DE102011081494A1

DE102011081494A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Balgfeder mit quer zur Längsachse der Balgfeder verlaufenden Wellen

Info

Publication number: DE102011081494A1
Application number: DE201110081494
Authority: DE
Inventors: Daniel Wolf
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-02-28

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Balgfeder (1) mit quer zur Längsachse (30) der Balgfeder (1) verlaufenden, Wellentäler (3) und Wellenberge (4) aufweisenden Wellen (2) aus einem glattflächigen Rohr (5, 31) aus einem Faserverbundwerkstoff mit wenigstens in Längsrichtung des Rohres (5, 31) verlaufenden, im Wesentlichen parallelen Fasern, die in einer Matrix aus duroplastischem oder vorzugsweise thermoplastischem Kunststoff eingebettet sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren sowie eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Herstellen einer Balgfeder aus Faserverbundwerkstoff vorzuschlagen, mit denen sich gezielt vorgegebene Eigenschaften der Balgfeder realisieren lassen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht für das Verfahren darin, dass die quer zur Längsachse der Balgfeder (1) verlaufenden Wellen (2) mittels wenigstens außen relativ zum Rohr (5, 31) umlaufenden, radial zustellbaren und profilierten Wälzkörpern (10, 12, 20) in den verformbaren Faserverbundwerkstoff eingebracht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Balgfeder mit quer zur Längsachse der Balgfeder verlaufenden, Wellentäler und Wellenberge aufweisenden Wellen aus einem glattflächigen Rohr aus Faserverbundwerkstoff mit wenigstens in Längsrichtung des Rohres verlaufenden, im Wesentlichen parallelen Fasern, die in einer Matrix aus duroplastischem oder vorzugsweise thermoplastischem Kunststoff eingebettet sind. Ein derartiges Rohr lässt sich durch Druckaufgabe bei erhöhter Temperatur in Form bringen und das die Matrix bildende Harz erhärtet reversibel oder irreversibel.
Eine Bandfeder aus derartigem Faserverbundmaterial mit wellenförmigem Verlauf, bei der ein Federband als einzelner Wellenzug aus Umkehrbereichen und Zwischenabschnitten um eine Längsmittellinie mäandert, die im Wesentlichen der Richtung der Krafteinleitung entspricht, oder mit doppelwellenförmigem Verlauf, bei dem zwei Federbänder als Wellenzüge jeweils um zwei zueinander parallele Mittellinien mäandern, die parallel zu einer dazwischen liegenden Längsmittellinie liegen, die im Wesentlichen der Richtung der Krafteinleitung entspricht, ist in der DE 10 2008 006 411 A1 beschrieben. Diese Bandfeder aus Faserverbundwerkstoff lässt sich aus Matten, bestehend aus harzgetränktem Gewebe oder Gelegen (Prepregs) mit bestimmter Zuschnittsform oder aus harzgetränkten Faserbündeln, die parallelfaserig oder ineinander verdreht sein können (Rovings) herstellen, wobei die Matten in Formen eingelegt und dort unter Druckaufgabe und erhöhter Temperatur in Form gebracht werden. Dabei kann das die Matrix bildende Harz, wenn es ein Duroplast ist, irreversibel erhärten, oder es wird beim Abkühlen fest, wenn es sich um einen Thermoplast handelt. Das Fasermaterial in der Matrix führt dabei zu einer erhöhten Festigkeit des Fertigerzeugnisses.
Die Herstellung eines faserverstärkten thermoplastischen Halbzeugs, nämlich einer Matte aus einem thermoplastischen Polymer und einem genadelten, textilen Flächengebilde, das mindestens zwei Schichten aus orientierten Endlosfasern und mindestens eine Schicht aus nichtorientierten Fasern enthält, ist in der DE 37 41 669 A1 beschrieben. Die undirektional orientierten Fasern bewirken eine Verstärkung des Halbzeugs bzw. des daraus hergestellten Formteils in der Vorzugsrichtung, während der Wirrfaseranteil die Tränkbarkeit mit der Kunststoffschmelze und die Verformbarkeit des Halbzeugs durch Fließpressen begünstigt.
Üblicherweise werden zwei textile Flächen, gebildet zwischen drei Schmelzeschichten aus thermoplastischem Harz, die aus einem Extruder über drei Breitschlitzdüsen verteilt werden, einer beheizten Doppelbandpresse zugeführt. Für die Herstellung der Halbzeuge sind alle thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffe geeignet. Diese Kunststoffe können die üblichen Zusatzstoffe, wie Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe, Antistatika, Stabilisatoren und Flammschutzmittel enthalten.
Die in der DE 10 2008 006 411 A1 beschriebene und dargestellte Bandfeder ist aufgrund ihrer offenen Form zwar einfach zu fertigen, jedoch besteht bei dieser Feder die Gefahr des Ausknickens, wenn sie eine größere Windungsanzahl aufweist. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, die Bandfeder in Richtung der Längsmittelachse mit fluchtenden Durchgangslöchern zu versehen, durch die sich eine Führungsstange, beispielsweise ein Federbein mit integrierter Dämpferanordnung, durchstecken lässt.
