DE102016208561A1 - Process for producing a leaf spring made of fiber-reinforced plastic - Google Patents
Process for producing a leaf spring made of fiber-reinforced plastic Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu Herstellung einer Blattfeder aus faserverstärktem Kunststoff, vorzugsweise für ein Fahrzeug, umfassend die folgenden Schritte: Ziehen von Verstärkungsfasern durch die Öffnung eines Pultrusionswerkzeugs zur Herstellung der Blattfeder, wobei die Verstärkungsfasern vor dem und/oder in dem Pultrusionswerkzeug mit Harz versehen werden, Aufweiten der Öffnung während des Ziehens, Einsetzen eines Kerns zwischen die Verstärkungsfasern, und Ziehen des Kerns samt Verstärkungsfasern durch die aufgeweitete Öffnung und anschließendes Verengen der Öffnung zum Zusammenführen der den Kern umschließenden Verstärkungsfasern.The invention relates to a method of making a fiber reinforced plastic leaf spring, preferably for a vehicle, comprising the steps of: drawing reinforcing fibers through the opening of a pultrusion tool to make the leaf spring, wherein the reinforcing fibers provide resin before and / or in the pultrusion tool widening the opening during drawing, inserting a core between the reinforcing fibers, and pulling the core together with reinforcing fibers through the flared opening and then narrowing the opening to merge the reinforcing fibers surrounding the core.
Description
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus faserverstärktem Kunststoff, vorzugsweise für ein Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine Blattfeder hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.The present invention relates to a method for producing a leaf spring made of fiber-reinforced plastic, preferably for a vehicle. Furthermore, the invention relates to a leaf spring produced by the method according to the invention.
Im Stand der Technik wird zur Herstellung einer Blattfeder aus faserverstärktem Kunststoff zum Beispiel ein Pressverfahren verwendet. Dabei werden einzelne Lagen übereinandergeschichtet und miteinander verpresst. Das Harz kann dabei während des Pressvorgangs oder in einem zweiten Schritt hinzugefügt werden. Anschließend wird die Blattfeder nachbearbeitet und überschüssiges Material entfernt. Bei dieser Herstellung sind relativ viele Verfahrensschritte und lange Zeiten für das Aushärten notwendig. Ferner ist der Anteil an Harz in Relation zum Anteil an Verstärkungsfasern hoch, was zu einem hohen Bauteilgewicht führt.In the prior art, for example, a pressing method is used for producing a leaf spring made of fiber-reinforced plastic. Individual layers are stacked and pressed together. The resin can be added during the pressing process or in a second step. Subsequently, the leaf spring is reworked and excess material removed. In this production, relatively many process steps and long times for curing are necessary. Furthermore, the proportion of resin in relation to the proportion of reinforcing fibers is high, resulting in a high component weight.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus faserverstärktem Kunststoff anzugeben, dass eine Serienfertigung einer sehr leichtbauenden, kleinbauenden und dauerfest einsetzbaren Blattfeder ermöglicht.It is an object of the present invention to provide a method for producing a leaf spring made of fiber-reinforced plastic that allows mass production of a very lightweight, small-sized and durable insertable leaf spring.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.The object is achieved by the features of claim 1. The dependent claims have advantageous embodiments of the invention the subject.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus faserverstärktem Kunststoff. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (i) Ziehen von Verstärkungsfasern durch die Öffnung eines Pultrusionswerkzeugs zur Herstellung der Blattfeder. Die Verstärkungsfasern werden dabei vor dem Pultrusionswerkzeug und/oder in dem Pultrusionswerkzeug mit Harz versehen. Hierzu werden vorzugsweise die Verstärkungsfasern vor dem Pultrusionswerkzeug in Harz getränkt und/oder es erfolgt vorzugsweise ein Einspritzen des Harzes in oder unmittelbar vor dem Pultrusionswerkzeug. Durch den Einsatz des kontinuierlichen Pultrusionsverfahrens wird die Herstellungszeit der Blattfeder deutlich reduziert. Ferner lässt das Pultrusionsverfahren zu, dass der Anteil an Verstärkungsfasern in der Blattfeder wesentlich höher ist, als bei einem Pressverfahren oder RTM Verfahren. Dies senkt das Gewicht der Blattfeder und erhöht gleichzeitig die Steifigkeit.Thus, the object is achieved by a method for producing a leaf spring made of fiber-reinforced plastic. The method comprises the following steps: (i) drawing reinforcing fibers through the opening of a pultrusion tool to make the leaf spring. The reinforcing fibers are provided with resin before the pultrusion tool and / or in the pultrusion tool. For this purpose, preferably the reinforcing fibers before the pultrusion tool are soaked in resin and / or it is preferably an injection of the resin in or immediately before the pultrusion tool. By using the continuous pultrusion process, the production time of the leaf spring is significantly reduced. Further, the pultrusion method allows the proportion of reinforcing fibers in the leaf spring to be much higher than in a pressing method or RTM method. This lowers the weight of the leaf spring while increasing rigidity.
