förderkanal zu injizieren. Das verwendete Halbzeug kann einen ovalen Querschnitt besitzen, durch einen runden Kanal gefördert werden und nachfolgend mit einem ovalen Querschnitt aushärten. Dies kann sich insbesondere dadurch ergeben, weil der Feder-Kernköper die spätere Querschnittsform maßgeblich mitbestimmt.The Tool or its delivery channel allows to push the matrix material into the fiber structure, excess matrix material strip or inject the matrix material in the delivery channel. The used semi-finished product may have an oval cross-section, through promoted a round channel and subsequently cure with an oval cross-section. This may in particular arise because of the spring core body, the later cross-sectional shape decisively influenced.
So stellt der Förderkanal einen langgestreckten Hohlraum mit einer sich entlang der Förderrichtung zumindest abschnittsweise veränderlichen Querschnittsfläche bereit. Diese Querschnittsfläche verläuft im wesentlichen quer, insbesondere senkrecht, zur Förderrichtung. Nach Durchlaufen dieses Werkzeuges liegt die Verstärkungsfaser-Umhüllung eng an dem Feder-Kernkörper an.So provides the delivery channel an elongated cavity with one extending along the conveying direction at least partially variable cross-sectional area ready. This cross-sectional area is substantially transverse, in particular perpendicular, to the conveying direction. After going through In this tool, the reinforcement fiber cladding is tight on the spring core body at.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist zwischen Zuführbereich und Kompressionsbereich ein Injektionsbereich vorgesehen, und im Bereich des Injektionsbereiches mündet wenigstens eine Bohrung in den Förderkanal, durch die dem Federelementhalbzeug der flüssige oder pastöse, aushärtbare Matrixwerkstoff zuführbar ist. Auf diese Weise kann der im Kompressionsbereich herausgedrückte überschüssige Matrixwerkstoff über den Zuführbereich und/oder den Abführbereich abgeleitet und zur Tränkung rückgeführt werden.at A preferred embodiment is between feed area and compression area provided an injection area, and in the At least one bore opens in the area of the injection area in the conveyor channel, by the semi-finished spring element of the liquid or pasty, curable matrix material supplied is. In this way, the pressed out in the compression region excess matrix material on the feeding and / or the discharge area derived and for impregnation be returned.
Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche bzw. der Durchmesser des Abführbereichs im Wesentlichen gleich groß oder größer als die zu formende gewünschte Querschnittsfläche bzw. der zu formende gewünschte Außen-Durchmesser des Federelementhalbzeugs.Preferably is the cross-sectional area or the diameter of the discharge area essentially the same size or greater than the desired shape to be formed Cross sectional area or the desired to be formed Outer diameter of the spring element semifinished product.
Da in den meisten Fällen ein im Wesentlichen kreisförmiger oder ein im Wesentlichen ovaler Querschnitt für das seilartige Federelementhalbzeug gewählt wird, ist das Werkzeug in bevorzugter Ausgestaltung derart ausgestaltet, dass sich die Querschnittsfläche des Zuführbereichs in Förderrichtung von einem ersten Durchmesser zu einem zweiten Durchmesser verjüngt, wobei der zweite Durchmesser größer als der zu formende gewünschte Durchmesser des Federelementhalbzeug ist und wobei ein dritter Durchmesser des Kompressionsbereiches im wesentlichen gleich groß oder kleiner als der gewünschte Durchmesser des Federelementhalbzeug ist.There in most cases a substantially circular one or a substantially oval cross section is selected for the cable-like spring element semifinished product, the tool is configured in a preferred embodiment such that is the cross-sectional area of the feed area in the conveying direction of tapered a first diameter to a second diameter, wherein the second diameter is larger than the desired to be formed Diameter of the spring element semifinished product and wherein a third diameter the compression region is substantially equal to or smaller as the desired Diameter of the spring element semifinished product is.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines spiralförmigen Federelementes mittels eines Federelementhalbzeugs, insbesondere mittels des oben erläuterten seilartigen Federelementhalbzeugs, umfasst folgende Schritte:
- a) Wickeln des getränkten und/oder zumindest teilweise ausgehärteten Federelementhalbzeugs um einen Formgebungskörper mit einer Oberfläche, die auf die endgültige geometrische Form des Federelementes abgestimmt ist und/oder diese abbildet; und
- b) vollständiges Aushärten des flüssigen oder pastösen, aushärtbaren Matrixwerkstoffs. Auf diese Weise wird ein spiralförmiges Federelement gebildet.