Günstiger für derartige Fahrzeuganwendungen sind Balgfedern aus einem Faserverbundwerkstoff, da bei Balgfedern die Gefahr des Ausknickens erheblich geringer ist. In einem Federbeinbauteil kann die Balgfeder nicht nur die Aufgabe der Tragfeder übernehmen, sondern bildet auch den Faltenbalg zum Schutz der hydraulischen Komponenten. Da sich eine Balgfeder nicht wie eine zylindrische Schraubenfeder aus Stahl auf dem Federteller abwälzt, ist im Kontaktbereich weniger Korrosion zu erwarten, und aufwendige Federunterlagen mit aktiven Federelementen oder Opferanoden aus Titan-Zink-Blech können gänzlich entfallen. Außerdem ist die Krafteinleitung der Balgfeder auf den Federteller für die Bauteilstruktur günstiger, da sich durch den Entfall der Federabwälzung die Krafteinleitungspunkte über den Federhub nicht ändern. Diese sind im Gegensatz zur üblichen Dreipunkt-Auflage bei der Stahlfeder über den Federweg konstant und homogen auf 360° verteilt.
Eine gattungsgemäße Balgfeder lässt sich in einem festen, teilbaren Außenwerkzeug herstellen, in das die Falten des Balges gedrückt werden, die von einem größeren Außendurchmesser auf einen kleineren Innendurchmesser wechseln, wobei der erforderliche Kern für die hohle Balgfeder wegen der Hinterschnitte aufgrund der Falten des Balges als verlorener Kern oder in Form eines Silikonschlauchs oder Vakuumsacks als elastischer Kern ausgeführt werden kann. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 10 2007 051 517 A1 für in Längsrichtung gewellte Hohlkörper bekannt. Für eine Großserienfertigung ist diese Lösung wegen der geringen Standzeit von elastischen Kernen oder hohen Kosten für verlorene Kerne nicht wirtschaftlich zu verwirklichen.
Für die kontinuierliche Fertigung von gewellten Thermoplastrohren ist es bekannt, dass in einem Kreislauf sich ergänzende Formbacken auf einer sich an einem Spritzkopf anschließenden Formstrecke geführt werden und ein Wellrohr formen. Eine derartige Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von gewellten thermoplastischen Rohren oder Schläuchen, deren Wellen nicht notwendigerweise spiralig verlaufen, ist in der DE 692 22 188 T2 beschrieben. Es umfasst in Kombination einen Stützrahmen, mehrere Formschlitten, die auf einem Rahmen zur linearen Hin- und Herbewegung entlang einem linearen Pfad angebracht sind, und wenigstens einen auf jedem der Formschlitten angebrachten Formblock. Dabei weist jeder Formblock einen Satz von einander gegenüberliegenden Formsegmenten auf und jeder Satz von gegenüberliegenden Formsegmenten ist auf einem Schlitten in Querrichtung zum Schließen und Öffnen des Formblocks hin- und her bewegbar. Ferner gehört dazu eine auf dem Schlitten angebrachte Betätigungseinrichtung zum Bewegen der gegenüberliegenden Formsegmente auf dem Schlitten aufeinander zu und voneinander weg, sowie eine Betätigungseinrichtung zum wahlweisen Bewegen des Schlittens mit geschlossenen Formblöcken entlang dem linearen Weg zu einer Extrudierstation und zum wahlweisen Rückführen der Schlitten mit offenen Formblöcken in Rückwärtsrichtung entlang dem linearen Weg an geschlossenen Formblöcken vorbei, wobei die Formsegmente zur linearen Bewegung auf dem Schlitten zum Öffnen und Schließen der Formblöcke angebracht sind und eine einzelne Betätigungseinrichtung für die lineare Bewegung in beiden Richtungen entlang der Vorrichtung verwendet wird.
Es ist ersichtlich, dass diese Vorrichtung und das entsprechende Verfahren zum Herstellen von gewellten Rohren auch aufgrund der Endlosfaserverstärkung im Bauteil nicht ohne weiteres zur wirtschaftlichen Herstellung von Balgfedern geeignet und sehr kompliziert aufgebaut sind.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren und eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Herstellen einer Balgfeder aus Faserverbundwerkstoff vorzuschlagen, mit denen sich gezielt vorgegebene Eigenschaften der Balgfeder realisieren lassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Herstellen einer Balgfeder mit quer zu ihrer Längsachse verlaufenden Wellen, die Wellentäler und Wellenberge aufweisen, aus einem glattflächigen Rohr aus einem Faserverbundwerkstoff vorgeschlagen, wobei der Faserverbundwerkstoff wenigstens in Längsrichtung des Rohres verlaufende, im Wesentlichen parallele Fasern aufweist, die in einer Matrix aus duroplastischem oder vorzugsweise thermoplastischem Kunststoff eingebettet sind, und bei dem vorgesehen ist, dass die quer zur Längsachse der Balgfeder verlaufenden Wellen mittels mindestens außen relativ zum Rohr umlaufenden, radial zustellbaren, profilierten Wälzkörpern in den verformbaren Faserverbundwerkstoff eingebracht werden.
