DE102018129549B9 - Shaping the ends of coil springs - Google Patents

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Abstract

Schraubenfeder (100, 100'), die mehrere Windungen aus einem helixartig gewundenen Federdraht (10, 10', 10'') aus faserverstärktem Kunststoffmaterial, aufweisend eine Faserverstärkung und ein Matrixmaterial, aufweist, wobei die Faserverstärkung über die gesamte Länge des Federdrahtes (10, 10', 10") als Endlosfasermaterial mit konstanter Faseranzahl verläuft, wobei die Schraubenfeder (100, 100') zwei Federenden und an mindestens einem der Federenden in einer letzten Windung (1) der Schraubenfeder (100, 100') einen Übergangsbereich (B) und daran in Richtung des Endes des Federdrahtes (10, 10', 10") anschließend einen Endbereich (E) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des Federdrahtes (10, 10', 10") im Übergangsbereich (B) von einer Querschnittsfläche (A0) des Federdrahtes (10, 10', 10") in einem Mittelteil der Feder (100, 100') in eine geringere Querschnittsfläche (A1) des Endbereiches (E) übergeht, indem der Faservolumengehalt im Federdraht (10, 10', 10") im Verlauf des Übergangsbereichs (B) kontinuierlich erhöht wird.Helical spring (100, 100'), which has several turns of a helically wound spring wire (10, 10', 10'') made of fiber-reinforced plastic material, having a fiber reinforcement and a matrix material, the fiber reinforcement being distributed over the entire length of the spring wire (10 , 10', 10") as continuous fiber material with a constant number of fibers, the helical spring (100, 100') having two spring ends and at least one of the spring ends in a last coil (1) of the helical spring (100, 100') a transition area (B ) and then has an end region (E) in the direction of the end of the spring wire (10, 10', 10"), characterized in that a cross-sectional area of the spring wire (10, 10', 10") in the transition region (B) from a The cross-sectional area (A0) of the spring wire (10, 10', 10") in a central part of the spring (100, 100') transitions into a smaller cross-sectional area (A1) of the end region (E), in that the fiber volume content in the spring wire (10, 10' , 10") in Ve is continuously increased over the course of the transition region (B).

Description

Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern mit speziell ausgeformten Enden, eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Schraubenfedern, sowie die so erzeugten Schraubenfedern.The subject matter of the present application is a method for producing helical springs with specially shaped ends, a device for producing such helical springs, and the helical springs produced in this way.

Unter Schraubenfedern werden Federn verstanden, die einen Federdraht aufweisen, der sich helixartig gewunden von einem ersten Federende zu einem zweiten Federende erstreckt. Die Schraubenfeder weist dabei eine Längsachse auf, um die herum die Windungen des Federdrahtes verlaufen. Der Außendurchmesser der Schraubenfeder wird durch die von dieser Längsachse radial am weitesten entfernten Oberflächenabschnitte des Federdrahtes bestimmt. Der Innendurchmesser durch die radial am nächsten zur Längsachse befindlichen Oberflächenabschnitte des Federdrahtes. Die Federdrähte weisen dabei häufig einen über die gesamte Länge konstanten Querschnitt auf. Dieser ist meist kreisrund. Es sind jedoch auch elliptische Querschnitte oder polygonale Formen bekannt.Coil springs are springs that have a spring wire that extends in a helically wound manner from a first spring end to a second spring end. The helical spring has a longitudinal axis around which the windings of the spring wire run. The outside diameter of the helical spring is determined by the surface sections of the spring wire that are radially furthest away from this longitudinal axis. The inside diameter through the surface portions of the spring wire radially closest to the longitudinal axis. The spring wires often have a constant cross-section over the entire length. This is mostly circular. However, elliptical cross sections or polygonal shapes are also known.

Die Achse des Federdrahtes (Federdrahtachse) verläuft in den genannten helixartigen Windungen um die Längsachse der Schraubenfeder herum.The axis of the spring wire (spring wire axis) runs around the longitudinal axis of the helical spring in the helical coils mentioned.

Schraubenfedern werden in einer Vielzahl von technischen Feldern angewandt. Ein besonders bedeutsames Anwendungsgebiet ist der Fahrzeugbau. Hier dienen die Federn häufig als stoßminderndes Element in Fahrgestellen. In diesem Anwendungsgebiet sind die Federn häufig als Stahlfedern ausgeführt. Dies ermöglicht eine gute Federwirkung bei begrenzter Baugröße, bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass die Federn ein hohes Gewicht aufweisen. Davon ausgehend haben sich die Bestrebungen herausgebildet, Stahlfedern durch Federn in Faserverbundbauweise zu ersetzen. Problematisch ist dabei, dass die Federn in Faserverbundbauweise in den Bauraum, der für Stahlfedern vorgesehen ist, eingesetzt werden sollen. Die für Federn in Faserverbundbauweise eingesetzten Grundwerkstoffe verfügen im Allgemeinen über geringere Steifigkeiten als die isotropen Metalllegierungen von Stahlfedern. Die Federdrähte der Schraubenfedern in Faserverbundbauweise sind daher unter Umständen mit größerem Durchmesser auszuführen. Dies reduziert, bei konstant gehaltenem Bauraum, den zur Verfügung stehenden Federweg. Daher kann es bei Schraubenfedern in Faserverbundbauweise eher zu einem Aufeinandertreffen der einzelnen Federwindungen - dem sogenannten Blocken - kommen.Coil springs are used in a variety of technical fields. A particularly important area of application is vehicle construction. Here the springs often serve as a shock-reducing element in the chassis. In this field of application, the springs are often designed as steel springs. This enables a good spring action with a limited size, but has the disadvantage that the springs are very heavy. Based on this, attempts have been made to replace steel springs with springs made from fiber composites. The problem here is that the springs in fiber composite construction are to be used in the installation space that is provided for steel springs. The base materials used for fiber composite springs are generally less rigid than the isotropic metal alloys of steel springs. The spring wires of the fiber composite coil springs may therefore have to be designed with a larger diameter. This reduces the available spring deflection while keeping the installation space constant. Therefore, with helical springs in fiber composite construction, the individual spring coils can come together - so-called blocking.

