DE102016213365B4 - Method of making a coil spring - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder, insbesondere für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs, aufweisend die Schritte:- Bereitstellen eines biegeschlaffen, langgestreckten Halbzeugs (3) aus einem Faserverbundwerkstoff;- Bereitstellen eines Schlauchs (4) aus einem elastischen Werkstoff;- Bewegen des Halbzeugs (3) durch einen sich in Richtung einer Bewegungsrichtung des Halbzeugs (3) verjüngenden Trichter (5) und durch einen Durchbruch (10) an einem bezüglich der Bewegungsrichtung des Halbzeugs (3) dem Trichter (5) nachgeschalteten, beabstandet zu dem Trichter (5) angeordneten Führungselement (8); und- Ummanteln des Halbzeugs (3) mit dem Schlauch (4), indem der Schlauch (4) während der Bewegung des Halbzeugs (3) gleichläufig zu dem Halbzeug (3) über eine Außenmantelfläche (7) des Trichters (5) und durch den Durchbruch (10) bewegt wird, wobei die Bewegung des Schlauchs (4) und die Bewegung des Halbzeugs (3) derart aufeinander abgestimmt werden, dass innerhalb des Durchbruchs (10) eine Bewegungsgeschwindigkeit des Schlauchs (4) einer Bewegungsgeschwindigkeit des Halbzeugs (3) entspricht, wobei das mit dem Schlauch (4) ummantelte Halbzeug (3) um einen Wickeldorn gewickelt wird, dessen Außenmantelfläche mit einer schraubenlinienförmig verlaufenden Nut zur zumindest teilweisen Aufnahme des ummantelten Halbzeugs (3) versehen ist, und dass der Faserverbundwerkstoff des auf den Wickeldorn gewickelten, ummantelten Halbzeugs (3) ausgehärtet wird.Method for producing a helical spring, in particular for a wheel suspension of a vehicle, comprising the steps:- providing a limp, elongated semi-finished product (3) made of a fiber composite material;- providing a hose (4) made of an elastic material;- moving the semi-finished product (3) through a funnel (5) tapering in the direction of movement of the semi-finished product (3) and through an opening (10) on a guide element arranged downstream of the funnel (5) with respect to the direction of movement of the semi-finished product (3) and at a distance from the funnel (5). (8th); and- sheathing of the semi-finished product (3) with the hose (4) by the hose (4) during the movement of the semi-finished product (3) in the same direction as the semi-finished product (3) over an outer lateral surface (7) of the funnel (5) and through the Opening (10) is moved, the movement of the hose (4) and the movement of the semi-finished product (3) being coordinated with one another in such a way that a movement speed of the hose (4) within the opening (10) corresponds to a movement speed of the semi-finished product (3). , wherein the semi-finished product (3) covered with the tube (4) is wound around a winding mandrel, the outer surface of which is provided with a helical groove for at least partially receiving the covered semi-finished product (3), and that the fiber composite material of the wound on the winding mandrel, coated semi-finished product (3) is cured.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder, insbesondere für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs.The invention relates to a method for producing a helical spring, in particular for a wheel suspension of a vehicle.
Schraubenfedern werden vielseitig in verschiedenen technologischen Bereichen eingesetzt. Insbesondere ist es bekannt, eine Radaufhängung eines Fahrzeugs mit Schraubenfedern zu versehen. Beispielsweise weist ein Federbein einer Radaufhängung eine Schraubenfeder auf, um ein Chassis des Fahrzeugs federnd gegenüber einem Rad des Fahrzeugs zu lagern.Coil springs are used in a variety of different technological areas. In particular, it is known to provide a wheel suspension of a vehicle with coil springs. For example, a strut of a wheel suspension has a coil spring in order to elastically support a chassis of the vehicle in relation to a wheel of the vehicle.
Eine Schraubenfeder kann herkömmlich aus einem Stahlwerkstoff oder einem Verbundwerkstoff hergestellt werden. Durch Letzteres kann eine leichtgewichtigere Schraubenfeder geschaffen werden, was mit einer Gewichtsreduzierung eines damit ausgestatteten Fahrzeugs einhergeht. Diese Gewichtsreduzierung ist mit einem geringeren Kraftstoffverbrauch und dadurch mit geringeren Schadstoffemissionen des Fahrzeugs verbunden. Zudem bietet eine Schraubenfeder aus einem Verbundwerkstoff eine höhere Designfreiheit, beispielsweise bezüglich einer sichtbaren Schraubenfederstruktur, einer Farbgebung mit oder ohne Lackierung und dergleichen.Conventionally, a coil spring can be made of a steel material or a composite material. The latter makes it possible to create a lighter-weight coil spring, which is accompanied by a reduction in the weight of a vehicle equipped therewith. This weight reduction is associated with lower fuel consumption and thus lower pollutant emissions from the vehicle. In addition, a helical spring made of a composite material offers greater design freedom, for example with regard to a visible helical spring structure, coloring with or without painting and the like.
