DE102018121852A1

DE102018121852A1 - Verfahren zum Herstellen von Blattfedern in Faserverbundbauweise und Strangziehvorrichtung

Info

Publication number: DE102018121852A1
Application number: DE102018121852.4A
Authority: DE
Inventors: Erich Fries; Wolfgang Hinz
Original assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2020-03-12
Also published as: CN112638634A; CA3109741A1; KR102582384B1; KR20210049882A; JP2022502278A; WO2020048625A1; US20220305743A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Blattfedern (2) in Faserverbundbauweise in eine Soll-Form der Blattfedern (2), aufweisend die Schritte des Strangziehens eines Fasermaterials (4) aus einem Faservorratslager (3) in eine Injektionsbox (6), die ausgebildet ist, einen jeweiligen Abschnitt des Fasermaterials (4) innerhalb einer Injektionskammer (6a) der Injektionsbox (6) unter einem Kammerüberdruck mit wenigstens einem Matrixmaterial während des Strangziehens des Fasermaterials (4) kontinuierlich zu tränken, des Herausziehens des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) aus der Injektionsbox (6), sowie des anschließenden Zuführens des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) zu einer Heizvorrichtung (7), an welcher der jeweilige zugeführte Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) zumindest teilweise ausgehärtet wird und des Formens des mit dem Matrixmaterial verstärkten Fasermaterialstrangs (4a) in die Soll-Form der Blattfedern (2). Die Erfindung betrifft außerdem eine zugehörige Strangziehvorrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Blattfedern in Faserverbundbauweise in eine Soll-Form der Blattfedern und eine zugehörige Strangziehvorrichtung.
Aus der EP 2 492 074 A1 ist ein diskontinuierliches Verfahren bekannt zur Herstellung einer Blattfeder als Faserverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug, welche einzelne Fasern und eine die Fasern umgebende Matrix aus einem gehärteten Harz umfasst, bei dem die Fasern in Form von wenigstens zwei Textillagen bereitgestellt und aufeinander geschichtet werden, wobei die Textillagen innerhalb eines Pressformwerkzeugs geformt und durch ein auf wenigstens eine der Textillagen trocken aufgebrachtes Bindemittel zu einer trockenen Preform fixiert werden, welche in einer RTM-Kavität mit dem Harz infiltriert und gehärtet wird.
Aus der US 4,445,957 ist ein kontinuierliches Verfahren bekannt zur Herstellung einer Blattfeder als Faserverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug, welche einzelne Fasern und eine die Fasern umgebende Matrix aus einem gehärteten Harz umfasst. Die Blattfedern als Faserverbundbauteile werden in einer Pultrusionsvorrichtung gefertigt, die eine offene Wanne umfasst, in der die Fasern mit der Matrix getränkt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Strangziehvorrichtung zu schaffen, wodurch Blattfedern in Faserverbundbauweise besonders rationell und in hoher Qualität gefertigt werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Blattfedern in Faserverbundbauweise in eine Soll-Form der Blattfedern, aufweisend die Schritte:

- Strangziehen eines Fasermaterials aus einem Faservorratslager in eine Injektionsbox, die ausgebildet ist, einen jeweiligen Abschnitt des Fasermaterials innerhalb einer Injektionskammer der Injektionsbox unter einem Kammerüberdruck mit wenigstens einem Matrixmaterial während des Strangziehens des Fasermaterials kontinuierlich zu tränken,
- Herausziehen des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs aus der Injektionsbox, sowie anschließendes Zuführen des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs zu einer Heizvorrichtung, an welcher der jeweilige zugeführte Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs zumindest teilweise ausgehärtet wird und Formen des mit dem Matrixmaterial verstärkten Fasermaterialstrangs in die Soll-Form der Blattfedern.

Blattfedern sind eine spezielle Bauart von allgemeinen Federn, die sich in einem konstruktiv bestimmten Maße aufgrund äußerer Kräfte, die an der Blattfeder angreifen, elastisch verformen lassen, wobei in der elastisch verformten Blattfeder Energie gespeichert wird, die bei einer elastischen Rückverformung des Blattfeder wieder freigeben wird. Blattfedern werden beispielsweise im Fahrzeugbau häufig verwendet, insbesondere als Komponente einer Feder-Dämpfer-Anordnung eines Fahrwerks, an dem die Räder des Fahrzeugs gelagert sind. Generell besteht ein Bedarf an einer kostengünstigen Serienfertigung derartiger Blattfedern in großen Stückzahlen. Aufgrund hoher Anforderungen an die konstruktive Reife der Blattfedern, an einem möglichst geringen Gewicht der Blattfedern und einem sicheren Einsatz, beispielsweise auch hinsichtlich des Crashverhaltens der Blattfedern bei einem Unfall mit dem Fahrzeug, werden Blattfedern zunehmend als Faserverbundbauteile hergestellt.