Es gibt nunmehr eine Reihe von Bemühungen, die Federn möglichst kompakt auszuführen und dabei das Problem des Blockens, dass auch bei Schraubenfedern aus anderen Materialien bekannt ist, zu unterbinden bzw. ohne undefinierte Kraftverteilungen, wie sie bei dem Aufeinandertreffen von Federwindungen aus Federdraht mit kreisförmigem Querschnitt zu erwarten sind, ablaufen zu lassen.There are now a number of efforts to make the springs as compact as possible and to prevent the problem of blocking, which is also known with coil springs made of other materials, or without undefined force distributions, as occurs when spring coils made of spring wire with a circular cross-section meet are expected to expire.

Die EP 2 461 066 A1 schlägt vor, den Federdraht an den, in Längsrichtung der Feder übereinander liegenden Windungen, abzuflachen. So werden Kontaktflächen ausgebildet, auf denen die aneinanderstoßenden Windungen definiert aufliegen. Nachteilig bei dieser Gestaltung ist, dass der Querschnitt des Federdrahtes reduziert und damit die Tragfähigkeit und Steifigkeit der Feder vermindert wird.the EP 2 461 066 A1 suggests flattening the spring wire at the coils lying one above the other in the longitudinal direction of the spring. In this way, contact surfaces are formed on which the abutting turns rest in a defined manner. The disadvantage of this design is that the cross-section of the spring wire is reduced, thereby reducing the load-bearing capacity and rigidity of the spring.

Ein ähnliches Vorgehen schlägt die DE 44 06 826 B4 vor. Hier wird eine Schraubenfeder in einem Drehschwingungsdämpfer eingesetzt. Die Längsachse der Schraubenfeder ist dabei gekrümmt. Es wird vorgeschlagen, an dem Federdraht mindestens eine Abflachung vorzusehen, an der die nebenliegende Windung aufliegen kann. Aufgrund der Krümmung der Längsachse der Schraubenfeder sind die Auflageflächen benachbarter Windungen nicht parallel zueinander, sondern unter einem Winkel gegeneinander geneigt. Auch hier wird eine Reduzierung der Tragkraft der Feder in Kauf genommen.A similar approach suggests the DE 44 06 826 B4 before. Here a coil spring is used in a torsional vibration damper. The longitudinal axis of the helical spring is curved. It is proposed to provide at least one flat area on the spring wire, on which the adjacent coil can rest. Due to the curvature of the longitudinal axis of the helical spring, the bearing surfaces of adjacent coils are not parallel to one another, but inclined towards one another at an angle. Here, too, a reduction in the load capacity of the spring is accepted.

Gegenstand der JP H07- 113 389 B2 ist eine Schraubenfeder, die mit einer Torsionsbelastung um ihre Längsachse beaufschlagt wird. Die Beaufschlagung erfolgt über einen Klemmmechanismus. Als problematisch bei bisherigen Konstruktionen hatte sich erwiesen, dass die Federenden bei Belastung an dem Klemmmechanismus gerieben haben und einer starken Abnutzung unterlagen. Dies soll vermieden werden, indem eine konische Ausformung der Federenden vorgenommen wird. Die Figuren 1 und 2 zeigen die entsprechende Ausführungsform. Der Federdraht ist flacher, weist jedoch eine größere radiale Ausdehnung auf.The subject matter of JP H07-113 389 B2 is a helical spring which is subjected to a torsional load about its longitudinal axis. The pressure is applied via a clamping mechanism. A problem with previous constructions was that the spring ends rubbed against the clamping mechanism under load and were subject to heavy wear. This is to be avoided by making the spring ends conical. The figures 1 and 2 show the corresponding embodiment. The spring wire is flatter, but has a greater radial expansion.

Einen anderen Ansatz zur Verlängerung des zur Verfügung stehenden Federweges besteht darin, die Windungsradii, also den Abstand der Achse des Federdrahtes in einer Windung von der Längsachse, zu variieren. Dies führt jedoch zu einer ungleichmäßigen Beanspruchung der Feder über ihre Länge. Ein Versagen ist so wahrscheinlicher.Another approach to extending the available spring travel is to vary the coil radii, ie the distance between the axis of the spring wire in one coil and the longitudinal axis. However, this leads to an uneven stress on the spring over its length. Failure is more likely that way.

Beispielhaft sei für dieses Vorgehen die DE 10 2015 221 126 A1 genannt. Diese Schraubenfeder soll besser gegen seitliche Kräfte stabilisiert sein. Dazu sind die Federenden in speziellen Federsitzen angeordnet, die an den Enden der Feder in diese eingreifen. Die letzte Windung der Schraubenfeder, die auf dem Federsitz aufliegt, ist dabei verengt. Dies verhindert ein seitliches Verrutschen des Federendes im Sitz, ermöglicht jedoch dem Federmittelteil eine seitliche Bewegung.An example of this approach is the DE 10 2015 221 126 A1 called. This coil spring should be better stabilized against lateral forces. For this purpose, the spring ends are arranged in special spring seats, which engage in the spring at the ends of the latter. The last turn of the coil spring that rests on the spring seat is narrowed. This prevents it from slipping sideways Spring end in seat, but allows spring center section to move laterally.