- a) winding the impregnated and / or at least partially cured semi-finished spring element around a shaping body having a surface which is adapted to the final geometric shape of the spring element and / or images; and
- b) complete curing of the liquid or pasty, curable matrix material. In this way, a spiral spring element is formed.
Mit diesem Verfahren soll insbesondere ein spiralförmiges Faserverbundwerkstoff-Federelement gebildet bzw. hergestellt werden.With In particular, a helical fiber composite spring element is to be formed in this method or produced.
Je nach gewünschter Querschnittsform des Federelementes kann der Formgebungskörper im Querschnitt betrachtet eine im wesentlichen kreisförmige, ellipsenförmige, rechteckförmige oder dergleichen Querschnittsform aufweisen. Ferner kann die Fortschrittgeschwindigkeit und/oder die Rotationsgeschwindigkeit des Formgebungskörpers auf die gewünschte Form abgestimmt sein.ever according to the desired Cross-sectional shape of the spring element, the shaping body in cross section considered a substantially circular, elliptical, rectangular or have the same cross-sectional shape. Furthermore, the progress speed and / or the rotational speed of the forming body the desired Be tuned shape.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird an den Formgebungskörper ein weiterer Formgebungskörper mittels einer verdrehsicheren, vorzugsweise formschlüssigen, Verbindung angeschlossen. Das Anschließen des Formgebungskörper kann mit oder ohne Unterbrechung des Wickelvorganges erfolgen. Beispielsweise kann der anzuschließende weitere Formgebungskörper mit der gleichen Geschwindigkeit und einer geeigneten Relativposition in Bezug auf den anderen Formgebungskörper angetrieben werden, so dass die beiden zu verbindenden Formgebungskörper während ihrer vorzugsweise synchronen Rotation aufeinander zu bewegt werden können, bis die verdrehsichere Verbindung erfolgt ist. Auf diese Weise ist es möglich ein endloses Federelement durch ein Wickelverfahren herzustellen, wobei es nicht erforderlich sein muss, den Wickelvorgang zu unterbrechen. Um je nach Anforderung unterschiedlich lange Federelemente herzustellen, können Formgebungskörper unterschiedlicher Längen vorgehalten werden, wobei ein Formgebungskörper gewünschter Länge auf einfache Weise durch Aneinanderfügen mehrerer Formgebungskörper schell bereitgestellt werden kann.at A preferred embodiment of the method is a to the shaping body further shaping body by means of a torsion-proof, preferably form-fitting, Connection connected. The connection of the shaping body can done with or without interrupting the winding process. For example can be connected further shaping bodies at the same speed and a suitable relative position be driven in relation to the other shaping body, so that the two forming body to be connected during their preferably synchronous Rotation can be moved towards each other until the non-rotating Connection is made. In this way it is possible an endless spring element to produce by a winding process, where it is not required must be to interrupt the winding process. To according to the requirement produce different length spring elements, shaping bodies can be different lengths be held, wherein a shaping body of desired length in a simple manner put together several shaping bodies can be provided quickly.
In bevorzugter Ausgestaltung wird der flüssige oder pastöse, aushärtbare Matrixwerkstoff mittels Wärme und/oder durch eine photochemische Reaktion, insbesondere mittels UV-Strahlung, ausgehärtet.In A preferred embodiment is the liquid or pasty, hardenable matrix material by heat and / or by a photochemical reaction, in particular by means of UV radiation, cured.