Ein derartiges, glattflächiges Rohr aus einem Faserverbundwerkstoff lässt sich mittels des Flechtpultrusionsverfahrens herstellen. Dieses Verfahren ermöglicht die quasi endlose Herstellung des Rohres mit beanspruchungsgerechter Faserorientierung. Ein derartiges Verfahren ist dem Fachmann beispielsweise aus der DE 17 78 957 B2 bekannt, deren Inhalt hier vollständig zum Gegenstand der Offenbarung gemacht ist.
Im Anschluss an die Flechtpultrusion des glattflächigen Rohres lassen sich Rohrabschnitte ablängen, so dass sich die quer zur Längsachse der Balgfeder verlaufenden Wellen in einen drehend angetriebenen Rohrabschnitt mittels der Wälzkörper in den verformbaren Faserverbundwerkstoff einbringen lassen.
Alternativ dazu ist es möglich, das glattflächige Rohr aus Faserverbundwerkstoff kontinuierlich in einer Extrusions- und Pultrusionsvorrichtung herzustellen und die quer zur Längsachse der Balgfeder verlaufenden Wellen mittels um das Rohr umlaufend angetriebenen Wälzkörpern in den verformbaren Faserverbundwerkstoff einzubringen.
Um das Einbringen der Wellen in das Rohr mittels der Wälzkörper zu fördern, kann während des Einbringens der Wellen eine axiale Stauchkraft auf das Rohr aufgebracht werden, um der höheren Zufuhrgeschwindigkeit des Rohres in die Anlage und der geringeren Auslaufgeschwindigkeit der Balgfeder aus der Anlage, die gegenüber dem zugeführten Rohr aufgrund der Wellenbildung verkürzt ist, Rechnung zu tragen.
Die Wellentäler lassen sich mittels außen angeordneten, als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörpern in das Rohr einbringen, während sich die Wellenberge mittels radial innen angeordneten und radial zustellbaren, profilierten Wälzkörpern in den verformbaren Faserverbundwerkstoff einbringen lassen.
Durch die Kombination von radial außen am und radial innen im Rohr angeordneten Wälzkörpern lassen sich die Wellen in wenigen Schritten in das Rohr bis Erreichen der gewünschten Amplitude der Wellen einbringen.
Eine Möglichkeit die Wellenberge mittels Wälzkörper im Rohr einzubringen, die insbesondere vorteilhaft ist, wenn das Rohr aus Faserverbundwerkstoff kontinuierlich in einer Extrusions- und Pultrusionsvorrichtung hergestellt und die Wellen ebenfalls kontinuierlich in das Rohr eingebracht werden, besteht darin, dass die Wellenberge mittels radial innen angeordnete, als ferromagnetische Kugeln ausgebildete Wälzkörper in den Faserverbundwerkstoff eingebracht werden, auf die zur radialen Zustellung ein radial außen angeordnetes Magnetfeld wirkt. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil sich diese Kugeln in die Extrusions- und Pultrusionsvorrichtung einführen und aus dem gewellten Rohr im Anschluss an den Vorgang des Einbringens der Wellen entnehmen lassen, ohne dass im Rohr zusätzliche Kugelführungseinrichtungen erforderlich sind.
Abhängig von der Wanddicke des Rohres und dem geforderten Verformungsgrad zum Einbringen der Wellen ist es vorteilhaft, das Einbringen der Wellen in den verformbaren Faserverbundwerkstoff schrittweise mit zunehmender Wellentiefe durchzuführen.
Einen vergleichbaren Vorteil bietet ein Verfahren, bei dem das Einbringen der Wellen in den verformbaren Faserverbundwerkstoff mittels wenigstens einer ersten Rollprofileinheit abschnittsweise unter Freilassung unverformter Bereiche durchgeführt wird, und in diese unverformten Bereiche anschließend weitere Wellen mittels wenigstens einer nachfolgenden Rollprofiliereinheit eingebracht werden. Bei dieser Variante lässt sich wenigstens in den unverformten Bereichen eine Vorschub- und/oder Heizvorrichtung anordnen, um Abkühlungsverluste durch Wärmezufuhr auszugleichen und um der Verkürzung des Rohres durch Aufbringen einer Vorschubkraft beim Einformen der Wellen Rechnung zu tragen.
Die Eingangs erwähnte Aufgabe wird außerdem durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Balgfeder mit quer zu ihrer Längsachse verlaufenden, Wellentäler und Wellenberge aufweisenden Wellen gelöst, wobei die Balgfeder aus einem glattflächigen Rohr aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt wird, und der Faserverbundwerkstoff wenigstens in Längsrichtung des Rohres verlaufende, im Wesentlichen parallele Fasern aufweist, die in einer Matrix aus duroplastischem oder vorzugsweise thermoplastischem Kunststoff eingebettet sind. Zur Durchführung des genannten Verfahrens ist diese Vorrichtung gekennzeichnet durch wenigstens eine mit Bezug auf das Rohr radial außen angeordnete Rollprofiliereinheit mit radial zustellbaren, profilierten und relativ zum Rohr umlaufend angeordneten Wälzkörpern.