Bisher wurden solche Faserverbundbauteile unter anderem entweder in Einzelfertigung in speziellen Einzelformen stückweise hergestellt, beispielsweise durch manuelles Einlegen von mit Harz getränkten Fasermatten in eine Form und anschließendes Erhitzen und Pressen in der Form. Alternativ können solche Faserverbundbauteile auch in laufenden Stückzahlen im Strangziehverfahren kontinuierlich hergestellt werden. Allerdings ist eine Verwendung eines offenen Bades, bei dem im Rahmen der bekannten Strangziehverfahren, die auch als Pultrusionsverfahren bezeichnet werden, nur gewisse Harze verfahrenstechnisch verwendet werden können, es nachteilig, dass keine hochreaktiven und/oder schnellreaktiven Harze verwendet werden können. Auch ist eine vollständige und homogene Durchdringung des Fasermaterials mit dem Harz in einem offenen Bad nicht immer gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen Blattfedern mittels Strangziehen herzustellen und zwar unter Verwendung einer Injektionsbox mit einer unter Überdruck stehenden Injektionskammer, wobei der Injektionsbox nachfolgend wahlweise eine vollständige Aushärtung des mit Matrixmaterial getränkten Fasermaterials stattfinden kann oder nur eine teilweise Aushärtung des mit Matrixmaterial getränkten Fasermaterials stattfinden kann. Aufgrund einer wahlweise vollständigen oder nur teilweisen Aushärtung kann in Abhängigkeit der für die Blattfedern gewünschten Eigenschaften an die Soll-Form, d.h. die dreidimensionale Gestalt der Blattfedern, auch nach einer teilweisen Aushärtung noch formende Verfahrensschritte folgen, um auch Blattfedern herstellen zu können, die eine andere als nur eine bloße gerade Gestalt aufweisen sollen. Insbesondere kann erfindungsgemäß eine von der bloßen geraden Ausgestaltung der Blattfedern abweichende Soll-Form der Blattfedern durch das kontinuierliche Verfahren unterbrechungsfrei und vollautomatisch hergestellt werden.
Die Soll-Form der Blattfedern umfasst demgemäß sowohl die gewünschte Querschnittsform bzw. Querschnittsgestalt der Blattfedern, die in verschiedenen Querschnitten identisch oder auch unterschiedlich sein können, als auch die Form in Längserstreckung der Blattfedern, wie beispielsweise deren Krümmung im Biegeabschnitt und deren Ausformungen an den Endabschnitten der Blattfedern, insbesondere in Hinblick auf die Bildung von Befestigungsstellen, mit denen die Blattfeder später an den ausgewählten Bauteilen, wie beispielsweise Fahrwerksanschlussstellen, befestigt werden können.
Das Fasermaterial können Einzelfäden oder Faserbündel sein. Das Fasermaterial kann aber auch geflochtenes oder gewebtes Strangmaterial, wie beispielsweise Bändchen sein. Das Fasermaterial kann insbesondere Glasfasern, Kohlefasern, Basaltfasern und/oder Aramidfasern umfassen. Das Fasermaterial wird unter anderem auch als Roving genannt und bezeichnet im Allgemeinen Bündel oder Stränge von Filamenten, d.h. Endlosfasern.
Das Faservorratslager dient dem Vorhalten einer für die kontinuierliche, unterbrechungsfreie Fertigung über einen angemessenen Zeitraum hinaus ausreichende Menge an Fasermaterial. Im Allgemeinen können solche Faservorratslager von Spulengattern gebildet werden, in denen eine Vielzahl von Spulen, auf denen die Fasermaterialien aufgewickelt sind, drehbar gelagert sind, so dass die Fasermaterialien leicht abgezogen werden können. Die abgezogenen Fasermaterialien werden dann der Injektionsbox zugeführt.
Die Injektionsbox umfasst eine Injektionskammer in welche die Fasermaterialien von dem Faservorratslager kommend eingezogen werden. Innerhalb der Injektionskammer herrscht vorzugsweise ein Kammerüberdruck. In die Injektionskammer wird von außerhalb der Injektionsbox das gewünschte bzw. benötigte Matrixmaterial eingespritzt bzw. mit hohem Druck eingepresst. Aufgrund des hohen Kammerdruckes kann das Matrixmaterial besonders gut in die Zwischenräume der Fasermaterialien eindringen und sich insbesondere vollflächig und lufteinschlussfrei d.h. blasenfrei verbinden.
Das Matrixmaterial können insbesondere Polymere sein. Das Matrixmaterial können Duroplaste, Thermoplaste und/oder Elastomere sein. Das Matrixmaterial kann reaktiv aushärtend sein. Alternativ kann das Matrixmaterial selbstaushärtend sein. Das Matrixmaterial kann somit beispielsweise Polyurethan, Epoxidharz und/oder Polyamid aufweisen.
In allen Verfahrensvarianten kann das Matrixmaterial wenigstens einen Polyurethan-Werkstoff aufweisen.
Durch die Blattfedern in Faserverbundbauweise kann eine deutliche Gewichtseinsparung erreicht werden und somit beispielsweise im Einsatzfeld der Kraftfahrzeuge der Kraftstoffverbrauch und damit auch der Schadstoffausstoß verringert werden. Auch tritt ein ruhigeres Fahrverhalten mit Blattfedern in Faserverbundbauweise auf, d.h. die Blattfedern dämpfen z.B. Geräusche.