Ferner kann vor dem Wickeln des Federelementhalbzeugs um den Formgebungskörper ein Band, vorzugsweise ein Folienband, vorbestimmter Dicke auf den Formgebungskörper gewickelt werden. Ein derartiges Band kann nach beendetem Formgebungsprozess entfernt werden, woraufhin das Federelement leichter von dem Formgebungskörper abgenommen werden kann.Further, before winding the spring element semi-finished product around the shaping body, a band, preferably a foil strip, of predetermined thickness can be wound onto the shaping body the. Such a band can be removed after the completion of the molding process, whereupon the spring element can be removed more easily from the shaping body.
Weiterhin kann das ausgehärtete spiralförmigen Federelementes auf eine vorbestimmte Länge abgelängt werden.Farther can the cured spiral Spring element can be cut to a predetermined length.
Bei einer bevorzugten Variante wird der Feder-Kernkörpers nach dem vollständigen Aushärten des flüssigen oder pastösen, aushärtbaren Matrixwerkstoffs aus dem spiralförmigen Federelementes entfernt. Mit anderen Worten bildet der Feder-Kernkörper hier einen Hilfskörper oder Stützkörper, der nachträglich entfernt wird. Dies ist insbesondere im Rahmen von Leichtbauanwendungen vorteilhaft.at a preferred variant of the spring core body after complete curing of the liquid or pasty, curable Matrix material from the spiral Spring element removed. In other words, the spring core body forms here an auxiliary body or supporting body, which subsequently removed becomes. This is particularly advantageous in the context of lightweight construction applications.
Der erfindungsgemäße Formgebungskörper zur Umformung eines seilartigen Federelementhalbzeugs, insbesondere des oben erläuterten seilartigen Federelementhalbzeugs, in ein spiralartiges Federelementhalbzeug weist eine auf die geometrische Form des Federelementhalbzeugs abgestimmte oder diese Form abbildende Oberfläche und an wenigstens einem Ende einen Anschluss zur Verbindung mit einem weiteren Formgebungsköper auf.Of the Shaping body according to the invention Forming a rope-like spring element semifinished product, in particular of the above rope-like spring element semifinished product, into a spiral-like spring element semifinished product has a tuned to the geometric shape of the spring element semifinished product or this shape-imaging surface and at least one End a connection for connection with another shaping body.
Das spiralartige Federelementhalbzeug kann nach dieser Umformung noch in biegeschlaffer Form vorliegen und dann nach Aushärten des Matrixwerkstoffes die gewünschten Eigenschaften, wie beispielsweise die Elastizität und Festigkeit, erreichen.The spiral-like spring element semifinished product can still after this transformation be in limp form and then after curing of the Matrix material the desired Properties, such as elasticity and strength.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Anschluss verdrehfest ausgebildet. Vorteilhafterweise ist der Anschluss zur Bildung einer formschlüssigen Verbindung mit dem weiteren Formgebungskörper ausgebildet. Weiter bevorzugt weist der Anschluss eine Nut und/oder eine Feder auf.In preferred embodiment, the connection is formed rotationally fixed. Advantageously, the connection for forming a positive connection formed with the further shaping body. More preferably, the terminal has a groove and / or a spring on.
Vorteilhafterweise weist die Oberfläche wenigstens eine Rille zur spiralartigen Formgebung des Federelementhalbzeugs auf, wobei das seilartige Federelementhalbzeug in dieser Rille um den Formgebungskörper wickelbar ist. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Formgebung bei erhöhter Fortschrittsgeschwindigkeit erreichen werden.advantageously, indicates the surface at least one groove for spiral-like shaping of the spring element semifinished product on, wherein the rope-like spring element semifinished in this groove around the shaping body is windable. In this way, a uniform shape at increased speed of progress be achieved.
Die Erfindung betrifft ferner ein spiralförmiges Federelement, insbesondere ein spiralförmiges Faserverbundwerkstoff-Federelement, mit einem hohlen, rohrartigen Faserverbundwerkstoff-Federelementkörper.The The invention further relates to a helical spring element, in particular a spiral fiber composite spring element, with a hollow tubular fiber composite spring element body.