(ii) Die Öffnung des Pultrusionswerkzeugs, durch die die mit Harz versehenen Verstärkungsfasern gezogen werden, ist in seiner Öffnungsweite variabel. Während des Ziehens erfolgt ein Aufweiten der Öffnung um (iii) einen Kern zwischen die Verstärkungsfasern einzusetzen. (iv) Der Kern wird zusammen mit den Verstärkungsfasern durch die aufgeweitete Öffnung bezogen. (v) Anschließend wird die Öffnung wieder verengt, sodass ein Zusammenführen der den Kern umschließenden Verstärkungsfasern erfolgt.(ii) The opening of the pultrusion tool through which the resinated reinforcing fibers are drawn is variable in its opening width. During the drawing, the opening is widened to (iii) insert a core between the reinforcing fibers. (iv) The core is drawn together with the reinforcing fibers through the flared opening. (v) Subsequently, the opening is narrowed again, so that a merging of the core enclosing reinforcing fibers takes place.
Die variable Öffnung wird stets so gesteuert, dass das Pultrusionswerkzeug einen gewissen Druck auf die Verstärkungsfasern und das Harz ausübt, um formgebend auf die entstehende Blattfeder zu wirken.The variable orifice is always controlled so that the pultrusion tool exerts some pressure on the reinforcing fibers and the resin to shape the resulting leaf spring.
Die Blattfeder weist somit einen ersten Abschnitt ohne Kern, einen sich daran anschließenden zweiten Abschnitt mit Kern und einen sich daran anschließenden dritten Abschnitt ohne Kern auf. Die entstehende Blattfeder wird hierzu kontinuierlich oder quasi kontinuierlich durch die Öffnung gezogen. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass das Ziehen kurzzeitig unterbrochen wird.The leaf spring thus has a first section without a core, an adjoining second section with a core and an adjoining third section without a core. The resulting leaf spring is this continuously or quasi continuously drawn through the opening. It is not excluded that the pulling is temporarily interrupted.
Die entstehende Blattfeder wird in Längsrichtung der Blattfeder durch das Pultrusionswerkzeug gezogen. Diese Richtung entspricht der Zugrichtung der Pultrusion. Wenn die Blattfeder im Fahrzeug als Querblattfeder eingebaut wird, entspricht die Längsrichtung der Blattfeder einer Fahrzeugquerrichtung. Die Federrichtung der Blattfeder entspricht dabei einer Fahrzeughochrichtung. Der Kern wird bezüglich der Längsrichtung der Blattfeder bzw. der Fahrzeugquerrichtung vorzugsweise mittig positioniert.The resulting leaf spring is pulled in the longitudinal direction of the leaf spring by the pultrusion tool. This direction corresponds to the pulling direction of the pultrusion. When the leaf spring is installed in the vehicle as a transverse leaf spring, the longitudinal direction of the leaf spring corresponds to a vehicle transverse direction. The spring direction of the leaf spring corresponds to a vehicle vertical direction. The core is preferably positioned centrally with respect to the longitudinal direction of the leaf spring or the vehicle transverse direction.