Ein Polyurethan-Werkstoff als Komponente des Matrixmaterials verbessert beispielsweise die Imprägnierbarkeit des Fasermaterials und verkürzt die Aushärtungszeiten d.h. die Reaktionszeiten. Eine durch den Polyurethan-Werkstoff erreichte ausgezeichnete Zähigkeit wirkt sich positiv auf das Ermüdungsverhalten unter Last aus.
In allen Verfahrensvarianten können mittels der Injektionsbox im Rahmen des Strangziehens somit auch hochreaktive, d.h. sehr schnell aushärtende Matrixmaterialen oder Matrixsysteme verwendet werden. Schnell aushärtende Matrixmaterialen oder Matrixsysteme sind beispielsweise Materialen, die in einer Zeit zwischen 10 und 15 Minuten vollständig ausgehärtet sind.
Die Aufgabe wird neben dem Verfahren außerdem gelöst durch eine Strangziehvorrichtung zum Herstellen von Blattfedern in Faserverbundbauweise, aufweisend ein Faservorratslager mit wenigstens einem darin gespeicherten Fasermaterial, eine Zugvorrichtung, die ausgebildet ist, das Fasermaterial kontinuierlich aus dem Faservorratslager herauszuziehen, eine Injektionsbox, die ausgebildet ist, einen jeweiligen Abschnitt des von der Zugvorrichtung durch die Injektionsbox gezogenen Fasermaterials innerhalb einer Injektionskammer der Injektionsbox unter einem Kammerüberdruck mit wenigstens einem Matrixmaterial während des Strangziehens des Fasermaterials kontinuierlich zu tränken, sowie eine Heizvorrichtung, die ausgebildet ist, zum zumindest teilweise Aushärten eines mittels der Zugvorrichtung an die Heizvorrichtung jeweils zugeführten Abschnitts des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs und ein Formwerkzeug, das ausgebildet ist, einen jeweiligen, zumindest teilweise ausgehärteten Abschnitt des mit dem Matrixmaterial verstärkten Fasermaterialstrangs in eine Soll-Form der jeweiligen Blattfeder umzuformen. Die erfindungsgemäße Strangziehvorrichtung ist insoweit ausgebildet, eines oder mehrere der erfindungsgemäßen Verfahren auszuführen.
Die Zugvorrichtung kann im Allgemeinen zwei Zugeinrichtungen aufweisen, die in Zugrichtung des Fasermaterials gegeneinander linear verfahrbar gelagert sind, so dass sie automatisch abwechselnd aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können. Immer die in Zugrichtung fahrende Zugeinrichtung greift einen Abschnitt des Fasermaterials und zieht diesen in Zugrichtung, wobei die jeweils entgegen der Zugrichtung fahrende andere Zugeinrichtung das Fasermaterial loslässt. So wird das Fasermaterial kontinuierlich stets nur in Zugrichtung bewegt.
Das Formwerkzeug kann aus einem Formwerkzeugelement oder aus mehreren Formwerkzeugelementen bestehen. Mehrere Formwerkzeugelemente können auch in einem deutlichen Abstand voneinander angeordnet sein. Zwischen jeweils zwei voneinander beabstandete Formwerkzeugelementen können insbesondere auch andere Komponenten der Strangziehvorrichtung angeordnet sein, insbesondere eine Heizvorrichtung, die Zugvorrichtung und/oder eine Trennvorrichtung. Das Formwerkzeug kann beispielsweise ein erstes Formwerkzeug umfassen, das zur Bildung der Querschnittskontur des Fasermaterialstranges ausgebildet ist. Das Formwerkzeug kann beispielsweise ein zweites Formwerkzeug umfassen, das zur Bildung der Längskontur des Fasermaterialstranges ausgebildet ist.
In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens kann der aus der Injektionsbox herausgezogene Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs vor seiner vollständigen Aushärtung einem Formwerkzeug zugeführt werden, das ausgebildet ist, dem jeweils kontinuierlich aus der Injektionsbox herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial verstärkten Fasermaterialstrangs die Soll-Form der Blattfeder zu geben. Wenn der Fasermaterialstrang, der das Fasermaterial und das Matrixmaterial umfasst, aus der Injektionsbox ausgetreten ist, kann der Fasermaterialstrang einer Heizvorrichtung zugeführt und dort in gewünschter Weise, d.h. entweder nur teilweise oder vollständig ausgehärtet werden. Vor seiner vollständigen Aushärtung kann der Fasermaterialstrang jedoch einem Formwerkzeug zugeführt werden. Das Formwerkzeug kann ausgebildet sein, den noch nicht vollständig ausgehärteten Fasermaterialstrang in seiner Querschnittsform umzuformen. Alternativ oder ergänzend kann ein Formwerkzeug vorgesehen sein, das ausgebildet ist, den noch nicht vollständig ausgehärteten Fasermaterialstrang in seiner Längserstreckung, d.h. in seiner Längsform umzuformen.