Der hohle, rohrartige Faserverbundwerkstoff-Federelementkörper ist vorzugsweise mittels oben genanntem Verfahren hergestellt und im Wesentlichen durch die Verstärkungsfaser-Umhüllung mit dem ausgehärteten Matrixwerkstoff gebildet. Der Begriff „Faserverbund" soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeuten, dass neben Fasern, Filamenten, Fäden und/oder Bündeln auch der Matrixwerkstoff vorhanden ist.Of the hollow, tubular fiber composite spring element body is preferably produced by the above-mentioned method and in Essentially through the reinforcing fiber cladding with the cured one Matrix material formed. The term "fiber composite" is intended in the context of present invention mean that in addition to fibers, filaments, Threads and / or Bundle up also the matrix material is present.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Faserverbundwerkstoff-Federelementkörper wenigstens eine Faser oder ein Filament aus Glas-, Kevlar-, Kohle- oder Borfaser. Vorzugsweise umfasst der Faserverbundwerkstoff-Federelementkörper wenigstes einen Faden oder ein Fadenbündel, gebildet aus mehreren Fasern und/oder Filamenten.at According to a preferred embodiment, the fiber composite spring element body comprises at least a fiber or filament of glass, Kevlar, carbon or boron fiber. Preferably, the fiber composite spring element body comprises at least a thread or a bundle of threads, formed from several fibers and / or filaments.
Sofern im Rahmen der vorliegenden Erfindung einer der vorgenannten Begriffe erwähnt wird, gilt dies ebenfalls für die anderen vorgenannten Begriffe. Der Einfachheit halber wird im Folgenden von einem Faden als Einzel-Faser oder Einzel- Filament und von einem Fadenbündel als eine Vielzahl von Fasern und/oder Filamenten gesprochen.Provided in the context of the present invention, one of the aforementioned terms mentioned This also applies to the other aforementioned terms. For the sake of simplicity, in Following from a thread as single-fiber or single-filament and from a thread bundle spoken as a variety of fibers and / or filaments.
Vorzugsweise ist der Faden und/oder das Fadenbündel in einer vorbestimmten Wickelung gewickelt. Weiter bevorzugt kann das Fadenbündel mehrere Gruppen von Fäden umfassen, wobei jede Gruppe gegenläufig oder gleichgerichtet bezüglich einer Längsrichtung des Faserverbundwerkstoff-Federelement gewickelt ist. Ferner können die Fäden einer Gruppe mit den Fäden einer anderen Gruppe verwoben sein.Preferably is the thread and / or the thread bundle in a predetermined Winding wound. More preferably, the thread bundle several Groups of threads comprise, each group in opposite directions or rectified with respect to a longitudinal direction the fiber composite spring element is wound. Furthermore, the Threads of a Group with the threads to be interwoven in another group.