Bei einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder wird zunächst ein biegeschlaffes, langgestrecktes Halbzeug aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt. Der Faserverbundwerkstoff umfasst Fasern, die mit einem Matrixwerkstoff imprägniert sind. Anschließen wird das noch nasse bzw. klebrige Halbzeug auf irgendeine Art und Weise abgedeckt, um es während eines nachfolgenden Formgebungsvorgangs führen zu können, bei dem das Halbzeug derart umgeformt wird, dass es seine endgültige, schraubenlinienförmige Gestalt erhält. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus
Bei manchen Herstellungsverfahren kommt es aufgrund der Ausgestaltung der verwendeten Abdeckung für das Halbzeug dazu, dass an dem in seiner endgültigen Schraubenlinienform befindlichen Halbzeug ein sich entlang der Längserstreckung des Halbzeugs verlaufender Grat vorhanden ist, nachdem die Abdeckung von dem Halbzeug entfernt worden ist. Nach einem endgültigen Aushärten des Halbzeugs bzw. dessen Faserverbundwerkstoffs muss der Grat entfernt werden. Ein solches Entfernen ist ein schmutziger Vorgang, zeitaufwändig und von niedriger Qualität.In some manufacturing processes, due to the design of the cover used for the semi-finished product, the semi-finished product in its final helical shape has a burr running along the longitudinal extent of the semi-finished product after the cover has been removed from the semi-finished product. After final curing of the semi-finished product or its fiber composite material, the burr must be removed. Such removal is a messy, time-consuming, and low-quality process.
Aus
Aus der
Aus der US 2002 / 0 190 451 A1 sind faserverstärkter Federbauteile bekannt.Fiber-reinforced spring components are known from US 2002/0 190 451 A1.
Aus der
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung von Schraubenfedern aus einem Faserverbundwerkstoff zu verbessern.One object of the invention is to improve the production of helical springs from a fiber composite material.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden Beschreibung, den abhängigen Patentansprüchen und der Figur wiedergegeben, wobei diese Ausgestaltungen jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander einen weiterbildenden, insbesondere auch bevorzugten oder vorteilhaften, Aspekt der Erfindung darstellen können.This object is achieved by a method having the features of
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder, insbesondere für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs, umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen eines biegeschlaffen, langgestreckten Halbzeugs aus einem Faserverbundwerkstoff;
- - Bereitstellen eines Schlauchs aus einem elastischen Werkstoff;
- - Bewegen des Halbzeugs durch einen sich in Richtung einer Bewegungsrichtung des Halbzeugs verjüngenden Trichter und durch einen Durchbruch an einem bezüglich der Bewegungsrichtung des Halbzeugs dem Trichter nachgeschalteten, beabstandet zu dem Trichter angeordneten Führungselement; und
- - Ummanteln des Halbzeugs mit dem Schlauch, indem der Schlauch während der Bewegung des Halbzeugs gleichläufig zu dem Halbzeug über eine Außenmantelfläche des Trichters und durch den Durchbruch bewegt wird, wobei die Bewegung des Schlauchs und die Bewegung des Halbzeugs derart aufeinander abgestimmt werden, dass innerhalb des Durchbruchs eine Bewegungsgeschwindigkeit des Schlauchs einer Bewegungsgeschwindigkeit des Halbzeugs entspricht,
- - Providing a limp, elongated semi-finished product made of a fiber composite material;
- - Providing a hose made of an elastic material;
- moving the semi-finished product through a funnel that tapers in the direction of movement of the semi-finished product and through an opening in a guide element which is arranged downstream of the funnel with respect to the direction of movement of the semi-finished product and is spaced from the funnel; and
- - Sheathing the semi-finished product with the hose, in that the hose is moved in the same direction as the semi-finished product over an outer lateral surface of the funnel and through the opening during the movement of the semi-finished product, wherein the movement of the tube and the movement of the semi-finished product are coordinated in such a way that a movement speed of the tube within the opening corresponds to a movement speed of the semi-finished product,
Hierdurch wird das mit dem Schlauch ummantelte Halbzeug in eine schraubenlinienförmige Gestalt gebracht und in dieser ausgehärtet. Anschließend wird die so hergestellte Schraubenfeder von dem Wickeldorn entfernt. Der Schlauch kann entfernt werden oder eine Außenhaut der Schraubenfeder bilden.As a result, the semi-finished product covered with the tube is brought into a helical shape and cured in this. The helical spring thus produced is then removed from the mandrel. The tube can be removed or form an outer skin of the coil spring.