In einer ersten Variante des Verfahrens kann der aus der Injektionsbox herausgezogene Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs kontinuierlich durch eine die Querschnittsgestalt der Soll-Form der Blattfeder vorgebende Kavität des Formwerkzeugs geführt werden und anschließend der Fasermaterialstrang in der Heizvorrichtung zu einer geraden Blattfeder vollständig ausgehärtet werden.
Das Formwerkzeug kann in einer ersten Ausführungsform eine Kavität aufweisen, die ausgebildet ist, dem aus der Injektionsbox kontinuierlich herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs hinsichtlich seiner Querschnittsgestalt die Soll-Form der Blattfeder vorzugeben und die Strangziehvorrichtung kann dabei eine Steuervorrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, die Heizvorrichtung und die Zugvorrichtung derart anzusteuern, dass der Fasermaterialstrang nach seinem Austritt aus der Kavität in der Heizvorrichtung zu einer geraden Blattfeder vollständig ausgehärtet wird.
Sollen lediglich gerade Blattfedern hergestellt werden, so kann auf ein Formwerkzeug zum Umformen der geraden Blattfedern in gekrümmte Blattfedern entfallen. Dies bedeutet, dass eine vollständige Aushärtung bereits nach einem Durchlaufen der die Querschnittsform der Blattfedern einstellenden Kavität stattfinden kann.
In einer zweiten Variante des Verfahrens kann der aus der Injektionsbox herausgezogene Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs kontinuierlich durch eine die Querschnittsgestalt der Soll-Form der Blattfeder vorgebende Kavität des Formwerkzeugs geführt werden, anschließend der Fasermaterialstrang in der Heizvorrichtung zu einem zumindest teilweise oder vollständig ausgehärten Fasermaterialstrang aufgeheizt werden und anschließend der zumindest teilweise oder vollständig ausgehärtete Fasermaterialstrang wieder erwärmt werden und dann in einem Formwerkzeug zu einer die Soll-Form aufweisenden Blattfeder umgeformt und/oder gepresst werden.
Das Formwerkzeug kann in einer zweiten Ausführungsform eine Kavität aufweisen, die ausgebildet ist, dem aus der Injektionsbox kontinuierlich herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs hinsichtlich seiner Querschnittsgestalt die Soll-Form der Blattfeder vorzugeben und die Strangziehvorrichtung kann dabei eine Steuervorrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, die Heizvorrichtung und die Zugvorrichtung derart anzusteuern, dass der zumindest teilweise oder vollständig ausgehärtete Fasermaterialstrang nach seinem Austritt aus der Heizvorrichtung an einer Aufwärmvorrichtung wieder erwärmt wird und dann in einem weiteren Formwerkzeug zu einer die Soll-Form aufweisenden Blattfeder umgeformt und/oder gepresst wird. Demgemäß kann es sich bei dem Matrixmaterial beispielsweise um ein zweistufig aushärtendes Epoxidharz (sog. „B-Stage Resin“) handeln.
Sollen hingegen gekrümmte, insbesondere gebogene Blattfedern hergestellt werden, so kann auf ein Formwerkzeug zum Umformen der geraden Blattfedern in gekrümmte Blattfedern nicht entfallen, vielmehr ist ein zusätzliches Formwerkzeug erforderlich, das ausgebildet ist, die Blattfedern in Längserstreckung umzuformen. Um dies zu gewährleisten, kann in Abhängigkeit des benutzten Matrixmaterials, ein nachträgliches Erwärmen stattfinden, so dass die Blattfedern in dem zusätzlichen Formwerkzeug umgeformt werden können. Dies bedeutet, dass entweder nur eine teilweise Aushärtung in der Heizvorrichtung stattfindet oder, beispielsweise im Falle von thermoplastischen Matrixmaterialien, der Fasermaterialstrang trotz vorheriger vollständiger Aushärtung durch ein Wiedererwärmen erneut zumindest teilweise plastifiziert werden kann.
In einer dritten Variante des Verfahrens kann der aus der Injektionsbox herausgezogene Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs kontinuierlich durch eine die Querschnittsgestalt der Soll-Form der Blattfeder vorgebende Kavität des Formwerkzeugs geführt werden, anschließend der Fasermaterialstrang in der Heizvorrichtung zu einem lediglich teilweise ausgehärten Fasermaterialstrang aufgeheizt werden und anschließend der lediglich teilweise ausgehärtete Fasermaterialstrang wiedererwärmungsfrei in einem Formwerkzeug zu einer die Soll-Form aufweisenden Blattfeder umgeformt werden, wobei nach dem Umformen ein vollständiges Aushärten der die Soll-Form aufweisenden Blattfeder erfolgt.