In bevorzugter Ausgestaltung bildet eine Gruppe eine Schicht des Faserverbundwerkstoff-Federelementkörpers, die entlang der Längsrichtung im Wesentlichen im einheitlichen Abstand von der Längsachse des Federelementes entfernt ist. Es können mehrere Schichten angeordnet werden, die gleichgerichtet oder gegenläufig zueinander verlaufen.In a preferred embodiment, a group forms a layer of the fiber composite spring element body, the along the longitudinal direction essentially at a uniform distance from the longitudinal axis the spring element is removed. It can be arranged several layers become rectified or in opposite directions.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der hohle, rohrartige Faserverbundwerkstoff-Federelementkörper mit einem Feder-Kernkörper ausgefüllt sein. Diesbezüglich kann der Feder-Kernkörper aus einer Faser oder einem Faserbündel gebildet sein. Der Feder-Kernkörper kann einen thermoplastischen oder elastomeren Werkstoff oder einen Faserwerkstoff, vorzugsweise Glasfaser, aufweisen.In a further preferred embodiment For example, the hollow tube-like fiber composite spring element body may include a spring core body filled out be. In this regard, can be the spring core body be formed of a fiber or a fiber bundle. The spring core body can a thermoplastic or elastomeric material or a fiber material, preferably glass fiber.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines spiralförmigen Federelementes, insbesondere eines spiralförmigen Faserverbundwerkstoff-Federelementes, wobei mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 ein seilartiges Federelementhalbzeug hergestellt wird und wobei mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25 das seilartige Federelementhalbzeug zu einem spiralförmigen Federelementhalbzeug verarbeitet wird und durch Aushärten aus dem spiralförmigen Federelementhalbzeug das spiralförmiges Feder element (bzw. spiralförmigen Faserverbundwerkstoff-Federelement) hergestellt wird.The invention further relates to a method for producing a spiral spring element, in particular a spiral fiber composite spring element, wherein by a method according to one of claims 1 to 15, a rope-like spring element semifinished product is produced and wherein by a method according to one of claims 19 to 25, the rope-like spring element semifinished product to a spiral spring element semifinished verarbei tet and by curing from the spiral spring element semifinished the spiral spring element (or spiral fiber composite spring element) is made.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines spiralförmiges Federelementes, insbesondere eines spiralförmigen Faserverbundwerkstoff-Federelementes, mit einem hohlen, rohrartigen Faserverbundwerkstoff-Federelementkörper, umfassend ein Tränkbecken zum Tränken eines seilartigen Federelementhalbzeugs, ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wenigstens einen Formgebungskörper zur Umformung des seilartigen Federelementhalbzeugs in ein spiralförmiges Federelementhalbzeug nach einem der Ansprüche 20 bis 25 und eine Aushärtungseinrichtung zum Aushärten des spiralförmigen Federelementhalbzeugs zur Bildung des spiralförmigen Federelementes, insbesondere eines spiralförmigen Faserverbundwerkstoff-Federelementes.Farther the invention relates to a device for producing a helical spring element, in particular a spiral Fiber composite spring element, comprising a hollow tubular fiber composite spring element body a drinking basin for watering a rope-like spring element semifinished product, a tool after a the claims 16 to 18, at least one shaping body for forming the rope-like Spring element semifinished product in a spiral spring element semifinished product according to one of the claims 20 to 25 and a curing device for Harden of the spiral Spring element semifinished product for forming the spiral spring element, in particular a spiral Fiber composite spring element.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Spannvorrichtung zum Spannen des seilartigen Federelementhalbzeugs vorgesehen. Bevorzugt werden wenigstens zwei Spannvorrichtungen eingesetzt, wobei eine erste Spannvorrichtung stromaufwärts und eine zweite Spannvorrichtung stromabwärts des Tränkbeckens angeordnet wird.at a preferred embodiment is at least one tensioning device for tensioning the rope-like Spring element semi-finished provided. At least two are preferred Clamping devices used, wherein a first tensioning device upstream and a second tensioning device is arranged downstream of the drinking basin.
Vorteilhafterweise ist ein Auffangbecken zum Sammeln von überschüssigem Matrixwerkstoff vorgesehen. Ferner kann eine Rückführleitung, die den überschüssigen Matrixwerkstoff von dem Auffangbecken zu dem Tränkbecken zurückführt, bereitgestellt werden. Um ein Ablängen des seilartigen, des spiralförmigen Federelementhalbzeugs oder des spiralförmiges (Faserverbundwerkstoff-)Federelements zu ermöglichen, kann eine Trennvorichtung vorgesehen werden.advantageously, a catch basin is provided for collecting excess matrix material. Furthermore, a return line, the excess matrix material from the catch basin to the drinking basin be provided. To cut to length of the rope-like, the spiral-shaped Spring element semifinished product or the spiral (Faserverbundwerkstoff-) spring element to enable a separation device can be provided.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des vorgenannten Herstellverfahrens hat ein Verfahren zur serienmäßigen Herstellung von zylindrischen Spiralfedern konstanten Querschnitts zum Gegenstand.A preferred embodiment of the aforementioned manufacturing method has a process for mass production of cylindrical coil springs of constant cross section to the object.