Vorzugsweise ist eine Stauch- und Vorschubvorrichtung zum Aufbringen einer axialen Stauchkraft auf das Rohr und/oder ein Linearantrieb an der wenigstens einen Rollprofiliereinheit in Achsrichtung des Rohres vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Geschwindigkeit des zugeführten Halbzeuges höher ist als die des rollprofilierten und aus der Anlage abgeführten gewellten Rohres, wodurch im Rollprozess eine stauchend wirkende Kraft erzeugt wird.
Des Weiteren verfügt die Vorrichtung über wenigstens eine Rollprofileinheit, deren Wälzkörper, die lokal mit der Rollprofilstrecke verschieblich angeordnet sind, sich zur Profilachse radial zustellen lassen und kreisförmig um das Profil umlaufen können. Es ist also ein synchroner kontinuierlicher Vorschub der Rollprofileinheit mit dem Vorschub des Rohres möglich.
Alternativ kann die Rollprofiliereinheit nur linear verschieblich und radial zustellbar ausgeführt sein, während das Rohr rotiert und kontinuierlich vorgeschoben wird.
Zu diesem Zweck ist der Linearantrieb mit einer Steuereinrichtung verbunden, die ein radiales Ausheben der Wälzkörper aus einem Wellental und einen axialen Versatz der Rollprofiliereinheit um wenigstens eine Wellenlänge der jeweils eingebrachten Welle in Richtung eines unverformten oder vorverformten Rohrbereichs bewirkt.
Wenn das in eine Rollprofiliereinheit einlaufende Rohr bereits soweit abgekühlt ist, dass eine ausreichende Verformung nicht mehr möglich ist, ist es vorteilhaft, wenn wenigstens eine das Rohr beaufschlagende, wenigstens vor dem Einlauf des Rohres in eine Rollprofiliereinheit angeordnete Heizvorrichtung vorgesehen ist. Diese Heizvorrichtung kann radial außen und/oder radial innen im Rohr angeordnet sein, wobei die Heizenergie durch Strahlung oder Konvektion auf das Rohr bzw. Profil einwirken kann.
Weiter kann die Vorrichtung wenigstens zwei zueinander axial beabstandete Wälzkörperträger in der Rollprofiliereinheit aufweisen.
Um eine symmetrische Ausbildung der Wellentäler und der Wellenberge bei großer Amplitude der Wellen zu erreichen, sind vorzugsweise eine außen am Rohr angeordnete Rollprofiliereinheit mit als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörpern zum Einbringen der Wellentäler und wenigstens eine im Rohr angeordnete Rollprofiliereinheit mit radial zustellbaren, profilierten Wälzkörpern zum Einbringen der Wellenberge vorgesehen. Dabei weist die im Rohr angeordnete Rollprofiliereinheit bevorzugt Wälzkörper in Form von ferromagnetischen Kugeln auf, und radial außen am Rohr im Bereich der Kugeln Magnete zum radialen Zustellen der Kugeln und zum Einbringen der Wellenberge.
Insbesondere, wenn wenigstens zwei zueinander axial beabstandete Rollprofiliereinheiten zum abschnittsweisen Einbringen der Wellen unter Freilassung unverformter Bereiche vorgesehen sind, können in der ersten Rollprofiliereinheit ein Magnetpaar beiderseits eines Rollmeißels und in der zweiten Rollprofiliereinheit ein Magnet zwischen einem Rollmeißelpaar angeordnet sein.
Zur Herstellung eines Wellprofils formen die Rollmeißel von radial außen die konkave Welle, während von radial innen mindestens eine Kugel durch das Magnetfeld nach außen gezogen und im Profil rotiert wird, um die konvexe Welle zu formen. Der Umlauf und die Anziehung der Kugeln werden beispielsweise durch radial außen umlaufende, radial verschiebbare Permanentmagnete, Elektromagnete oder durch den Stator eines Reluktanzmotors erzielt. Alternativ kann das Rohr rotieren, während das Magnetfeld fest steht oder in derselben Richtung oder entgegen der Bewegungsrichtung des Rades rotiert. Die Kugeln, die auf diese Weise als berührungslos rotierende und zugestellte Innenrollmeißel funktionieren, werden nach Abschluss der Rollprofilierung aufgenommen und wieder zum Anfang der Rollprofilierstrecke geführt. Die Rückführung der Kugeln kann im Falle eines kontinuierlichen Profils auch nach einer Trennvorrichtung angeordnet sein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer, in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Herstellen einer Balgfeder gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Herstellen einer Balgfeder gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3 eine Ansicht eines Wälzkörperträgers gemäß einer ersten Ausführungsform,
4 eine weitere Ansicht eines Wälzkörperträgers gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
5 eine Seitenansicht eines Wälzkörperträgers gemäß einer dritten Ausführungsform.