Das Formwerkzeug kann in einer dritten Ausführungsform eine Kavität aufweisen, die ausgebildet ist, dem aus der Injektionsbox kontinuierlich herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs hinsichtlich seiner Querschnittsgestalt die Soll-Form der Blattfeder vorzugeben und die Strangziehvorrichtung kann dabei eine Steuervorrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, die Heizvorrichtung und die Zugvorrichtung derart anzusteuern, dass der Fasermaterialstrang in der Heizvorrichtung zu einem lediglich teilweise ausgehärten Fasermaterialstrang aufgeheizt wird und anschließend der lediglich teilweise ausgehärtete Fasermaterialstrang wiedererwärmungsfrei in einem weiteren Formwerkzeug zu einer die Soll-Form aufweisenden Blattfeder umgeformt wird und nach dem Umformen ein vollständiges Aushärten der die Soll-Form aufweisenden Blattfeder erfolgt.
In dieser dritten Ausführungsform können insbesondere Matrixmaterialien verarbeitet werden, die zum Zeitpunkt des Umformens in dem zusätzlichen Formwerkzeug noch nicht vollständig ausreagiert haben. Dies können beispielsweise Epoxidharze im B-Zustand, sogenannte „B-Stage-Epoxy“, sein.
In einer vierten Variante des Verfahrens kann der aus der Injektionsbox herausgezogene Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs kontinuierlich durch eine die Querschnittsgestalt der Soll-Form der Blattfeder vorgebende Kavität des Formwerkzeugs geführt werden, anschließend der Fasermaterialstrang in der Heizvorrichtung zu einem zumindest teilweise oder vollständig ausgehärten Fasermaterialstrang aufgeheizt werden und anschließend der lediglich teilweise ausgehärtete Fasermaterialstrang oder der vollständig ausgehärtete und wiedererwärmte Fasermaterialstrang mittels eines Radius-Pultrusionsverfahrens zu einer Blattfeder mit einer gekrümmten Soll-Form umgeformt werden.
Das Formwerkzeug kann in einer vierten Ausführungsform eine Kavität aufweisen, die ausgebildet ist, dem aus der Injektionsbox kontinuierlich herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs hinsichtlich seiner Querschnittsgestalt die Soll-Form der Blattfeder vorzugeben und die Strangziehvorrichtung kann dabei eine Steuervorrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, die Heizvorrichtung und die Zugvorrichtung derart anzusteuern, dass der Fasermaterialstrang in der Heizvorrichtung zu einem zumindest teilweise oder vollständig ausgehärten Fasermaterialstrang aufgeheizt wird und anschließend der lediglich teilweise ausgehärtete Fasermaterialstrang oder der vollständig ausgehärtete und wiedererwärmte Fasermaterialstrang mittels einer Radius-Pultrusionsvorrichtung der Strangziehvorrichtung zu einer Blattfeder mit einer gekrümmten Soll-Form umgeformt wird.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind exemplarisch in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in anderen Kombinationen betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen:

1 ein Ablaufschema einer Grundform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Strangziehvorrichtung,
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Strangziehvorrichtung,
4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Strangziehvorrichtung, und
5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Strangziehvorrichtung.

In der in 1 ist mit Hilfe eines Ablaufschemas eine Grundform des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezeigt. Das Verfahren dient zum Herstellen von Blattfedern 2 in Faserverbundbauweise in eine Soll-Form der Blattfedern 2, aufweisend den ersten Schritt S1 des Strangziehens eines Fasermaterials 4 aus einem Faservorratslager 3 in eine Injektionsbox 6. Die Injektionsbox 6 ist ausgebildet, einen jeweiligen Abschnitt des Fasermaterials 4 in einem zweiten Schritt S2 innerhalb einer Injektionskammer 6a der Injektionsbox 6 unter einem Kammerüberdruck mit wenigstens einem Matrixmaterial während des Strangziehens des Fasermaterials 4 kontinuierlich zu tränken.
Im ersten Teil eines dritten Schritts S3.1 erfolgt ein Herausziehen des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs 4a aus der Injektionsbox 6, sowie anschließendes im zweiten Teil eines dritten Schritts S3.2 ein Zuführen des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs 4a zu einer Heizvorrichtung 7.
An der Heizvorrichtung 7 erfolgt in einem vierten Schritt S4 des Verfahrens ein zumindest teilweises Aushärten des jeweiligen zugeführten Abschnitts des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs 7a. Abschließend erfolgt in einem fünften Schritt des Verfahrens ein Formen des mit dem Matrixmaterial verstärkten Fasermaterialstrangs 4a in die Soll-Form der Blattfedern 2.