Darüber hinaus ist ein Gegenstand der Erfindung ein Faserhalbzeug (im nachfolgenden auch als „Seil" bezeichnet), welches zur technischen Realisation des o. g. Verfahrens verwendbar ist.Furthermore is an object of the invention, a semi-finished fiber product (hereinafter also called "rope"), which for the technical realization of the o. g. Method is usable.
Ein Vorteil des Herstellverfahrens ist, dass unter Ausnutzung insbesondere der richtungsorientierten Festigkeitseigenschaften von Faserverbundwerkstoffen ein dynamisch hoch wechselbeanspruchbares, leichtes und gegen eine Vielzahl korrosiver Medien beständiges Maschinenelement geschaffen werden kann.One Advantage of the manufacturing process is that under utilization in particular the directional strength properties of fiber composites a dynamically highly changeable, lightweight and against a Variety of corrosive media resistant Machine element can be created.
Eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Federelementes liegt auf dem Gebiet von Luft- und Raumfahrzeugen, wie Flugzeugen, Hubschraubern und Raumfähren, auf dem maritimen Bereich sowie auf anderen Gebieten, in denen Bauteile mit hoher Festigkeit, langer Lebensdauer, guter Korrosionsbeständigkeit und zugleich mit einem geringen Gewicht gewünscht sind.A preferred use of the spring element according to the invention is on the field of aircraft and spacecraft, such as aircraft, helicopters and space ferries, in the maritime sector and in other areas where components are involved high strength, long life, good corrosion resistance and at the same time with a low weight are desired.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:embodiments The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In this shows:
Die „Seilseele"
Da Faserwerkstoffe sehr empfindlich gegen Belastung quer zum Faserverlauf sind, ist es zur Vermeidung oder Verringerung dieser Beanspruchung vorteilhaft, dass der „Seelendurchmesser" sehr groß gegenüber dem Filamentdurchmesser der Fadenbündel ist. Da der Filamentdurchmesser jedoch im μm-Bereich liegt, der Seelendurchmesser hingegen im mm-Bereich und die Verstärkungsfaser-Umhüllung der „Seele" im allgemeinen mehrschichtig erfolgt, ist diese Forderung generell erfüllt.There Fiber materials very sensitive to stress across the grain it is advantageous to avoid or reduce this stress, that the "core diameter" is very large compared to the Filament diameter of the thread bundles is. However, since the filament diameter is in the μm range, the core diameter however, in the mm range and the reinforcing fiber sheath the "soul" in general multi-layered is done, this requirement is generally met.
Die
Dicke der gewickelten bzw. gewickelten und verwobenen Verstärkungsfaser-Umhüllung
Die
Im
Rahmen der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele wird das Federelementhalbzeug
Um
den Feder-Kernkörper
Vorzugsweise erfolgt die auf diese Weise vorgenommene Umhüllung der inneren Seele in mehreren Schichten. Die Steigung der Fadenbündelschraubenlinie liegt im allgemeinen bei 45° bezüglich der Längsrichtung L, kann jedoch zu Erzielung bestimmter Eigenschaften während der Verarbeitung bzw. am Endprodukt um mehrere Grad differieren.Preferably the wrapping of the inner soul in this way takes place in several ways Layers. The pitch of the thread bundle screw line is in general at 45 ° with respect to longitudinal direction L, however, can achieve certain properties during the Processing or differ on the final product by several degrees.
