DE102014115619A1

DE102014115619A1 - Spiralfeder und zugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102014115619A1
Application number: DE102014115619.6A
Authority: DE
Inventors: Georg von Tardy-Tuch; Volker Peitz
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2016-04-28
Also published as: CN105546007A; US20160116013A1

Abstract

Insbesondere erfolgt die Herstellung einer Spiralfeder in Kombination von zwei Verfahrensschritten, wobei der erste Verfahrensschritt aus einem tordierten Extrusionsverfahren und der zweite Verfahrensschritt aus einem Kaltbiegeprozess, gemäß traditioneller Federherstellung, besteht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spiralfeder und außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Spiralfeder
Aus der WO 2014/014481 A1 und der WO 96/14519 A1 ist es bekannt, einen rohrförmigen Kern mit faserverstärkten Umwicklungen zu versehen, wobei der Kern aus einem Metallrohr bestehen kann. Des Weiteren ist aus der DE 10 2006 010 543 A1 eine Spiralfeder bekannt geworden, bei der ein nicht flexibler rohrförmiger Kern aus Faserwerkstoff mit Wicklungen aus weiteren Faserwerkstoffen versehen wird. Um eine Spiralform zu realisieren, wird das Fasermaterial um einen Kern gewickelt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spiralfeder und ein zugehöriges Herstellungsverfahren zu schaffen, mit dem in einem zeitlich schnellen und kontinuierlichen Prozess die Spiralfeder herstellbar ist, bei dem keine speziellen Form-Werkzeuge erforderlich sind und auf manuelle Arbeitsschritte weitestgehend verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Weiter vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Nach der Erfindung soll eine Spiralfeder und ein Verfahren zur Herstellung dieser Spiralfeder geschaffen werden, die formtreu in einem kontinuierlichen Prozess auf einer Biegeeinrichtung mit integrierter Kaltbiegemaschine herstellbar ist. Dies wird nach der Erfindung erreicht, indem auf ein dünnwandiges Kernrohr Fasern aus einem Faserverbundwerkstoff über eine entsprechende Zuführeinrichtung gewunden angebracht werden und das Kernrohr rundherum bedeckt ist, welches mit den angebrachten Fasern des Faserverbundwerkstoffes auf der Biegeeinrichtung bzw. der Kaltbiegemaschine verformbar ist.
Insbesondere ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die Biegeeinrichtung eine äußere druckbeaufschlagte Steuerrolle umfasst, welche einer inneren Biegerolle unter Zwischenschaltung des Federmaterials gegenüber steht. Mit der Biegeeinrichtung ist eine Vorschubeinrichtung zusammenwirkend, die ein den Verbund aus Kernrohr und Fasern aufnehmenden Führungsvorschub vorgeschaltet ist. Durch diese Biegeeinrichtung in Verbindung mit der Kaltbiegemaschine und der Vorschubeinrichtung und dem Führungsvorschub kann die Spiralfeder kontinuierlich ohne spezielles Formwerkzeug hergestellt werden. Es ist auch vorgesehen, dass die Steuerrolle geneigt ansteuerbar ist, um den Durchmesser und die Steigung der Spiralfeder zu variieren.
Die Herstellung der Spiralfeder erfolgt nach der Erfindung durch zwei kombinierte Verfahrensschritte, wobei der erste Verfahrensschritt aus einem kontinuierlichen Aufbringen der Fasern des Faserverbundwerkstoffs auf das Kernrohr beispielsweise mittels eines tordierten Extrusionsprozesses erfolgt und in dem zweiten nachfolgenden Verfahrensschritt der Verbund aus dem Kernrohr und den aufgebrachten Fasern des Faserverbundwerkstoffs durch einen Kaltbiegeprozess in der Kaltbiegemaschine der Beigeeinrichtung zur Spiralfeder umformbar ist. Durch diese beiden kombinierten Verfahrensschritte eines Extrusionsprozesses mit einem Kaltbiegeprozess, einer traditionellen Federherstellung, wird eine kontinuierliche Herstellung der Spiralfeder erzielt.
Ferner ist nach der Erfindung vorgesehen, dass das Kernrohr mit aufgebrachten Fasern des Faserverbundwerkstoffes der Biegeeinrichtung über die Vorschubeinrichtung dem Führungsvorschub zuführbar ist und die Steuer- und Biegerolle der Biegeeinrichtung die einzelnen Federwindungen der Spiralfeder kontinuierlich und nacheinander biegbar sind. Nach einer Variante der Erfindung kann die Vorschubeinrichtung sowohl auf den Verbund Kernrohr und Faserumwicklung als auch nur auf dem Kernrohr einwirkend angewendet werden.
Insbesondere besteht das Kernrohr aus einem plastifizierbaren Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium. Das deformierte innere Kernrohr gibt der Spiralfeder eine Formstabilität, welche bis zum abgeschlossenen Aushärten der Fasern benötigt wird.
Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Fasern des Faserverbundwerkstoffs der Spiralfeder aus einem epoxydischen oder thermoplastischen Matrix-Werkstoff bestehen. Gegebenenfalls können auch wenige gegenläufige Rowings zur Stabilisierung in die Fasern mit eingelegt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine beispielsweise Ausführung einer Spiralfeder,
2 einen Schnitt durch eine Windung der Spiralfeder nach der Linie II-II der 1,
3 eine schematische Ansicht auf eine Kaltbiegemaschine zur Herstellung der Spiralfeder und
4 eine schematische Ansicht auf eine vollständige Biegeeinrichtung mit integrierter Kaltbiegemaschine sowie Zuführeinrichtung und Führungsvorschub.
Eine Spiralfeder 1 umfasst im Wesentlichen auf einem dünnen Kernrohr 2 angebrachte Fasern 3, die aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen. Die Fasern 3 sind auf dem Kernrohr 2 über eine sog. Zuführeinrichtung 4 gewunden angebracht. Die Fasern 3 bedecken das Kernrohr 2 rundherum. Über eine Kaltbiegemaschine 5 der Biegeeinrichtung 6 wird der Verbund aus dem Kernrohr 2 und den Fasern 3 gemeinsam verformt.
Die Biegeeinrichtung 6 der Kaltbiegemaschine 5 umfasst eine äußere, verstellbare druckbeaufschlagte Steuerrolle 7, welche einer inneren Biegerolle 8, unter Zwischenschaltung des Federmaterials 9 gegenübersteht.
Die Biegeeinrichtung 6 weist vorderseitig eine Vorschubeinrichtung 10 auf. Des Weiteren ist hinter der Zuführeinrichtung 4 ein das Kernrohr 2 mit aufgebrachten Fasern 3 aufnehmender Führungsvorschub 11 angeordnet, der den Verbund aus Kernrohr 2 und Fasern 3 der Steuerrolle 7 unmittelbar zuführt.
Das Verfahren zur Herstellung der Spiralfeder 1 erfolgt durch zwei kombinierte Verfahrensschritte, wobei der erste Verfahrensschritt aus einem kontinuierlichen Aufbringen der Fasern 7 des Faserverbundwerkstoffes unmittelbar auf dem Kernrohr 2 mittels eines beispielsweise tordierten Extrusionsprozesses erfolgt. In dem zweiten nachfolgenden Verfahrensschritt wird der Verbund aus dem Kernrohr 2 und den aufgebrachten Fasern 3 des Faserverbundwerkstoffs durch einen Kaltbiegeprozess in der Kaltbiegemaschine 5 der Biegeeinrichtung 6 zur Spiralfeder 1 umgeformt.
Das Kernrohr 2 wird mit den aufgebrachten Fasern 3 des Faserverbundwerkstoffes der Biegeeinrichtung 6 über die vordere Vorschubeinrichtung 10 und über den Führungsvorschub 11 zugeführt, wobei die Steuer- und Biegerolle 7, 8 der Kaltbiegemaschine der Biegeeinrichtung 6 die einzelnen Federwindungen kontinuierlich und nacheinander herstellen.
Die vordere Vorschubeinrichtung 10 kann sowohl auf dem Verbund Kernrohr 2 mit verbundenen Fasern 3, als auch allein auf dem Kernrohr 2 einwirken.
Das Kernrohr 2 besteht vorzugsweise aus einem plastifizierbaren Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium.
Die Faser 3 des Faserverbundwerkstoffes der Spiralfeder 1 bestehen vorzugsweise aus einem epoxydischen oder thermoplastischen Matrix-Werkstoff.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/014481 A1 [0002]
WO 96/14519 A1 [0002]
DE 102006010543 A1 [0002]