In der 2 bis 5 sind verschiedene Ausführungsvarianten von Strangziehvorrichtungen 1 dargestellt. Diese Strangziehvorrichtungen 1 sind ausgebildet zum Herstellen von Blattfedern 2 in Faserverbundbauweise, aufweisend ein Faservorratslager 3 mit wenigstens einem darin gespeicherten Fasermaterial 4, eine Zugvorrichtung 5, die ausgebildet ist, das Fasermaterial 4 kontinuierlich aus dem Faservorratslager 3 herauszuziehen, eine Injektionsbox 6, die ausgebildet ist, einen jeweiligen Abschnitt des von der Zugvorrichtung 5 durch die Injektionsbox 6 gezogenen Fasermaterials 4 innerhalb einer Injektionskammer 6a der Injektionsbox 6 unter einem Kammerüberdruck mit wenigstens einem Matrixmaterial während des Strangziehens des Fasermaterials 4 kontinuierlich zu tränken, sowie eine Heizvorrichtung 7, die ausgebildet ist, zum zumindest teilweise Aushärten eines mittels der Zugvorrichtung 5 an die Heizvorrichtung 7 jeweils zugeführten Abschnitts des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs 4a und ein Formwerkzeug 8, das ausgebildet ist, einen jeweiligen, zumindest teilweise ausgehärteten Abschnitt des mit dem Matrixmaterial verstärkten Fasermaterialstrangs 4a in eine Soll-Form der jeweiligen Blattfeder 2 umzuformen.
In der ersten Ausführungsvariante gemäß 2 weist das Formwerkzeug 8 eine Kavität 8a auf, die ausgebildet ist, dem aus der Injektionsbox 6 kontinuierlich herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs 4a hinsichtlich seiner Querschnittsgestalt die Soll-Form der Blattfeder 2 vorzugeben und die Strangziehvorrichtung 1 eine Steuervorrichtung 9 aufweist, die ausgebildet ist, die Heizvorrichtung 7 und die Zugvorrichtung 5 derart anzusteuern, dass der Fasermaterialstrang 4a nach seinem Austritt aus der Kavität 8a in der Heizvorrichtung 7 zu einer geraden Blattfeder 2 vollständig ausgehärtet wird. Nach einem vollständigen Aushärten kann die jeweilige endseitige Blattfeder 2 mittels eine Trennvorrichtung 10, wie beispielsweise einer Säge, von dem Fasermaterialstrang 4a abgetrennt werden.
In der zweiten Ausführungsvariante gemäß 3 weist das Formwerkzeug 8 eine Kavität 8a auf, die ausgebildet ist, dem aus der Injektionsbox 6 kontinuierlich herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs 4a hinsichtlich seiner Querschnittsgestalt die Soll-Form der Blattfeder 2 vorzugeben und die Strangziehvorrichtung 1 eine Steuervorrichtung 9 aufweist, die ausgebildet ist, die Heizvorrichtung 7 und die Zugvorrichtung 5 derart anzusteuern, dass der zumindest teilweise oder vollständig ausgehärtete Fasermaterialstrang 4a nach seinem Austritt aus der Heizvorrichtung 7 an einer Aufwärmvorrichtung 11 wieder erwärmt wird und dann in einem weiteren Formwerkzeug 8b zu einer die Soll-Form aufweisenden Blattfeder umgeformt und/oder gepresst wird. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Aufwärmvorrichtung 11 in Zugrichtung nach der Zugvorrichtung 5 und nach der Trennvorrichtung 10 angeordnet. In entsprechenden Abwandlungen dieser zweiten Ausführungsvariante kann die Aufwärmvorrichtung 11 jedoch beispielsweise nach der Zugvorrichtung 5 und vor der Trennvorrichtung 10, d.h. zwischen der Zugvorrichtung 5 und vor der Trennvorrichtung 10 angeordnet sein oder ggf. sogar noch vor der Zugvorrichtung 5 und vor der Trennvorrichtung 10 angeordnet sein.
In der dritten Ausführungsvariante gemäß 4 weist das Formwerkzeug 8 eine Kavität 8a auf, die ausgebildet ist, dem aus der Injektionsbox 6 kontinuierlich herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs 4a hinsichtlich seiner Querschnittsgestalt die Soll-Form der Blattfeder 2 vorzugeben und die Strangziehvorrichtung 1 eine Steuervorrichtung 9 aufweist, die ausgebildet ist, die Heizvorrichtung 7 und die Zugvorrichtung 5 derart anzusteuern, dass der Fasermaterialstrang 4a in der Heizvorrichtung 7 zu einem lediglich teilweise ausgehärten Fasermaterialstrang 4a aufgeheizt wird und anschließend der lediglich teilweise ausgehärtete Fasermaterialstrang 4a wiedererwärmungsfrei in einem weiteren Formwerkzeug 8c zu einer die Soll-Form aufweisenden Blattfeder 2 umgeformt wird und erst nach dem Umformen ein vollständiges Aushärten der die Soll-Form aufweisenden Blattfeder 2 erfolgt.
In der vierten Ausführungsvariante gemäß 5 weist das Formwerkzeug 8 eine Kavität 8a auf, die ausgebildet ist, dem aus der Injektionsbox 6 kontinuierlich herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs 4a hinsichtlich seiner Querschnittsgestalt die Soll-Form der Blattfeder 2 vorzugeben, wobei die Strangziehvorrichtung 1 eine Steuervorrichtung 9 aufweist, die ausgebildet ist, die Heizvorrichtung 7 und die Zugvorrichtung 5 derart anzusteuern, dass der Fasermaterialstrang 4a in der auf einer Kreisbahn beweglichen Heizvorrichtung 7 zu einem zumindest teilweise oder vollständig ausgehärten Fasermaterialstrang 4a aufgeheizt wird und anschließend der lediglich teilweise ausgehärtete Fasermaterialstrang 4a oder der vollständig ausgehärtete und wiedererwärmte Fasermaterialstrang 4a mittels einer Radius-Pultrusionsvorrichtung 12, welche die Heizvorrichtung 7 zusammen mit dem Formwerkzeug 8 bzw. der Kavität 8a mitbewegt, zu einer Blattfeder 2 mit einer gekrümmten, insbesondere kreisbogenförmigen Soll-Form umgeformt wird.