Es ist bevorzugt auch vorgesehen, mehr als einen Kern während des Pultrusionsverfahrens in die Blattfeder einzubauen, wobei dann jeweils zwischen den Kernen durch ein Verengen der Öffnung die Verstärkungsfasern wieder zusammengeführt werden.It is preferably also provided to incorporate more than one core during the pultrusion process in the leaf spring, then in each case between the cores by narrowing the opening, the reinforcing fibers are brought together again.
Durch das Einsetzen des Kerns werden die Verstärkungsfasern in Federrichtung nach außen verlagert. Dadurch können die Kennlinie der Blattfeder sowie die Stabilität der Blattfeder positiv beeinflusst werden. Durch eine entsprechend leichte Bauweise des Kerns oder durch ein zumindest teilweises Entfernen des Kerns entsteht gleichzeitig eine sehr leichtbauende Blattfeder.By inserting the core, the reinforcing fibers are displaced outward in the spring direction. As a result, the characteristic of the leaf spring and the stability of the leaf spring can be positively influenced. By a correspondingly lightweight construction of the core or by an at least partial removal of the core at the same time creates a very lightweight leaf spring.
In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass der Kern nach dem Ziehen wieder entfernt wird. Dadurch verbleibt ein Hohlraum innerhalb der Blattfeder. Der Kern kann hierzu vollständig oder nur teilweise entfernt werden.In a preferred embodiment, it is provided that the core is removed again after pulling. This leaves a cavity within the leaf spring. The core can be completely or partially removed for this purpose.
Das Entfernen des Kerns erfolgt je nach Material des Kerns und je nach Art und Weise wie der Kern von den Verstärkungsfasern umschlossen ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Kern durch ein chemisches Verfahren oder durch ein mechanisches Verfahren entfernt wird. Bei dem chemischen Verfahren kann der Kern aufgelöst werden. Auf mechanischem Wege wird der Kern beispielsweise durch eine spanende Bearbeitung, durch Sandstrahlen oder durch einfaches herausdrücken entfernt.Core removal occurs depending on the material of the core and how the core is surrounded by the reinforcing fibers. In particular, it is provided that the core is removed by a chemical process or by a mechanical process. In the chemical process, the nucleus can be dissolved. By mechanical means, the core becomes, for example removed by machining, by sandblasting or by simply squeezing out.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen dass in den Hohlraum ein Stützelement eingesetzt wird. Dieses Stützelement verbleibt in der Blattfeder und stellt sicher, dass die Geometrie des Hohlraums beim Betrieb der Blattfeder aufrechterhalten wird. Das Stützelement ist insbesondere in Form eines Steges ausgestaltet, wobei sich der Steg im Wesentlichen in Federrichtung der Blattfeder erstreckt. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das Stützelement eine Fachwerkstruktur oder eine Wabenstruktur aufweist.Furthermore, it is preferably provided that a support element is inserted into the cavity. This support element remains in the leaf spring and ensures that the geometry of the cavity is maintained during operation of the leaf spring. The support element is designed in particular in the form of a web, wherein the web extends substantially in the spring direction of the leaf spring. Furthermore, it is preferably provided that the support element has a truss structure or a honeycomb structure.
In einer alternativen Variante ist vorgesehen, dass der Kern nach dem Ziehen lediglich teilweise entfernt wird, wobei ein Teil des Kerns als Stützelement in der Blattfeder verbleibt.In an alternative variant, it is provided that the core is only partially removed after pulling, with part of the core remaining as a support element in the leaf spring.
Der Kern, unabhängig davon, ob er vollständig entfernt wird, teilweise verbleibt oder vollständig verbleibt, kann bevorzugt einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.The core, regardless of whether it is completely removed, partially remains or remains completely, may preferably be formed in one part or in several parts.
Der Kern wird vorzugsweise aus Kunststoff, faserverstärkten Kunststoff, Metall oder Schaum gefertigt.The core is preferably made of plastic, fiber reinforced plastic, metal or foam.