Es wird das biegeschlaffe, langgestreckte Halbzeug aus dem Faserverbundwerkstoff zusammen mit dem Schlauch aus dem elastischen Werkstoff durch den Durchbruch an dem Führungselement bewegt, beispielsweise gezogen, so dass sich der Schlauch von außen umlaufend an das Halbzeug anlegt. Bis zu dem Durchbruch werden das Halbzeug und der Schlauch getrennt voneinander zugeführt. Insbesondere wird das Halbzeug durch den Trichter und der Schlauch über die Außenmantelfläche des Trichters zugeführt und treffen in dem Durchbruch aufeinander. Da das Halbzeug zu diesem Zeitpunkt noch nicht ausgehärtet ist, wodurch die Biegeschlaffheit des Halbzeugs begründet ist, ist seine Außenseite nass bzw. klebrig. In dem Durchbruch wird der Schlauch mit dem Halbzeug verklebt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist schnell und einfach durchführbar, ohne dass ein Grat an einer Außenseite der fertigen Schraubenfeder vorhanden ist, der aufwändig entfernt werden müsste. Hierdurch kann eine Schraubenfeder mit höherer Qualität hergestellt werden. Das Bereitstellen des biegeschlaffen, langgestreckten Halbzeugs aus dem Faserverbundwerkstoff kann ein Herstellen dieses Halbzeugs umfassen. Das Halbzeug kann beispielsweise seilförmig ausgebildet werden und eine etwa kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. Dass das Halbzeug biegeschlaff ist, ist dahingehend zu verstehen, dass der Matrixwerkstoff des Faserverbundwerkstoffs noch nicht ausgehärtet ist.The limp, elongated semi-finished product made of the fiber composite material is moved, for example pulled, through the opening in the guide element together with the hose made of the elastic material, so that the hose is applied circumferentially to the semi-finished product from the outside. The semi-finished product and the hose are fed in separately from one another up to the breakthrough. In particular, the semi-finished product is fed through the funnel and the hose via the outer lateral surface of the funnel and meet in the opening. Since the semi-finished product has not yet hardened at this point in time, which is the reason for the semi-finished product's flexural limpness, its outside is wet or sticky. The hose is glued to the semi-finished product in the opening. The method according to the invention can be carried out quickly and easily without there being a burr on the outside of the finished helical spring, which would have to be removed in a laborious manner. As a result, a higher quality coil spring can be manufactured. The provision of the limp, elongate semi-finished product from the fiber composite material can include the manufacture of this semi-finished product. The semi-finished product can, for example, be in the form of a rope and have an approximately circular cross-sectional area. The fact that the semi-finished product is limp means that the matrix material of the fiber composite material has not yet hardened.
Das Bereitstellen des Schlauchs aus dem elastischen Werkstoff kann ein Herstellen des Schlauchs umfassen. Der Schlauch kann derart ausgebildet sein, dass eine Querschnittsfläche einer den Schlauch in seiner Längserstreckung durchlaufenden Durchgangsöffnung in einem unbelasteten Zustand des Schlauchs, in dem der Schlauch nicht elastisch aufgeweitet ist, kleiner als die Querschnittsfläche des Halbzeugs ist. Hierdurch kann sich der Schlauch in dem Durchbruch und danach fest von außen an das Halbzeug anschmiegen. Der Schlauch kann flüssigkeitsdicht hergestellt sein. Hierdurch kann verhindert werden, dass der Matrixwerkstoff des Faserverbundwerkstoffs aus den Zwischenräumen zwischen den Fasern austritt. Der Schlauch verbleibt an dem Halbzeug, um eine nachfolgende Führung des nassen bzw. klebrigen Halbzeugs während einer Umformung des Halbzeugs in eine endgültige schraubenlinienförmige Gestalt zu ermöglichen. Der Schlauch kann auch eine äußere Haut der endfertigen Schraubenfeder bilden, wodurch das ausgehärtete Halbzeug gegen Steinschlag geschützt wird. Zudem kann der Schlauch mit einer gewünschten Farbgebung versehen sein, so dass keine herkömmliche Lackierung der Schraubenfeder erforderlich ist. Der elastische Werkstoff des Schlauchs kann Fasern aufweisen oder auch nicht.Providing the tube from the elastic material can include manufacturing the tube. The hose can be designed in such a way that a cross-sectional area of a through opening running through the hose in its longitudinal extent is smaller than the cross-sectional area of the semi-finished product when the hose is in an unloaded state, in which the hose is not elastically expanded. As a result, the tube can cling to the semi-finished product in the opening and then firmly from the outside. The tube can be made liquid-tight. This can prevent the matrix material of the fiber composite material from escaping from the spaces between the fibers. The tube remains on the stock to allow subsequent guidance of the wet or sticky stock during forming of the stock into a final helical shape. The tube can also form an outer skin of the finished coil spring, which protects the cured semi-finished product from stone chipping. In addition, the tube can be provided with a desired coloring, so that no conventional painting of the helical spring is required. The elastic material of the hose may or may not have fibers.