Bezugszeichenliste

1: Strangziehvorrichtung
2: Blattfedern
3: Faservorratslager
4: Fasermaterial
4a: Fasermaterialstrang
5: Zugvorrichtung
6: Injektionsbox
6a: Injektionskammer
7: Heizvorrichtung
8: Formwerkzeug
8a: Kavität
9: Steuervorrichtung
10: Trennvorrichtung
11: Aufwärmvorrichtung
12: Radius-Pultrusionsvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2492074 A1 [0002]
US 4445957 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen von Blattfedern (2) in Faserverbundbauweise in eine Soll-Form der Blattfedern (2), aufweisend die Schritte: - Strangziehen eines Fasermaterials (4) aus einem Faservorratslager (3) in eine Injektionsbox (6), die ausgebildet ist, einen jeweiligen Abschnitt des Fasermaterials (4) innerhalb einer Injektionskammer (6a) der Injektionsbox (6) unter einem Kammerüberdruck mit wenigstens einem Matrixmaterial während des Strangziehens des Fasermaterials (4) kontinuierlich zu tränken, - Herausziehen des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) aus der Injektionsbox (6), sowie anschließendes Zuführen des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) zu einer Heizvorrichtung (7), an welcher der jeweilige zugeführte Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) zumindest teilweise ausgehärtet wird und Formen des mit dem Matrixmaterial verstärkten Fasermaterialstrangs (4a) in die Soll-Form der Blattfedern (2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Injektionsbox (6) herausgezogene Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) vor seiner vollständigen Aushärtung einem Formwerkzeug (8) zugeführt wird, das ausgebildet ist, dem jeweils kontinuierlich aus der Injektionsbox (6) herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial verstärkten Fasermaterialstrangs (4a) die Soll-Form der Blattfeder (2) zu geben.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Injektionsbox (6) herausgezogene Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) kontinuierlich durch eine die Querschnittsgestalt der Soll-Form der Blattfeder (2) vorgebende Kavität (8a) des Formwerkzeugs (8) gezogen wird und anschließend der Fasermaterialstrang (4a) in der Heizvorrichtung (7) zu einer geraden Blattfeder (2) vollständig ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Injektionsbox (6) herausgezogene Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) kontinuierlich durch eine die Querschnittsgestalt der Soll-Form der Blattfeder (2) vorgebende Kavität (8a) des Formwerkzeugs (8) gezogen wird, anschließend der Fasermaterialstrang (4a) in der Heizvorrichtung (7) zu einem zumindest teilweise oder vollständig ausgehärten Fasermaterialstrang (4a) aufgeheizt wird und anschließend der zumindest teilweise oder vollständig ausgehärtete Fasermaterialstrang (4a) wieder erwärmt wird und dann in einem Formwerkzeug (8b) zu einer die Soll-Form aufweisenden Blattfeder (2) umgeformt und/oder gepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Injektionsbox (6) herausgezogene Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) kontinuierlich durch eine die Querschnittsgestalt der Soll-Form der Blattfeder (2) vorgebende Kavität (8a) des Formwerkzeugs (8) gezogen wird, anschließend der Fasermaterialstrang (4a) in der Heizvorrichtung (7) zu einem lediglich teilweise ausgehärten Fasermaterialstrang (4a) aufgeheizt wird und anschließend der lediglich teilweise ausgehärtete Fasermaterialstrang (4a) wiedererwärmungsfrei in einem Formwerkzeug (8c) zu einer die Soll-Form aufweisenden Blattfeder (2) umgeformt wird und nach dem Umformen ein vollständiges Aushärten der die Soll-Form aufweisenden Blattfeder (2) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Injektionsbox (6) herausgezogene Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) kontinuierlich durch eine die Querschnittsgestalt der Soll-Form der Blattfeder (2) vorgebende Kavität (8a) des Formwerkzeugs (8) gezogen wird, anschließend der Fasermaterialstrang (4a) in der Heizvorrichtung (7) zu einem zumindest teilweise oder vollständig ausgehärten Fasermaterialstrang (4a) aufgeheizt wird und anschließend der lediglich teilweise ausgehärtete Fasermaterialstrang (4a) oder der vollständig ausgehärtete und wiedererwärmte Fasermaterialstrang mittels eines Radius-Pultrusionsverfahrens zu einer Blattfeder (2) mit einer gekrümmten Soll-Form umgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial wenigstens einen Polyurethan-Werkstoff oder ein zweistufig aushärtendes Epoxidharz aufweist.