Die DE 10 2013 208 270 A1 hat ebenfalls eine Lösung für das Federende einer Schraubenfeder zum Gegenstand. Bekannte Schraubenfedern weisen angeschliffene Enden des Federdrahtes auf. Das Anschleifen erfolgt dabei vorzugsweise in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse der Feder (Federlängsachse). Der Federdraht liegt dann mit dem angeschliffenen Bereich auf dem Federsitz auf. Dabei bleibt die Steigung der Windungen des Federdrahtes auch in diesem Bereich (im entspannten Zustand) gleich der des Mittelteils der Feder. Der kraftaufnehmende Querschnitt des Federdrahtes wird dabei jedoch immer geringer, so dass ein Versagen in diesem Bereich wahrscheinlich wird. Die DE 10 2013 208 270 A1 versucht dem entgegenzuwirken, indem das angeschliffene Ende elliptisch eingezogen, also in Richtung auf die Längsachse der Feder verformt ist. Ein Anschleifen ist für Federn aus Faserverbundmaterial jedoch ungeeignet, da eine Beschädigung der Faserverstärkung, wie sie beim Anschleifen der Federenden nicht zu vermeiden wäre, die Tragfähigkeit der gesamten Feder schädigen würde. Der angeschliffene Bereich besitzt durch die unterbrochene Faserführung über abgeminderte mechanische Eigenschaften und abgeminderte Widerstandseigenschaften gegenüber korrosiven Einflüssen.the DE 10 2013 208 270 A1 also relates to a solution for the spring end of a coil spring. Known helical springs have ground ends of the spring wire. The grinding preferably takes place in a plane perpendicular to the central axis of the spring (longitudinal axis of the spring). The spring wire then rests with the ground area on the spring seat. The pitch of the windings of the spring wire remains the same in this area (in the relaxed state) as that of the central part of the spring. However, the force-absorbing cross-section of the spring wire is becoming smaller and smaller, so that failure in this area is likely. the DE 10 2013 208 270 A1 tries to counteract this by drawing in the ground end elliptically, i.e. deforming it in the direction of the longitudinal axis of the spring. However, grinding is unsuitable for springs made of fiber composite material, since damage to the fiber reinforcement, which would be unavoidable when grinding the spring ends, would damage the load-bearing capacity of the entire spring. The ground area has reduced mechanical properties and reduced resistance properties to corrosive influences due to the interrupted fiber routing.

Der Stand der Technik bietet eine Vielzahl von Lösungen für Stahlfedern. Nur die wenigsten sind jedoch für Federn aus Faserverbundmaterial geeignet.The prior art offers a variety of solutions for steel springs. However, only very few are suitable for springs made of fiber composite material.

Es stellt sich somit die Aufgabe, eine Möglichkeit vorzuschlagen, wie Schraubenfedern aus Faserverbundmaterial, besonders in den Endbereichen, vorteilhaft so gestaltet werden können, dass ein möglichst großer Federweg unter Beibehaltung einer möglichst gleichmäßigen Steifigkeit über die gesamte Federlänge erreicht wird. Darüber hinaus sind ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schraubenfeder sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Schraubenfeder aufzuzeigen.The object is therefore to propose a way of advantageously designing helical springs made of fiber composite material, particularly in the end regions, in such a way that the greatest possible spring deflection is achieved while maintaining the most uniform stiffness possible over the entire spring length. In addition, a method for producing such a helical spring and a device for producing such a helical spring are to be shown.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Schraubenfeder nach Anspruch 1 gelöst. Herstellungsverfahren sind in den Ansprüchen 13 bis 15 offenbart. Eine Vorrichtung zur Herstellung einer Schraubenfeder ist in Anspruch 16 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Vorgehensweisen sind in den rückbezogenen Unteransprüchen dargestellt.According to the invention, the object is achieved with a helical spring according to claim 1. Production methods are disclosed in claims 13-15. An apparatus for manufacturing a coil spring is defined in claim 16. Advantageous embodiments and procedures are presented in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Schraubenfeder weist mehrere Windungen aus einem helixartig gewundenen Federdraht aus faserverstärktem Kunststoffmaterial auf. Der Federdraht weist somit eine Faserverstärkung und ein Matrixmaterial auf. Die Faserverstärkung des Kunststoffmaterials verläuft als Endlosfasermaterial mit konstanter Faseranzahl über die gesamte Länge des Federdrahtes. Unter „Endlosfasermaterial“ wird ein Material verstanden, dessen Fasern im Wesentlichen unterbrechungsfrei verlaufen, wobei technologisch bedingte Brüche einzelner Filamente unberücksichtigt bleiben. Die Faserverstärkung verläuft dabei im Inneren des Federdrahtes.The helical spring according to the invention has a plurality of windings made of a helically wound spring wire made of fiber-reinforced plastic material. The spring wire thus has fiber reinforcement and a matrix material. The fiber reinforcement of the plastic material runs as a continuous fiber material with a constant number of fibers over the entire length of the spring wire. "Continuous fiber material" is understood to mean a material whose fibers run essentially without interruption, with technologically caused breaks in individual filaments being disregarded. The fiber reinforcement runs inside the spring wire.

Die Schraubenfeder weist zwei Federenden sowie an mindestens einem der Federenden in der letzten Windung der Schraubenfeder einen Übergangsbereich und daran in Richtung des Endes des Federdrahtes anschließend einen Endbereich auf.The helical spring has two spring ends as well as a transition area on at least one of the spring ends in the last turn of the helical spring and an end area adjoining this in the direction of the end of the spring wire.

Erfindungsgemäß weist die Schraubenfeder an einem oder an beiden Enden Querschnittsfläche auf, wobei jedoch die Faserverstärkung in ihrer Faserzahl konstant bleibt.According to the invention, the helical spring has a cross-sectional area at one or both ends, but the number of fibers in the fiber reinforcement remains constant.