Das Bewegen des Halbzeugs durch den sich in Richtung der Bewegungsrichtung des Halbzeugs verjüngenden Trichter und durch den Durchbruch an dem bezüglich der Bewegungsrichtung des Halbzeugs dem Trichter nachgeschalteten, beabstandet zu dem Trichter angeordneten Führungselement kann durch ein Ziehen des Halbzeugs durch den Trichter und den Durchbruch realisiert sein.The movement of the semi-finished product through the funnel, which narrows in the direction of movement of the semi-finished product, and through the opening on the guide element which is arranged downstream of the funnel in terms of the direction of movement of the semi-finished product and is spaced from the funnel can be realized by pulling the semi-finished product through the funnel and the opening .
Zum Ummanteln des Halbzeugs mit dem Schlauch wird der Schlauch während der Bewegung des Halbzeugs gleichläufig zu dem Halbzeug über eine Außenmantelfläche des Trichters und durch den Durchbruch bewegt, so dass der Schlauch und das Halbzeug gemeinsam durch den Durchbruch bewegt, insbesondere gezogen, werden. Hierbei sind die Bewegung des Schlauchs und die Bewegung des Halbzeugs derart aufeinander abgestimmt, dass innerhalb des Durchbruchs eine Bewegungsgeschwindigkeit des Schlauchs einer Bewegungsgeschwindigkeit des Halbzeugs entspricht. Hierdurch wird verhindert, dass der Matrixwerkstoff des Faserverbundwerkstoffs durch eine Relativbewegung zwischen dem Halbzeug und dem Schlauch von der Oberfläche des Halbzeugs abgeschoben wird.To encase the semi-finished product with the hose, the hose is moved in the same direction as the semi-finished product over an outer lateral surface of the funnel and through the opening during the movement of the semi-finished product, so that the hose and the semi-finished product are moved, in particular pulled, together through the opening. The movement of the tube and the movement of the semi-finished product are coordinated with one another in such a way that a movement speed of the tube within the opening corresponds to a movement speed of the semi-finished product. This prevents the matrix material of the fiber composite material from being pushed off the surface of the semi-finished product by a relative movement between the semi-finished product and the tube.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Faserverbundwerkstoff aus mit einem Matrixwerkstoff imprägnierten Fasern hergestellt, die ein Geflecht oder ein Gewebe bilden. Der Matrixwerkstoff kann insbesondere in Form eines Prepreg-Werkstoffs hergestellt werden.According to an advantageous embodiment, the fiber composite material is made from fibers impregnated with a matrix material, which form a mesh or a fabric. The matrix material can be produced in particular in the form of a prepreg material.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird als elastischer Werkstoff Gummi, Silikon oder Kunststoff verwendet. Solche Werkstoffe und anderweitige Elastomere verleihen dem Schlauch die gewünschte Elastizität. According to a further advantageous embodiment, rubber, silicone or plastic is used as the elastic material. Such materials and other elastomers give the hose the desired elasticity.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Figur anhand einer bevorzugten Ausführungsform exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend genannten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen, als auch in unterschiedlicher Kombination miteinander einen vorteilhaften oder weiterbildenden Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic representation of an embodiment of an apparatus for carrying out the method according to the invention.