Claims

Spiralfeder, gekennzeichnet durch ein dünnwandiges Kernrohr (2), auf dem Fasern (3) aus einem Faserverbundwerkstoff über eine Zuführeinrichtung (4) gewunden angebracht sind und das Kernrohr (2) rundherum bedecken, das mit den angebrachten Fasern (3) auf einer Biegeeinrichtung (6) mit integrierter Kaltbiegemaschine (5) gemeinsam verformbar ist.
Spiralfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeeinrichtung (6) eine äußere druckbeaufschlagte Steuerrolle (7) umfasst, welche einer inneren Biegerolle (8) unter Zwischenschaltung des Federmaterials (9) gegenübersteht und mit der Biegeeinrichtung (6) eine Vorschubeinrichtung (10) zusammenwirkend ist, die einen den Verbund aus Kernrohr (2) und Fasern (3) aufnehmenden Führungsvorschub (11) nachgeschaltet ist.
Verfahren zum Herstellen der Spiralfeder durch zwei kombinierte Verfahrensschritte, wobei der erste Verfahrensschritt aus der Aufbringung der Fasern (3) des Faserverbundwerkstoffes auf das Kernrohr (2) mittels eines tordierten Extrusionsprozesses und dass in dem zweiten nachfolgenden Verfahrensschritt der Verbund aus dem Kernrohr (2) und den aufgebrachten Fasern (3) des Faserverbundwerkstoffes durch einen Kaltbiegeprozess in der Kaltbiegemaschine (5) der Biegeeinrichtung (6) zur Spiralfeder (1) umgeformt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernrohr (2) mit den aufgebrachten Fasern (3) des Faserverbundwerkstoffes der Biegeeinrichtung (6) über die Vorschubeinrichtung (10) dem Führungsvorschub (11) kontinuierlich zuführbar ist und die Steuer- und Biegerolle (7, 8) der Biegeeinrichtung (6) die einzelnen Federwindungen der Spiralfeder (1) kontinuierlich und nacheinander biegbar sind.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinrichtung (10) sowohl auf dem Verbund Kernrohr (2) und Fasern (3) oder nur auf das Kernrohr (2) einwirkend ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernrohr (2) aus einem plastifizierbaren Werkstoff besteht.
Verfahren nach den Ansprüchen 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (3) des Faserverbundwerkstoffes der Spiralfeder (1) aus einem epoxydischen oder thermoplastischen Matrix-Werkstoff bestehen.