Optional weist die Schraubenfeder weiterhin an einem oder an beiden Enden eine von der Querschnittsform des Federdrahtes im Mittelteil abweichende Querschnittsform auf wobei jedoch die Faserverstärkung in ihrer Faserzahl konstant bleibt.Optionally, the helical spring also has a cross-sectional shape at one or both ends that differs from the cross-sectional shape of the spring wire in the central part, but the number of fibers in the reinforcement remains constant.

Bevorzugt ist die Querschnittsform des Federdrahtes zumindest im Mittelteil kreisförmig. Es sind jedoch auch elliptische Querschnittsformen (mit der Ausrichtung der großen Halbachse senkrecht oder vertikal zur Längsachse der Feder) oder rechteckige Formen (mit abgerundeten Ecken) möglich.The cross-sectional shape of the spring wire is preferably circular, at least in the central part. However, elliptical cross-sectional shapes (with the orientation of the major semi-axis perpendicular or vertical to the longitudinal axis of the spring) or rectangular shapes (with rounded corners) are also possible.

Der Federdraht besteht aus einer oder mehreren Lagen aus geflochtenen oder gewickelten Faserlagen. Diese können sich in Faserorientierung (Winkel zur Federdrahtachse) oder in der Herstellungsweise (bspw. geflochten, gewickelt, tapegelegt, unidirektionale Einzelrovings abgelegt) unterscheiden. Der Federdraht weist dabei Endlosfasern auf, die sich im Wesentlichen unterbrechungsfrei über die gesamte Länge des Federdrahtes erstrecken. Optional ist auch der Einsatz von unverstärkten, kurzfaserverstärkten und/oder langfaserverstärkten Zwischenlagen möglich.The spring wire consists of one or more layers of braided or wound fiber layers. These can differ in fiber orientation (angle to the spring wire axis) or in the manufacturing method (e.g. braided, wound, taped, unidirectional individual rovings laid). The spring wire has endless fibers that extend essentially without interruption over the entire length of the spring wire. Optionally, the use of unreinforced, short-fiber-reinforced and/or long-fiber-reinforced intermediate layers is also possible.

Die Feder weist optional einen Kern auf. Dieser besteht vorzugsweise aus Faserverbundmaterial, bei dem die Fasern unidirektional oder leicht verdrillt parallel zur Federdrahtachse verlaufen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sehen einen hohlen Kern vor, bei dem ein axialer Hohlraum von einem Faserverbundmaterial oder einer unverstärkten Kunststoffumhüllung umgeben ist. Weiterhin bevorzugt ist ein Kern, der vollständig aus Kunststoff besteht oder ein Kern, der ausschließlich durch einen Hohlraum gebildet wird. Das Kernmaterial kann ausschmelzbar sein.The spring optionally has a core. This consists preferably of fiber composite material in which the fibers run unidirectionally or slightly twisted parallel to the spring wire axis. Further preferred embodiments provide a hollow core in which an axial cavity is surrounded by a fiber composite material or an unreinforced plastic sheath. Also preferred is a core that consists entirely of plastic or a core that is formed exclusively by a cavity. The core material can be meltable.

Die Faserverstärkung des Federdrahtes ist von einem Matrixmaterial umgeben, dass auch zwischen die Verstärkungsfasern eingedrungen ist. Als Material der Faserverstärkung kommen vorzugsweise die bekannten Fasermaterialien des Faserverbundleichtbaus zum Einsatz. Dies sind beispielsweise Glasfasern, Kohlenstoffasern, Metallfasern, Gesteinsfasern, Naturfasern etc. Als Matrixmaterialien werden duroplastische Materialien, vorzugsweise Harzsysteme (Epoxidharze, Polyesterharze, Phenolharze etc.) eingesetzt. Es sind auch thermoplastische Kunststoffe denkbar, wenn es die Anforderungen zulassen. Beispielsweise befindet sich die Feder hauptsächlich im unbelasteten Zustand und wird nur selten für eine kurze Zeit belastet oder der thermoplastische Kunststoff erfüllt die notwendigen Kriechanforderungen.The fiber reinforcement of the spring wire is surrounded by a matrix material that has also penetrated between the reinforcement fibers. The known fiber materials of fiber composite lightweight construction are preferably used as the material for the fiber reinforcement. These are, for example, glass fibers, carbon fibers, metal fibers, rock fibers, natural fibers, etc. Thermosetting materials, preferably resin systems (epoxy resins, polyester resins, phenolic resins, etc.) are used as matrix materials. Thermoplastics are also conceivable if the requirements permit. For example, the spring is mainly in the unloaded state and is rarely loaded for a short time, or the thermoplastic meets the necessary creep requirements.