In 1 ist eine Rollprofiliereinheit 6 zum Herstellen einer Balgfeder 1 aus einem Rohrabschnitt 31 dargestellt. Die Balgfeder 1 weist Wellen 2 mit Wellentälern 3 und Wellenbergen 4 auf und wird aus einem glattflächigen Rohr 5 aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt.
Die Rollprofiliereinheit 6 weist ein im Einzelnen nicht dargestelltes Gestell mit beabstandeten Gestellscheiben 7 auf, zwischen denen Linearantriebe 8 angeordnet sind, beispielsweise in Form von antreibbaren Riemen oder Ketten. An den Linearantrieben 8 sind gabelförmige Wälzkörperträger 9 angeordnet, die schrittweise eine zunehmende Verformung des Rohres 5 mit zunehmender Amplitude der Wellen 2 von einem unverformten Bereich 25 über einen vorverformten Bereich 26 bis zu einem endverformten Bereich 32 bewirken. Der Linearantrieb 8 läuft konisch zu, wodurch die Zustellung der als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörper 10 geometriebedingt ist.
Über eine Kugelzuführung 13 werden ferromagnetische Kugeln 12 in den Rohrabschnitt 31 eingeführt. Beiderseits der als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörper 10, die durch die als Gabeln ausgeführten Wälzkörperträger 9 geführt sind, sind Magnetpaare 11 angeordnet, die als außen umlaufende, radial verschiebbare Permanentmagnete, Elektromagnete oder als Stator eines Reluktanzmotors ausgebildet sind. Der Durchmesser der Kugeln 12 entspricht dem Innenprofil der zu formenden Wellenberge 4, so dass zur Herstellung des Wellenprofils die als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörper 10 von außen die Wellentäler 3 und abwechselnd von innen die Kugeln 12, die durch das Kraftfeld der Magnetpaare 11 nach außen gezogen werden, die Wellenberge 4 formen. Die Kugeln 12, die auf diese Weise berührungslos rotieren und zugestellt werden sowie als Innenrollmeißel wirken, werden nach Abschluss der Rollprofilierung durch eine Kugelrückführung 14 aufgenommen und wieder zur Kugelzuführung 13 zurückgeführt.
Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die Rollprofilierung eines Rohrabschnitts 31. In diesem Fall sind die Gestellscheiben 7 in einem nicht dargestellten Gestell mit einem Drehantrieb, welche die Gestellscheiben um den Rohrabschnitt 31 dreht, versehen, der durch eine Steuereinrichtung 17 gesteuert wird. Diese Steuereinrichtung steuert auch die Stauch- und Vorschubvorrichtung 16, die Kugelzuführung 13, den Linearantrieb 8 und eine Trennvorrichtung 15 an. Auf diese Weise werden die Wälzkörperträger 9 schrittweise mittels des Linearantriebs 8 weiter bewegt und nähern sich immer mehr dem zu verformenden Rohrabschnitt 31 an, so dass im Rohrabschnitt 31 vom Einlauf her in Richtung Auslauf immer tiefer eingeformte Wellen 2 entstehen, bis am Ausgang der Rollprofiliereinheit 6 ein fertig profiliertes Rohrstück vorliegt, von dem sich eine Balgfeder 1 mit der vorgegebenen Länge mittels einer Trennvorrichtung 15 abtrennen lässt.
Anstelle eines Drehantriebs für die Gestellscheiben 7 ist es im Fall abschnittsweise zugeführter Rohrabschnitte 31 auch möglich, einen Drehantrieb für den Rohrabschnitt 31 vorzusehen, so dass die Rollprofiliereinheit 6 nicht um den Rohrabschnitt 31 rotieren muss.
Eine nicht dargestellte Heizvorrichtung kann außen um den Rohrabschnitt 31 herum und/oder innen im Rohrabschnitt 31 angeordnet sein, um die Umformung des glattflächigen Rohres 5 in die Balgfeder 1 mit den Wellen 2 durchführen zu können. Die Heizenergie kann dabei als Strahlungswärme durch Infrarotstrahlung oder durch Mikrowellen oder mittels Stoffströmen durch Konvektion auf das Profil einwirken.
Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt lediglich zwei axial beabstandete Wälzkörperträger 9, jedoch ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Vielmehr können mehrere Wälzkörperträger 9 entlang dem Linearantrieb 8 angeordnet sein, und es können über den Umfang des Rohrabschnitts 31 mehrere Linearantriebe 8 mit einer entsprechenden Anzahl von Wälzkörperträgern 9 angeordnet sein, wie dies aus den 3 bis 5 ersichtlich ist.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die kontinuierliche Zufuhr eines in einer nicht dargestellten Extrusions- und Pultrusionsvorrichtung hergestellten Rohres 5 aus Faserverbundwerkstoff.
Die Herstellung eines derartigen Rohres 5 mit wenigstens in Längsrichtung des Rohres 5 verlaufenden, im Wesentlichen parallelen Fasern, die in einer Matrix aus vorzugsweise thermoplastischem Kunststoff eingebettet sind, ist allgemein bekannt und in der bereits erwähnten DE 17 78 957 B2 beschrieben.