Strangziehvorrichtung zum Herstellen von Blattfedern (2) in Faserverbundbauweise, aufweisend ein Faservorratslager (3) mit wenigstens einem darin gespeicherten Fasermaterial, eine Zugvorrichtung (5), die ausgebildet ist, das Fasermaterial kontinuierlich aus dem Faservorratslager (3) herauszuziehen, eine Injektionsbox (6), die ausgebildet ist, einen jeweiligen Abschnitt des von der Zugvorrichtung (5) durch die Injektionsbox (6) gezogenen Fasermaterials innerhalb einer Injektionskammer (6a) der Injektionsbox (6) unter einem Kammerüberdruck mit wenigstens einem Matrixmaterial während des Strangziehens des Fasermaterials (4) kontinuierlich zu tränken, sowie eine Heizvorrichtung (7), die ausgebildet ist, zum zumindest teilweise Aushärten eines mittels der Zugvorrichtung (5) an die Heizvorrichtung (7) jeweils zugeführten Abschnitts des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) und ein Formwerkzeug (8), das ausgebildet ist, einen jeweiligen, zumindest teilweise ausgehärteten Abschnitt des mit dem Matrixmaterial verstärkten Fasermaterialstrangs (4a) in eine Soll-Form der jeweiligen Blattfeder (2) umzuformen.
Strangziehvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (8) eine Kavität (8a) aufweist, die ausgebildet ist, dem aus der Injektionsbox (6) kontinuierlich herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) hinsichtlich seiner Querschnittsgestalt die Soll-Form der Blattfeder (2) vorzugeben und die Strangziehvorrichtung (1) eine Steuervorrichtung (9) aufweist, die ausgebildet ist, die Heizvorrichtung (7) und die Zugvorrichtung (5) derart anzusteuern, dass der Fasermaterialstrang (4a) nach seinem Austritt aus der Kavität (8a) in der Heizvorrichtung (7) zu einer geraden Blattfeder (2) vollständig ausgehärtet wird.
Strangziehvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (8) eine Kavität (8a) aufweist, die ausgebildet ist, dem aus der Injektionsbox (6) kontinuierlich herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) hinsichtlich seiner Querschnittsgestalt die Soll-Form der Blattfeder (2) vorzugeben und die Strangziehvorrichtung (1) eine Steuervorrichtung (9) aufweist, die ausgebildet ist, die Heizvorrichtung (7) und die Zugvorrichtung (5) derart anzusteuern, dass der zumindest teilweise oder vollständig ausgehärtete Fasermaterialstrang (4a) nach seinem Austritt aus der Heizvorrichtung (7) an einer Aufwärmvorrichtung (11) wieder erwärmt wird und dann in einem weiteren Formwerkzeug (8b) zu einer die Soll-Form aufweisenden Blattfeder (2) umgeformt und/oder gepresst wird.
Strangziehvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (8) eine Kavität (8a) aufweist, die ausgebildet ist, dem aus der Injektionsbox (6) kontinuierlich herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) hinsichtlich seiner Querschnittsgestalt die Soll-Form der Blattfeder (2) vorzugeben und die Strangziehvorrichtung (1) eine Steuervorrichtung (9) aufweist, die ausgebildet ist, die Heizvorrichtung (7) und die Zugvorrichtung (5) derart anzusteuern, dass der Fasermaterialstrang (4a) in der Heizvorrichtung (7) zu einem lediglich teilweise ausgehärten Fasermaterialstrang (4a) aufgeheizt wird und anschließend der lediglich teilweise ausgehärtete Fasermaterialstrang (4a) wiedererwärmungsfrei in einem weiteren Formwerkzeug (8c) zu einer die Soll-Form aufweisenden Blattfeder (2) umgeformt wird und nach dem Umformen ein vollständiges Aushärten der die Soll-Form aufweisenden Blattfeder (2) erfolgt.
Strangziehvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (8) eine Kavität (8a) aufweist, die ausgebildet ist, dem aus der Injektionsbox (6) kontinuierlich herausgezogenen Abschnitt des mit dem Matrixmaterial getränkten Fasermaterialstrangs (4a) hinsichtlich seiner Querschnittsgestalt die Soll-Form der Blattfeder (2) vorzugeben und die Strangziehvorrichtung (1) eine Steuervorrichtung (9) aufweist, die ausgebildet ist, die Heizvorrichtung (7) und die Zugvorrichtung (5) derart anzusteuern, dass der Fasermaterialstrang (4a) in der Heizvorrichtung (7) zu einem zumindest teilweise oder vollständig ausgehärten Fasermaterialstrang (4a) aufgeheizt wird und anschließend der lediglich teilweise ausgehärtete Fasermaterialstrang (4a) oder der vollständig ausgehärtete und wiedererwärmte Fasermaterialstrang (4a) mittels einer Radius-Pultrusionsvorrichtung (12) der Strangziehvorrichtung (1) zu einer Blattfeder (2) mit einer gekrümmten Soll-Form umgeformt wird.