Der
Feder-Kernkörper
Die
Generell
ermöglichen
die Fäden
Nachfolgend
werden zwei Varianten eines Verfahrens zur Herstellung des seilfömigen Federelementhalbzeugs
Die
erste Verfahrensvariante gemäß
Bei
der ersten Verfahrensvariante gemäß
Der
Förderkanal
Auf
Zug beansprucht, hat das Seil
Sodann
wird das Seil
Nachfolgend
wird die zweite Verfahrensvariante gemäß
Vom
Grundprinzip her erfolgt die Tränkung hier
durch Injizieren des Matrixwerkstoffs
Um
den Matrixwerkstoff
Stromabwärts des
Injektionsbereiches
Eine
solche Weiterverarbeitung wird nachfolgend beschrieben, kann sich
an beide vorbeschriebenen Verfahrensvarianten anschließen und
ist deshalb sowohl in
Um
einen kontinuierlichen Fertigungsprozess zu erreichen, können mehrere
Formgebungskörper
Um
nach abgeschlossener Wicklung das geformte und ausgehärtete (Faserverbundwerkstoff-)Federelement
Alternativ
zu einer rillenartig ausgebildeten Oberfläche
Durch
die Aufwicklung bekommt das Federelementhalbzeug eine spiralartige
Form. Um das endgültige
(Faserverbundwerkstoff-)Federelement
Das
fortlaufend gewickelte und nun ausgehärtete Faserverbundwerkstoff-Federelement
Je
nach Verwendungszweck des spiralförmigen Faserverbundwerkstoff-Federelementes
Die
oben beschriebenen Verfahren werden vorzugsweise vollautomatisch
durchgeführt,
sind prinzipiell aber auch manuell ausführbar. Ferner können insbesondere
Kleinserien mit Federelementhalbzeugen
Des
weiteren kann bei der Verwendung entsprechender Harztypen für den Matrixwerkstoff
Mit
dem oben beschriebenen Wickelverfahren werden vorzugsweise spiralförmige bzw.
zylindrische (Faserverbundwerkstoff-)Federelemente
Die
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geformten
Federelementhalbzeuge
Bei
der Wicklung des Federelementhalbzeugs
- 1010
- FederelementhalbzeugSpring element semis
- 2020
- Feder-KernkörperSpring core body
- 3030
- Verstärkungsfaser-UmhüllungReinforcing-fiber sheath
- 3232
- Fadenthread
- 3636
- Fadenbündelthread bundle
- 3737
- Fadenbündelthread bundle
- 3838
- Schichtlayer
- 4040
- WerkzeugTool
- 4242
- Basiskörperbase body
- 4343
- Bohrungdrilling
- 4444
- Förderkanaldelivery channel
- 4545
- Zuführbereichfeeding
- 4646
- Injektionsbereichinjection area
- 4747
- Kompressionsbereichcompression region
- 4848
- Abführbereichdischarge area
- 5050
- Anschlussconnection
- 5252
- Zuleitungsupply
- 5454
- Ringkanalannular channel
- 5656
- Bohrungdrilling
- 5858
- Spritzgussvorrichtunginjection molding machine
- 7070
- Rollerole
- 7272
- Umlenkrolleidler pulley
- 7474
- Spannvorrichtungjig
- 7575
- Spannvorrichtungjig
- 7676
- Tränkbeckendrinking trough
- 7878
- MatrixwerkstoffMatrix material
- 8080
- Auffangbeckencatch basin
- 8282
- RückführleitungReturn line
- 9090
- Magazinmagazine
- 100100
- Formgebungskörperbody shaping
- 102102
- Formgebungskörperbody shaping
- 104104
- Formgebungskörperbody shaping
- 106106
- Oberflächesurface
- 107107
- Rillegroove
- 108108
- erstes Endefirst The End
- 109109
- zweites Endesecond The End
- 110110
- Verbindungconnection
- 116116
- Folienbandfoil tape
- 118118
- Wärmekammerheat chamber
- 120120
- Trennvorrichtungseparating device
- 200200
- Faserverbundwerkstoff-FederelementFiber composite spring element
- LL
- Längsrichtunglongitudinal direction
- FF
- Förderrichtungconveying direction
- De D e
- erster Durchmesserfirst diameter
- Dk D k
- zweiter Durchmessersecond diameter
- Da D a
- dritter Durchmesserthird diameter
- Di D i
- vierter Durchmesserfourth diameter
Claims (45)
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