Als Federende wird die letzte Windung des Federdrahtes der Schraubenfeder bezeichnet. Der Übergangsbereich beginnt frühestens eine halbe Windung vor dem Beginn des Federendes. Bevorzugt beginnt der Übergangsbereich mit dem Federende, setzt also mit Beginn der letzten Windung ein. Der Übergangsbereich umfasst vorzugsweise eine Achtel, besonders bevorzugt eine Viertel Windung, kann jedoch auch die gesamte letzte Windung umfassen, so dass mit dem Ende des Federdrahtes die abschließende Querschnittsform des Federdrahtes erreicht wird. Besonders bevorzugt beginnt der Übergangsbereich innerhalb des Federendes, bevorzugt eine halbe Windung vor Ende des Federdrahts. Der Übergangsbereich umfasst vorzugsweise eine Achtel, besonders bevorzugt eine Viertel Windung, kann jedoch auch den gesamten verfügbaren Bereich an Windung zum Ende des Federdrahtes umfassen, so dass mit dem Ende des Federdrahtes die abschließende Querschnittsform des Federdrahtes erreicht wird. Der Übergangsbereich kann jedoch auch so beginnen, so dass mit dem Ende des Federdrahtes die abschließende Querschnittsform gerade erreicht wird ohne dabei Querschnittsänderungen einzubringen, die zu einer mechanischen Beeinträchigung der Feder führen. Es dürfen beispielsweise keine scharfkantigen Kerben mit Faserbrüchen im Übergangsbereich auftreten, wenn das die Funktionsweise der Feder gefährdet.The last turn of the spring wire of the coil spring is called the end of the spring. The transition area begins no earlier than half a turn before the beginning of the end of the spring. The transition region preferably begins with the end of the spring, that is to say it begins at the beginning of the last turn. The transition area preferably includes an eighth, particularly preferably a quarter of a turn, but can also include the entire last turn, so that the final cross-sectional shape of the spring wire is achieved with the end of the spring wire. The transition region particularly preferably begins within the end of the spring, preferably half a turn before the end of the spring wire. The transition area preferably includes an eighth, particularly preferably a quarter of a turn, but can also include the entire available range of turns to the end of the spring wire, so that the final cross-sectional shape of the spring wire is achieved with the end of the spring wire. However, the transition area can also begin in such a way that the final cross-sectional shape is just reached at the end of the spring wire without introducing cross-sectional changes that lead to a mechanical impairment of the spring. For example, there must be no sharp-edged notches with fiber breaks in the transition area if this endangers the functioning of the spring.

Die erfindungsgemäße Schraubenfeder weist an einem oder an beiden Enden eine von der Querschnittsform des Federdrahtes im Mittelteil Querschnittsfläche auf, wobei jedoch die Faserverstärkung in ihrer Faserzahl konstant bleibt. Dies wird bevorzugt mittels einer der nachfolgend beschriebenen drei Ausführungsformen realisiert.The helical spring according to the invention has at one end or at both ends a cross-sectional area that is the same as that of the spring wire in the central part, but the fiber reinforcement remains constant in terms of the number of fibers. This is preferably implemented using one of the three embodiments described below.

Vorzugsweise wird die Verteilung der Faserverstärkung und des Matrixmaterials in den Federenden gegenüber dem Mittelteil der Schraubenfeder so abgewandelt, dass die über dem Federende liegende Windung einen größeren Abstand erhält, als dies bei unverändertem Querschnitt und gleicher Steigungsverteilung der Federdrahtachse der Fall wäre und so ein längerer Einfederweg entsteht. Die Steigung der Schraubenfeder (Windungssteigung) bezeichnet die Komponente des räumlichen Gradienten der Federdrahtachse, welche in Richtung der Federlängsachse zeigt. Aufintegriert ergibt sich der Abstand der Federdrahtachse zu den jeweiligen Achsen der Nachbarwindungen in Federlängsrichtung. Die Federlängsachse kann die Form einer durchgängig geraden Linie, abschnittsweise linear entlang der Federlängsrichtung, krummlinig (bspw. bananenförmig) oder aus einer Kombination der voran genannten Möglichkeiten aufweisen.Preferably, the distribution of the fiber reinforcement and the matrix material in the spring ends is modified compared to the central part of the coil spring in such a way that the coil lying over the spring end is given a greater distance than would be the case with an unchanged cross section and the same gradient distribution of the spring wire axis, and thus a longer spring deflection arises. The pitch of the helical spring (winding pitch) designates the component of the spatial gradient of the spring wire axis, which points in the direction of the longitudinal axis of the spring. The distance between the spring wire axis and the respective axes of the adjacent coils in the longitudinal direction of the spring results when integrated. The longitudinal axis of the spring can be in the form of a continuously straight line, linear in sections along the longitudinal direction of the spring, curvilinear (e.g. banana-shaped) or of a combination of the aforementioned possibilities.

Die erste Ausführungsform sieht vor, dass der Inhalt der Querschnittsfläche des Federdrahtes über die gesamte Länge der Feder konstant ist. Dabei erfolgt der Übergang von der Querschnittsform des Federdrahtes im Mittelteil der Feder in einem Übergangsbereich in den Querschnitt des Federdrahtes am Endbereich des Federdrahtes in kontinuierlicher Weise. Dies beinhaltet den fließenden Übergang von der Querschnittsform im Federmittelteil in die Querschnittsform an dem Federende bzw. den Federenden. Insbesondere wird dies erreicht, indem die Faserverstärkung und das Matrixmaterial in dem Federdraht eine andere Verteilung aufweisen, als im Mittelteil der Feder. Die Federdrahtachse verschiebt sich dabei entsprechend, um der gleichbleibenden Geometrie der Federauflager Rechnung zu tragen. Dabei verformt sich auch der Kern aus seiner Querschnittsform im Mittelteil in die Querschnittsform am Federende. Bevorzugt verformt sich der Kern mathematisch ähnlich. Optional bleibt der Federkern im Übergangsbereich unverformt.The first embodiment provides that the content of the cross-sectional area of the spring wire is constant over the entire length of the spring. The transition from the cross-sectional shape of the spring wire in the central part of the spring takes place in a transition area in the cross-section of the spring wire in the end area of the spring wire in a continuous manner. This includes the smooth transition from the cross-sectional shape in the middle part of the spring to the cross-sectional shape at the spring end or ends. In particular, this is achieved in that the fiber reinforcement and the matrix material in the spring wire have a different distribution than in the central part of the spring. The spring wire axis shifts accordingly in order to take account of the constant geometry of the spring supports. The core also deforms from its cross-sectional shape in the central part to the cross-sectional shape at the spring end. The core preferably deforms in a mathematically similar manner. Optionally, the spring core remains undeformed in the transition area.