In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass der Kern bezüglich der Federrichtung beidseitig von Verstärkungsfasern und Harz bedeckt ist. Je nachdem, wie und ob der Kern entfernt wird, können die Verstärkungsfasern und/oder das Harz auch seitlich am Kern verlaufen.In a preferred embodiment, it is provided that the core is covered on both sides by reinforcing fibers and resin with respect to the spring direction. Depending on how and if the core is removed, the reinforcing fibers and / or the resin can also extend laterally on the core.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass der Kern im Pultrusionswerkzeug vollständig und dicht von den Verstärkungsfasern und/oder dem Harz eingeschlossen wird. In diesem Fall kann der Kern nicht mehr entfernt werden. Vorteilhaft dabei ist jedoch, dass der Kern sicher positioniert ist und vor Korrosion geschützt ist.In a further preferred embodiment it is provided that the core in the pultrusion tool is completely and tightly enclosed by the reinforcing fibers and / or the resin. In this case, the core can not be removed. It is advantageous, however, that the core is securely positioned and protected from corrosion.
Vorteilhafterweise werden bei dem Pultrusionsverfahren die Verstärkungsfasern um den Kern herum geflochten. Dadurch erfolgt eine sehr stabile Integration des Kerns in die Blattfeder bzw. eine sehr stabile Ausgestaltung des Hohlraums, wenn der Kern entfernt wird.Advantageously, in the pultrusion process, the reinforcing fibers are braided around the core. This results in a very stable integration of the core in the leaf spring or a very stable embodiment of the cavity when the core is removed.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kern an seinen beiden Enden dünner ist als in der Mitte. Die Mitte des Kerns ist dabei in Zugrichtung der Pultrusion zwischen den beiden Enden des Kerns definiert. Durch diese Ausgestaltung erfolgt eine stetige und kontinuierliche Aufweitung der Verstärkungsfasern bzw. der Blattfeder bis hin zur dicksten Stelle des Kerns.Furthermore, it is preferably provided that the core is thinner at both ends than in the middle. The center of the core is defined in the pulling direction of the pultrusion between the two ends of the core. By this configuration, a continuous and continuous expansion of the reinforcing fibers or the leaf spring takes place up to the thickest point of the core.
In besonders bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass der Kern einen elliptischen Querschnitt oder eine zu den Enden spitz auslaufende Form aufweist. Dieser Querschnitt ist in einer Ebene definiert, in der die Längsrichtung und die Federrichtung der Blattfeder liegen.In a particularly preferred embodiment, it is provided that the core has an elliptical cross-section or a tapering to the ends form. This cross section is defined in a plane in which the longitudinal direction and the spring direction of the leaf spring lie.
An der Blattfeder ist in Zugrichtung der Pultrusion, also entsprechend der Fahrzeugquerrichtung, eine Gesamtlänge definiert. Der Kern weist in der gleichen Richtung eine Kernlänge auf. Versuche und Berechnungen haben ergeben, dass die Kernlänge für eine stabile Ausgestaltung der Blattfeder zwischen einer Obergrenze und einer Untergrenze liegen sollte.An overall length is defined on the leaf spring in the pulling direction of the pultrusion, that is to say in accordance with the vehicle transverse direction. The core has a core length in the same direction. Experiments and calculations have shown that the core length should be between an upper limit and a lower limit for a stable design of the leaf spring.
Die bevorzugte Obergrenze der Kernlänge liegt bei 90%, vorzugsweise 80%, besonders vorzugsweise 70%, der Gesamtlänge.The preferred upper limit of the core length is 90%, preferably 80%, most preferably 70%, of the total length.
Die bevorzugte Untergrenze der Kernlänge liegt bei 10%, vorzugsweise 20%, besonders vorzugsweise 30%, der Gesamtlänge.The preferred lower limit of the core length is 10%, preferably 20%, most preferably 30%, of the total length.
Ferner haben die Versuche und Berechnungen ergeben, dass die Kerndicke für eine stabile Ausgestaltung der Blattfeder zwischen einer Obergrenze und einer Untergrenze liegen sollte. Die Kerndicke ist dabei in Federrichtung der Blattfeder definiert, wobei an der dicksten Stelle gemessen wird.Furthermore, the experiments and calculations have shown that the core thickness should be between an upper limit and a lower limit for a stable design of the leaf spring. The core thickness is defined in the spring direction of the leaf spring, being measured at the thickest point.