Der in 2 dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer Balgfeder aus einem Rohr 5 aus Faserverbundwerkstoff wird ein glattflächiges Rohr 5 aus Faserverbundwerkstoff aus einer Extrusions- und Pultrusionsvorrichtung zur Halbzeugherstellung zugeführt und mittels einer Vorschubvorrichtung 22 mit der durch die Extrusions- und Pultrusionsvorrichtung vorgegebenen Geschwindigkeit durch eine Heizvorrichtung 23 transportiert. Danach gelangt das Rohr 5 in eine erste, um das Rohr umlaufende Rollprofiliereinheit 18, die an einem Wälzkörperträger 9 einen als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörper 10 und beiderseits dazu Magnetpaare 11 aufweist.
Die Wälzkörper 10 und die Magnetpaare 11 lassen sich radial mit Bezug auf eine Längsachse 30 des Rohres 5 zustellen. Die Rollprofiliereinheit 18 dient dazu, in das glattflächige Rohr 5 mittels der als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörper 10 ein Wellental 3 und mittels der ferromagnetischen Kugeln 12 und der Magnetpaare 11 ein Wellenbergpaar 4 unter Freilassung eines unverformten Bereichs 25 einzuformen. Der unverformte Bereich 25 entspricht mindestens einer Wellenlänge, er kann aber auch ein ganzzahliges Vielfaches einer Wellenlänge betragen, wie dies in 2 dargestellt ist.
Die durch einen Doppelpfeil angedeuteten Lineareinheit 33 bewegt die Rollprofiliereinheit 18 in Richtung der Längsachse 30 mit einer Geschwindigkeit, die im Wesentlichen der Zufuhrgeschwindigkeit des glattflächigen Rohrs 5 aus der Extrusions- und Pultrusionsvorrichtung entspricht.
Eine Steuereinheit 17 steuert die Bewegung der Rollprofiliereinheit 18 durch die Lineareinheit 33, das radiale Ausheben der Wälzkörper 10 aus dem Wellental 3 und das Zurückfahren der Rollprofiliereinheit 18 in die Ausgangsstellung, wenn die eingestellte Verformung des Rohres 5 zur Welle 2 erreicht ist, spätestens bevor die eingeformte Welle 2 in den Bereich einer weiteren Vorschubvorrichtung 22 und Heizvorrichtung 23 gelangt.
Nach Durchlaufen der Vorschubvorrichtung 22 und der Heizvorrichtung 23 gelangen die durch die Rollprofilierungseinheit 18 eingeformte Welle 2 und der unverformte Bereich 25 in den Bereich einer weiteren um das Rohr 5 umlaufenden Rollprofiliereinheit 19. Diese Rollprofiliereinheit 19 weist Rollmeißelpaare 20 und dazwischen angeordnete Magnete 21 auf, die in gleicher Weise, wie bezüglich der Rollprofiliereinheit 18 beschrieben, durch die Steuereinheit 17 radial zustellbar und in Richtung der Längsachse 30 beweglich sind. Mittels dieser zweiten Rollprofiliereinheit 19 werden die Wellen 2 mit den Wellentälern 3 und den Wellenbergen 4 in die unverformten Bereiche 25 eingeformt, so dass in diesem Bereich bereits das endgültige Profil der Balgfeder 1 vorliegt.
Die Rollprofiliereinheit 19 wird durch die Lineareinheit 33, welche von der Steuereinrichtung 17 gesteuert wird, schrittweise bewegt, um die Wellen 2 in die unverformten Bereiche 25 einzuformen, und um die Rollprofiliereinheit 19 in die in 2 dargestellte Ausgangsstellung zurückzubewegen, wenn sämtliche Wellen 2 in die unverformten Bereiche 25 eingeformt sind.
Der so geformte, endverformte Bereich 32 wird von einer weiteren Vorschubvorrichtung 22 aufgenommen, durch eine Kühlvorrichtung 24 geführt, und schließlich wird eine Trennvorrichtung 15 betätigt, um die in 1 gezeigte Balgfeder 1 mit der vorgegebenen Länge abzutrennen. Im Bereich der Trennvorrichtung 15 werden die Kugeln 12 durch eine Kugelrückführung 14 wieder in den Bereich der Kugelzuführung 13 transportiert.
Es ergibt sich somit, dass bei der in 2 gezeigten kontinuierlichen Rollprofilierung vorgesehen ist, dass die beiden Rollprofiliereinheiten 18 und 19 mit den als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörpern 10 bzw. 20, das glattflächige Rohr 5, den unverformten Bereich 25 und den endverformten Bereich 32 abschnittsweise sowie umlaufend begleiten. Die Radien der je nach Abschnitt eingesetzten Rollmeißel 10, 20 entsprechen dem im jeweiligen Abschnitt profilierten Radius der Wellen 2.