Werden die Querschnittsform im Mittelteil und im Endbereich übereinander gelegt, so dass die größtmögliche Überschneidung vorliegt, beträgt die nicht überschneidende Fläche der Querschnittsfläche des Endbereichs mindestens einen Wert von mindestens 2%, bevorzugt mindestens 5% und besonders bevorzugt mindestens 10% bezogen auf Gesamtquerschnittsfläche des Endbereichs. Die nicht überschneidende Fläche der Querschnittsfläche des Endbereichs beträgt maximal 70% bezogen auf die Gesamtquerschnittsfläche des Endbereichs, vorzugsweise maximal 60%.If the cross-sectional shape in the central part and in the end area is superimposed so that there is the greatest possible overlap, the non-overlapping area of the cross-sectional area of the end area is at least a value of at least 2%, preferably at least 5% and particularly preferably at least 10% based on the total cross-sectional area of the end area . The non-overlapping area of the cross-sectional area of the end region is at most 70% based on the total cross-sectional area of the end region, preferably at most 60%.

Die zweite Ausführungsform sieht vor, dass die Querschnittsfläche des Federdrahtes im Endbereich geringer ist, als im Mittelteil der Feder. Auch hier erfolgt der Übergang von der Querschnittsfläche des Federdrahtes im Mittelteil der Feder in einem Übergangsbereich in die Querschnittsfläche des Federdrahtes am Endbereich des Federdrahtes in kontinuierlicher Weise. Kennzeichnend ist bei dieser Ausführungsform, dass das Faserverstärkungsmaterial im Endbereich identisch mit dem im Mittelteil der Feder und im Übergangsbereich ist. Dies betrifft Faserart, Faseranzahl und sämtliche weiteren, die Faserverstärkung kennzeichnenden Eigenschaften mit Ausnahme der Faserdichte im Matrixmaterial. Bevorzugt laufen sämtliche Endlosfasern durch den gesamten Federdraht. Im Endbereich liegen die Fasern lediglich näher beieinander und sind von weniger Matrixmaterial umgeben. Die Querschnittsfläche im Endbereich ist dabei kleiner als die Querschnittsfläche im Mittelbereich. Beispielsweise weist der Flächeninhalt der Querschnittsfläche im Endbereich einen um mindestens 2%, bevorzugt mindestens 4% und besonders bevorzugt mindestens 8% geringeren Wert auf bezogen auf die Querschnittsfläche im Mittelteil. Die Verringerung der Querschnittsfläche ist in der Art begrenzt, als dass ein maximaler Faservolumengehalt technisch nicht überschritten werden kann.The second embodiment provides that the cross-sectional area of the spring wire is smaller in the end area than in the central part of the spring. Here, too, the transition from the cross-sectional area of the spring wire in the central part of the spring takes place in a transition area into the cross-sectional area of the spring wire in the end area of the spring wire in a continuous manner. It is characteristic of this embodiment that the fiber reinforcement mat rial in the end area is identical to that in the middle part of the spring and in the transition area. This applies to the type of fiber, the number of fibers and all other properties that characterize fiber reinforcement, with the exception of the fiber density in the matrix material. All continuous fibers preferably run through the entire spring wire. In the end area, the fibers are just closer together and are surrounded by less matrix material. The cross-sectional area in the end area is smaller than the cross-sectional area in the middle area. For example, the surface area of the cross-sectional area in the end region is at least 2%, preferably at least 4% and particularly preferably at least 8% lower, based on the cross-sectional area in the central part. The reduction in cross-sectional area is limited in such a way that a maximum fiber volume content cannot technically be exceeded.

Als dritte Ausführungsform und Mischform der ersten und zweiten Ausführungsform ist ein Federende anzusehen, bei dem neben einer reduzierten Querschnittsfläche auch die Querschnittsform des Federendes gegenüber dem Mittelteil der Feder verändert ist. Auch hier ist ein Übergangsbereich vorgesehen, der Querschnittsform und/oder Querschnittsfläche aus dem Mittelteil der Feder in einem fließenden Übergang in Querschnittsform und Fläche des Endbereichs überführt.A third embodiment and a combination of the first and second embodiments is a spring end in which, in addition to a reduced cross-sectional area, the cross-sectional shape of the spring end is also different compared to the central part of the spring. Here, too, a transition area is provided, which transforms the cross-sectional shape and/or cross-sectional area from the central part of the spring into a smooth transition into the cross-sectional shape and area of the end area.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die mit den oben genannten kombiniert werden kann, bleibt die Querschnittsform am Endbereich des Federdrahtes, anschließend an den Übergangsbereich, bevorzugt über ein Viertel, besonders bevorzugt über ein Drittel und ganz besonders bevorzugt über zwei Drittel der letzten Windung des Federdrahtes konstant.In a further preferred embodiment, which can be combined with those mentioned above, the cross-sectional shape at the end area of the spring wire, adjoining the transition area, remains preferably over a quarter, particularly preferably over a third and very particularly preferably over two thirds of the last turn of the spring wire constant.

Bevorzugt ist der Drahtquerschnitt der Schraubenfeder mindestens im Mittelbereich zwischen den beiden Federenden konstant. Das heißt an dieser Stelle, dass sowohl Querschnittsform als auch Querschnittsfläche, abgesehen von fertigungstechnisch bedingten Einflüssen (unterschiedliche Wickelspannung, Formkerntoleranzen etc.), unverändert bleiben.The wire cross section of the helical spring is preferably constant at least in the central area between the two spring ends. At this point, this means that both the cross-sectional shape and the cross-sectional area remain unchanged, apart from production-related influences (different winding tension, mandrel tolerances, etc.).