Die bevorzugte Obergrenze der Kerndicke liegt bei 100 mm, vorzugsweise 70 mm, besonders vorzugsweise 60 mm.The preferred upper limit of the core thickness is 100 mm, preferably 70 mm, particularly preferably 60 mm.
Die bevorzugte Untergrenze der Kerndicke liegt bei 5 mm, vorzugsweise 10 mm, besonders vorzugsweise 20 mm.The preferred lower limit of the core thickness is 5 mm, preferably 10 mm, particularly preferably 20 mm.
Insbesondere wenn der Kern nicht oder nicht vollständig entfernt wird, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kern auf seiner Oberfläche strukturiert ist. Diese Strukturierung umfasst insbesondere Rillen, Noppen oder eine raue Oberfläche. Die Strukturierung der Oberfläche ermöglicht eine sehr gute, insbesondere formschlüssige, Verbindung zwischen Kern und Verstärkungsfasern bzw. Harz.In particular, if the core is not or not completely removed, it is preferably provided that the core is structured on its surface. This structuring comprises in particular grooves, nubs or a rough surface. The structuring of the surface allows a very good, in particular positive, connection between the core and reinforcing fibers or resin.
Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Blattfeder hergestellt nach dem soeben beschriebenen Verfahren. Die Blattfeder wird vorzugsweise in einem Fahrzeug eingesetzt. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein zweispuriges Straßenfahrzeug. Insbesondere wird die Blattfeder als Querblattfeder verwendet.The invention further comprises a leaf spring made according to the method just described. The leaf spring is preferably used in a vehicle. The vehicle is in particular a two-lane road vehicle. In particular, the leaf spring is used as a transverse leaf spring.
Die Querblattfeder befindet sich insbesondere zwischen zwei gegenüberliegenden Radaufhängungen des Fahrzeugs.The transverse leaf spring is located in particular between two opposite wheel suspensions of the vehicle.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen: Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:
Die Blattfeder
Die Blattfeder
Entlang ihrer Längsrichtung weist die Blattfeder
Im zweiten Abschnitt
Alternativ hierzu ist es auch möglich, den Kern
Der verwendete Kern
Zur Herstellung der Blattfeder
Bei der Herstellung des ersten Abschnitts
Für die Herstellung des zweiten Abschnitts
Die Weite der Öffnung
Wie bereits beschrieben, wird nach der Pultrusion der Kern
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Blattfederleaf spring
- 22
- erster Abschnittfirst section
- 33
- zweiter Abschnittsecond part
- 44
- dritter Abschnittthird section
- 55
- faserverstärkter Kunststofffiber reinforced plastic
- 66
- Hohlraumcavity
- 77
- Kerncore
- 88th
- Stützelementsupport element
- 99
- Fahrzeugquerrichtung und Längsrichtung der BlattfederVehicle transverse direction and longitudinal direction of the leaf spring
- 1010
- Fahrzeughochrichtung und Federrichtung der BlattfederVehicle vertical direction and spring direction of the leaf spring
- 1111
- Gesamtlängeoverall length
- 1212
- Kernlängecore length
- 1313
- Kerndickecore thickness
- 1414
- Pultrusionswerkzeugpultrusion
- 1515
- Öffnungopening
- 1616
- überschüssiges Harzexcess resin
- 1717
- Kernwerkzeugcore tool
- 1818
- Strängestrands
- 1919
- Zugrichtungtensile direction
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016208561.1A DE102016208561A1 (en) | 2016-05-19 | 2016-05-19 | Process for producing a leaf spring made of fiber-reinforced plastic |
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Publications (1)
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DE102016208561A1 true DE102016208561A1 (en) | 2017-11-23 |
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ID=60255399
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DE102016208561.1A Withdrawn DE102016208561A1 (en) | 2016-05-19 | 2016-05-19 | Process for producing a leaf spring made of fiber-reinforced plastic |
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DE (1) | DE102016208561A1 (en) |
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-
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- 2016-05-19 DE DE102016208561.1A patent/DE102016208561A1/en not_active Withdrawn
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