Die Vorrichtung 1 umfasst einen Trichter 5, durch den das Halbzeug 3 in Richtung eines verjüngten Endes 6 des Trichters 5 bewegbar ist und über dessen Außenmantelfläche 7 der Schlauch 4 gleichläufig zu dem Halbzeug 3 bewegbar ist.The
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 1 ein dem verjüngten Ende 6 des Trichters 5 nachgeschaltetes, beabstandet zu dem Trichter 5 angeordnetes Führungselement 8 mit einem koaxial zu einer Längsmittelachse 9 des Trichters 5 angeordneten Durchbruch 10, durch den das Halbzeug 3 und der das Halbzeug 3 radial außen umgebende Schlauch 4 gleichzeitig bewegbar sind. Eine Querschnittsfläche des Durchbruchs 10 ist derart dimensioniert, dass sich der Schlauch 4 in dem Durchbruch 10 an einer Außenmantelfläche 11 des Halbzeugs 3 anlegt und mit dieser verklebt. An einer dem Trichter 5 zugewandten Seite 12 des Führungselements 8 ist eine umlaufend um den Durchbruch 10 verlaufende Fase 13 ausgebildet, die als konvexe Abrundung ausgebildet ist.Furthermore, the
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs erläutert, das unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung 1 durchgeführt wird.A method for manufacturing a coil spring for a wheel suspension of a vehicle, which is carried out using the
Zunächst werden das biegeschlaffe, langgestreckte Halbzeugs 3 aus dem Faserverbundwerkstoff und der Schlauch 4 aus dem elastischen Werkstoff bereitgestellt.First, the limp, elongated
Das Halbzeug 3 wird durch den sich in Richtung der durch den Pfeil 14 angedeuteten Bewegungsrichtung des Halbzeugs 3 verjüngenden Trichter 5 und durch den Durchbruch 10 an dem bezüglich der Bewegungsrichtung des Halbzeugs 3 dem Trichter 5 nachgeschalteten, beabstandet zu dem Trichter 5 angeordneten Führungselement 8 bewegt bzw. gezogen. Gleichzeitig wird das Halbzeug 3 mit dem Schlauch 4 ummantelt, indem der Schlauch 4 während der Bewegung des Halbzeugs 3 entsprechend den Pfeilen 15 gleichläufig zu dem Halbzeug 3 über die Außenmantelfläche 7 des Trichters 5 und durch den Durchbruch 10 bewegt wird. Dabei werden die Bewegung des Schlauchs 4 und die Bewegung des Halbzeugs 3 derart aufeinander abgestimmt, dass innerhalb des Durchbruchs 10 eine Bewegungsgeschwindigkeit des Schlauchs 4 einer Bewegungsgeschwindigkeit des Halbzeugs 3 entspricht.The
Der Faserverbundwerkstoff des Halbzeugs 3 kann aus mit einem Matrixwerkstoff imprägnierten Fasern hergestellt werden, die ein Geflecht oder ein Gewebe bilden. Als elastischer Werkstoff des Schlauchs 4 kann Gummi, Silikon oder Kunststoff verwendet werden.The fiber composite material of the
Nachdem das Halbzeug 3 auf die beschriebene Art und Weise mit dem Schlauch 4 ummantelt worden ist, wird das mit dem Schlauch 4 ummantelte Halbzeug 3 um einen nicht gezeigten Wickeldorn gewickelt, dessen Außenmantelfläche mit einer schraubenlinienförmig verlaufenden Nut zur zumindest teilweisen Aufnahme des ummantelten Halbzeugs 3 versehen ist. Anschließend kann der Faserverbundwerkstoff des um den Wickeldorn gewickelten, ummantelten Halbzeugs 3 ausgehärtet werden. Hierdurch wird die Schraubenfeder endfertig hergestellt und kann von dem Wickeldorn entfernt werden.After the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Schraubenfederhalbzeugcoil spring semi-finished products
- 33
- HalbzeugWorkpiece
- 44
- Schlauchtube
- 55
- Trichterfunnel
- 66
- verjüngtes Ende von 5tapered end of 5
- 77
- Außenmantelfläche von 5Outer jacket surface of 5
- 88th
- Führungselementguide element
- 99
- Längsmittelachse von 5Longitudinal center line of 5
- 1010
- Durchbruchbreakthrough
- 1111
- Außenmantelfläche von 3Outer jacket surface of 3
- 1212
- Seite von 8page of 8
- 1313
- Fase von 8phase of 8
- 1414
- Pfeil (Bewegungsrichtung von 3)Arrow (direction of movement of 3)
- 1515
- Pfeil (Bewegungsrichtung von 4)Arrow (moving direction of 4)
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