Erste AusführungsformFirst embodiment

In der ersten Ausführungsform wird die Querschnittsform des Federdrahtes an den Federenden vorzugsweise so abgewandelt, dass diese aus der Querschnittsform im Mittelteil der Feder in eine Querschnittsform im Endbereich des Federdrahtes übergeht, die einen geringeren Durchmesser des Federdrahtes in Längsrichtung der Feder oder eine Verteilung der Faserverstärkung und des Matrixmaterials derart, dass in Bewegungsrichtung der vorletzten Windung eine Auskehlung des Federdrahtes des Federendes erreicht wird. Weiterhin ist es möglich, dem Federdraht an den Federenden einen Querschnitt zu verleihen, der der Bewegung der vorletzten Windung weniger entgegensteht. Dies kann bspw. erreicht werden, indem der geometrische Schwerpunkt der Querschnittsform des Federdrahtes von der Längsachse der Feder aus gesehen radial nach innen oder nach außen verlagert wird. Kennzeichnend bei der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Federenden ist, dass der Flächeninhalt der Querschnittsfläche des Federdrahtes im Mittelteil der Feder, im Übergangsbereich und auch im Endbereich des Federdrahtes gleichbleibt. Es ändert sich lediglich die Form der Querschnittsfläche.In the first embodiment, the cross-sectional shape of the spring wire at the spring ends is preferably modified in such a way that it changes from the cross-sectional shape in the central part of the spring to a cross-sectional shape in the end region of the spring wire, which results in a smaller diameter of the spring wire in the longitudinal direction of the spring or a distribution of the fiber reinforcement and of the matrix material in such a way that in the direction of movement of the penultimate turn, a groove of the spring wire of the spring end is achieved. Furthermore, it is possible to give the spring wire a cross-section at the spring ends which is less opposed to the movement of the penultimate turn. This can be achieved, for example, by shifting the geometric center of gravity of the cross-sectional shape of the spring wire radially inwards or outwards, as viewed from the longitudinal axis of the spring. A characteristic of the first embodiment of the spring ends according to the invention is that the surface area of the cross-sectional area of the spring wire remains the same in the central part of the spring, in the transition area and also in the end area of the spring wire. Only the shape of the cross-sectional area changes.

Insbesondere geht der Federdraht, der im Mittelteil der Feder vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist in einen ellipsenförmigen Querschnitt über, wobei die kleine Halbachse der Ellipse in Längsrichtung der Feder ausgerichtet ist. Eine andere Ausführungsform sieht einen Übergang in einen abgeflachten Querschnitt mit einer Auskehlung gegenüber der vorletzten Windung vor. Weiterhin bevorzugt ist ein unregelmäßiger Querschnitt, der eine Verschiebung der Wölbung des ursprünglich runden Querschnitts radial nach innen oder außen aufweist.In particular, the spring wire, which preferably has a circular cross-section in the middle part of the spring, transitions into an elliptical cross-section, with the semi-minor axis of the ellipse being aligned in the longitudinal direction of the spring. Another embodiment provides for a transition to a flattened cross-section with a groove opposite the penultimate turn. Also preferred is an irregular cross-section that exhibits a displacement of the curvature of the originally round cross-section radially inwards or outwards.

Diese veränderten Querschnittsformen am Federende gehen optional mit einer Abflachung des Federdrahtes in Richtung des Endes der Längsrichtung der Feder einher. Dies führt vorteilhaft zu einer vergrößerten Auflagefläche des Federendes im Federsitz.These changed cross-sectional shapes at the end of the spring are optionally accompanied by a flattening of the spring wire in the direction of the end of the longitudinal direction of the spring. This advantageously leads to an enlarged contact surface of the spring end in the spring seat.

Optional wird ein unregelmäßiger Querschnitt des Endbereichs des Federdrahtes, der eine Verschiebung der Wölbung des ursprünglich runden Querschnitts radial nach innen oder außen aufweist, mit einem Einziehen bzw. Ausstellen des Endbereichs des Federdrahtes kombiniert. Dabei wird der Endbereich des Federdrahtes eingezogen, wenn die Wölbung zur Längsachse der Feder gerichtet ist und ein Ausstellen erfolgt, wenn die Wölbung von der Längsachse der Feder weg gerichtet ist.Optionally, an irregular cross section of the end area of the spring wire, which has a radially inward or outward displacement of the curvature of the originally round cross section, is combined with a retraction or extension of the end area of the spring wire. The end area of the spring wire is pulled in when the curvature is directed towards the longitudinal axis of the spring and is deployed when the curvature is directed away from the longitudinal axis of the spring.

Zweite AusführungsformSecond embodiment

In der zweiten Ausführungsform wird die Querschnittsfläche des Federdrahtes an den Federenden vorzugsweise so abgewandelt, dass diese aus der Querschnittsfläche im Mittelteil der Feder in eine geringere Querschnittsfläche im Endbereich des Federdrahtes übergeht.In the second embodiment, the cross-sectional area of the spring wire at the spring ends is preferably modified in such a way that it changes from the cross-sectional area in the central part of the spring to a smaller cross-sectional area in the end area of the spring wire.