Die Rollmeißel 10, 20 werden nach dem Beendigen der jeweiligen Rollprofilierung radial soweit zurückgefahren, dass diese beim Zurückfahren entlang des Profils nicht mit den Wellenbergen 4 in Kontakt kommen. Der Abstand der beiden Rollprofiliereinheiten 18, 19 wird bei jedem der nachfolgenden Profilierschritte angepasst, um der Verkürzung des Rohres 5 durch die Wellprofilierung Rechnung zu tragen. Eine Dehnung des Rohres 5 ist aufgrund der in Längsrichtung des Rohres 5 verlaufenden, im Wesentlichen parallelen Fasern nicht möglich, die für die Federwirkung der Balgfeder 1 verantwortlich sind.
Durch die Segmentierung der Vorrichtung gemäß 2 lässt sich diese modulartig aufbauen, und die Ausführung der rotierenden, außen angeordneten Rollprofiliereinheiten 18, 19 vereinfacht sich, da beide im Wesentlichen gleich aufgebaut sind.
Die radiale Zustellung der als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörper 10 lässt sich unterschiedlich ausführen. Gemäß 3 sind die als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörper 10 mit ihren Drehachsen am Wälzkörperträger 9 in radialen Schlitzführungen 27 geführt und durch die Steuereinrichtung 17 gesteuert radial zustellbar.
Eine alternative Ausführungsform der radialen Zustellung ist in 4 dargestellt. Dort sind die als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörper 10 an Schwenkarmen 28 am Wälzkörperträger 9 drehbar gelagert, so dass sich die als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörper 10 radial in Richtung der Achse des Wälzkörperträgers 9 bewegen lassen, wie durch die Pfeile angedeutet ist.
Eine weitere Ausführungsform der radialen Zustellung der als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörper 10 zeigt 5. Bei dieser Ausführungsform sind die als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörper 10 mit ihren Drehachsen an Parallellenkern 29a, 29b gelagert, so dass die Radialbewegung auf einer Kreisbahn bezüglich des Wälzkörperträgers 9 erfolgt. Hierdurch ist eine Axialbewegung der als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörper 10 beim Annähern an die Längsachse 30 des Rohres 5 gegeben, die es bei geeigneter Wahl der Geometrie der Parallellenker 29a, 29b gegebenenfalls erlaubt, auf eine Axialbewegung des Wälzkörperträgers 9 und damit der Rollprofiliereinheit 18 bzw. 19 während des Einbringens der Wellen 2 zu verzichten.
Anstatt der dargestellten mechanischen radialen Zustellung der als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörper 10 in den Wälzkörperträgern 9 ist es auch möglich, die Rotation in Umfangsrichtung und/oder die Axialbewegung und/oder die radiale Zustellung über ein Kraftfeld, ähnlich einem Magnetlager, auszuführen.
Des Weiteren ist es möglich, anstatt einer an sich bevorzugten Matrix aus thermoplastischem Kunststoff einen duroplastischen Kunststoff einzusetzen.
Bezugszeichenliste

1: Balgfeder
2: Wellen
3: Wellentäler
4: Wellenberge
5: Rohr aus Faserverbundwerkstoff
6: Rollprofiliereinheit
7: beabstandete Gestellscheiben
8: Linearantrieb
9: Wälzkörperträger
10: Wälzkörper
11: Magnetpaare
12: ferromagnetische Kugeln
13: Kugelzuführung
14: Kugelrückführung
15: Trennvorrichtung
16: Stauch- und Vorschubvorrichtung
17: Steuereinrichtung
18: Rollprofiliereinheit
19: Rollprofiliereinheit
20: Rollmeißelpaar
21: Magnet
22: Vorschubvorrichtung
23: Heizvorrichtung
24: Kühlvorrichtung
25: Unverformter Bereich
26: Vorverformter Bereich
27: Radiale Schlitzführung
28: Schwenkarm
29a: Parallellenker
29b: Parallellenker
30: Längsachse
31: Rohrabschnitt
32: Endverformter Bereich
33: Lineareinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008006411 A1 [0002, 0005]
DE 3741669 A1 [0003]
DE 102007051517 A1 [0007]
DE 69222188 T2 [0008]
DE 1778957 B2 [0012, 0046]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Balgfeder (1) mit quer zur Längsachse (30) der Balgfeder (1) verlaufenden, Wellentäler (3) und Wellenberge (4) aufweisenden Wellen (2), aus einem insbesondere glattflächigen Rohr (5, 31) aus einem Faserverbundwerkstoff mit wenigstens in Längsrichtung des Rohres (5, 31) verlaufenden, im Wesentlichen parallelen Fasern, die in einer Matrix aus duroplastischem oder thermoplastischem Kunststoff eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Längsachse der Balgfeder (1) verlaufenden Wellen (2) mittels mindestens außen relativ zum Rohr (5, 31) umlaufenden, radial zustellbaren und profilierten Wälzkörpern (10, 12, 20) in den verformbaren Faserverbundwerkstoff eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Längsachse (30) der Balgfeder (1) verlaufenden Wellen (2) in einen drehend angetriebenen Rohrabschnitt (31) mittels der Wälzkörper (10, 12, 20) in den verformbaren Faserverbundwerkstoff eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (5) aus Faserverbundwerkstoff kontinuierlich in einer Extrusions- und Pultrusionsvorrichtung hergestellt wird und die quer zur Längsachse (30) der Balgfeder (1) verlaufenden Wellen (2) mittels um das Rohr (5) umlaufend angetriebenen Wälzkörpern (10, 20) in den verformbaren Faserverbundwerkstoff eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einbringens der Wellen (2) eine axiale Stauchkraft auf das Rohr aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellentäler (3) mittels radial außen angeordneten, als Rollmeißel ausgebildeten Wälzkörpern (10, 20) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenberge (4) mittels radial innen angeordneten, radial zustellbaren und profilierten Wälzkörpern (12) in den verformbaren Faserverbundwerkstoff eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenberge (4) mittels radial innen angeordneten, als magnetische, insbesondere ferromagnetische, Kugeln ausgebildeten Wälzkörper (12) eingebracht werden, auf die zur radialen Zustellung ein radial außen angeordnetes Magnetfeld wirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Wellen (2) in den verformbaren Faserverbundwerkstoff schrittweise mit zunehmender Wellentiefe erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Wellen (2) in den verformbaren Faserverbundwerkstoff mittels wenigstens einer Rollprofiliereinheit (18) abschnittsweise unter Freilassung unverformter Bereiche (25) durchgeführt wird, und dass in diese unverformten Bereiche (25) des verformbaren Faserverbundwerkstoffs anschließend weitere Wellen (2) mittels wenigstens einer nachfolgenden Rollprofiliereinheit (19) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die unverformten Bereiche (25) durch eine Vorschub- und/oder Heizvorrichtung (22, 23) mit einer Vorschubkraft und/oder Wärme beaufschlagt werden.
Vorrichtung zur Herstellung einer Balgfeder (1) mit quer zur Längsachse der Balgfeder (1) verlaufenden, Wellentäler (3) und Wellenberge (4) aufweisenden Wellen (2) aus einem glattflächigen Rohr (5) aus einem Faserverbundwerkstoff mit wenigstens in Längsrichtung des Rohres (5) verlaufenden, im Wesentlichen parallelen Fasern, die in einer Matrix aus duroplastischem oder thermoplastischem Kunststoff eingebettet sind, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch wenigstens eine mit Bezug auf das Rohr (5) außen angeordnete Rollprofiliereinheit (6, 18, 19) mit radial zustellbaren, profilierten und relativ zum Rohr (5) umlaufend angeordneten Wälzkörpern (10, 20).
Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Stauch- und Vorschubvorrichtung (16) zum Aufbringen einer axialen Stauchkraft auf das Rohr (5).
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch einen Linearantrieb (8) in der wenigstens einen Rollprofiliereinheit (6) in Achsrichtung des Rohres (5).
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (8) mit einer Steuereinrichtung (17) verbunden ist, die ein radiales Ausheben der Wälzkörper (10) aus einem Wellental (3) und einen axialen Versatz der Rollprofiliereinheit (6) um wenigstens eine Wellenlänge der jeweils eingebrachten Welle (2) in Richtung eines unverformten oder vorverformten Rohrbereichs (5, 26) bewirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch wenigstens zwei zueinander axial beabstandete Wälzkörperträger (9) in der Rollprofiliereinheit (6) zum Einbringen von Wellen (2) mit zunehmender Wellenamplitude.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch wenigstens zwei zueinander axial beabstandete Rollprofiliereinheiten (18, 19) zum abschnittsweisen Einbringen der Wellen (2) unter Freilassung unverformter Bereiche (25) durch wenigstens eine erste Rollprofiliereinheit (18) und zum nachfolgenden Einbringen der Wellen (2) in die unverformten Bereiche (25) durch wenigstens eine zweite Rollprofiliereinheit (19).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, gekennzeichnet durch wenigstens eine das Rohr (5) mit Wärme beaufschlagende, wenigstens vor dem Einlauf des Rohres (5) in eine Rollprofiliereinheit (6, 18, 19) angeordnete Heizvorrichtung (23).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, gekennzeichnet durch wenigstens eine radial außen am Rohr (5) angeordnete Rollprofiliereinheit (6, 18, 19) mit als Rollmeißel (10) ausgebildeten Wälzkörpern zum Einbringen der Wellentäler (3) von radial außen und wenigstens eine im Rohr (5) angeordnete Rollprofiliereinheit (12, 13, 14) mit radial zustellbaren, profilierten Wälzkörpern zum Einbringen der Wellenberge (4) von radial innen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die im Rohr (5) angeordnete Rollprofiliereinheit (12, 13, 14) Wälzkörper in Form von ferromagnetischen Kugeln (12) aufweist, und dass radial außen am Rohr (5) im Bereich der Kugeln (12) Magnete (11, 21) zum radialen Zustellen der Kugeln (12) und zum Einbringen der Wellenberge (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetpaar (11) beiderseits eines Rollmeißels (10) oder ein Magnet (21) zwischen einem Rollmeißelpaar (20) an einer Rollprofiliereinheit (18, 19) angeordnet ist.