Kennzeichnend bei der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Federenden ist, dass im Übergangsbereich die Querschnittsfläche des Federdrahtes im Mittelteil der Feder, die einen ersten Flächeninhalt aufweist, in eine Querschnittsfläche im Endbereich des Federdrahtes, die einen zweiten, gegenüber dem ersten Flächeninhalt geringeren Flächeninhalt aufweist, übergeht. Vorzugsweise bleibt die Querschnittsform jedoch unverändert, also im mathematischen Sinne, geometrisch-ähnlich. Dies bedeutet, dass eine Querschnittsfläche im Mittelteil, eine Querschnittsfläche im Übergangsbereich und eine Querschnittsfläche im Endbereich im mathematischen Sinn geometrisch-ähnlich zueinander sind. Dies ist gegeben, wenn die Querschnittsflächen durch eine geometrische Ähnlichkeitsabbildung ineinander überführt werden können. Das heißt, es gibt eine geometrische Abbildung, die sich aus zentrischen Streckungen und Kongruenzabbildungen (also Verschiebungen, Drehungen, Spiegelungen) zusammensetzen lässt und die eine Querschnittsfläche auf die andere abbildet. Bspw. hat der Federdraht somit einen kreisförmiger Querschnitt im Mittelteil, im Übergangsbereich und im Endbereich. Es ändert sich lediglich der Flächeneinhalt der Querschnittsfläche. Dies wird vorzugsweise erreicht, indem die Faserverstärkung aus dem Mittelteil ohne Unterbrechung durch den Übergangsbereich in den Endbereich des Federdrahtes geführt wird. Dabei ist im Endbereich jedoch weniger Matrixmaterial enthalten. Die Faserdichte (Faservolumengehalt) nimmt somit aus dem Mittelteil durch den Übergangsbereich in den Endbereich zu. Der Endbereich weist dann eine höhere Faserdichte (Faservolumengehalt) als der Mittelteil und der Übergangsbereich auf. Der Wert des Faservolumengehalts des Endbereichs liegt beispielsweise um 10% über dem Wert des Faservolumengehalts aus dem Mittelteil. Er kann jedoch auch andere Differenzen mit einem Wert größer Null annehmen und der Faservolumengehalt des Endbereichs kann bis knapp unter das theoretische Maximum von 80% erhöht sein. Durch die reduzierte Querschnittsfläche des Federdrahtes entsteht so im Endbereich der Feder ein vergrößerter Einfederweg.A characteristic of the second embodiment of the spring ends according to the invention is that in the transition area the cross-sectional area of the spring wire in the central part of the spring, which has a first surface area, transitions into a cross-sectional area in the end region of the spring wire, which has a second surface area that is smaller than the first surface area. However, the cross-sectional shape preferably remains unchanged, ie, geometrically similar in the mathematical sense. This means that a cross-sectional area in the central part, a cross-sectional area in the transition area and a cross-sectional area in the end area are geometrically similar to one another in a mathematical sense. This is the case if the cross-sectional areas can be converted into one another by means of a geometric similarity mapping. This means that there is a geometric mapping that can be composed of centric stretching and congruence mappings (i.e. displacements, rotations, reflections) and that maps one cross-sectional area onto the other. For example, the spring wire thus has a circular cross-section in the central part, in the transition area and in the end area. Only the area of the cross-sectional area changes. This is preferably achieved by guiding the fiber reinforcement from the middle part without interruption through the transition area into the end area of the spring wire. However, less matrix material is contained in the end area. The fiber density (fiber volume content) thus increases from the central part through the transition area to the end area. The end area then has a higher fiber density (fiber volume content) than the middle part and the transition area. The value of the fiber volume content of the end area is, for example, 10% higher than the value of the fiber volume content of the middle part. However, it can also assume other differences with a value greater than zero and the fiber volume content of the end region can be increased to just under the theoretical maximum of 80%. The reduced cross-sectional area of the spring wire results in an increased spring deflection in the end area of the spring.

Dritte AusführungsformThird embodiment

Die dritte Ausführungsform ist eine Kombination der ersten und der zweiten Ausführungsform. Die Querschnittsform und auch die Querschnittsfläche ändern sich von dem Mittelteil der Feder über den Übergangsabschnitt zum Endbereich. Insbesondere nimmt die Querschnittsfläche durch Erhöhung des Faservolumengehaltes des Federdrahtes ab, d.h. das Faserverstärkungsmaterial erstreckt sich bei abnehmendem Matrixmaterialgehalt ohne Unterbrechung aus dem Mittelteil der Feder durch den Übergangsbereich in den Endbereich. Dabei kommt lediglich weniger Matrixmaterial zum Einsatz während das Faserverstärkungsmaterial in seiner Verteilung verändert wird. Durch die reduzierte Querschnittsfläche des Federdrahtes entsteht so im Endbereich der Feder ein vergrößerter Einfederweg. Parallel zur Reduzierung der Querschnittsfläche wird auch die Querschnittsform so angepasst, dass der entstehende Einfederweg analog zur ersten Ausführungsform weiter vergrößert wird.The third embodiment is a combination of the first and second embodiments. The cross-sectional shape and also the cross-sectional area change from the central part of the spring via the transition section to the end area. In particular, the cross-sectional area decreases as the fiber volume content of the spring wire increases, i.e. the fiber reinforcement material extends uninterruptedly from the central part of the spring through the transition region into the end region as the matrix material content decreases. Only less matrix material is used while the distribution of the fiber reinforcement material is changed. The reduced cross-sectional area of the spring wire results in an increased spring deflection in the end area of the spring. Parallel to the reduction in the cross-sectional area, the cross-sectional shape is also adapted in such a way that the compression travel that occurs is further increased analogously to the first embodiment.

Optional können auch die zweite und die dritte Ausführungsform mit einem Einziehen bzw. Ausstellen des Endbereichs des Federdrahtes kombiniert werden.Optionally, the second and the third embodiment can also be combined with a retraction or extension of the end area of the spring wire.

Optional ist der Federdraht vollständig oder abschnittsweise von einer Hülle umgeben. Diese kann lösbar oder unlösbar auf der Oberfläche des konsolidierten Federdrahtes angeordnet sein. Die Hülle besteht vorzugsweise aus einem Elastomer (bspw. Silikon), thermoplastischen Elastomer (bspw. TPU (Thermoplastisches Polyurethan)) oder einem thermoplastischen Kunststoffmaterial (bspw. PA (Polyamid) oder Teflon). Die Hülle kann als Teil des Herstellungsverfahrens auf dem Federdraht ausgebildet werden oder nachträglich, zum Schutz von dessen Oberfläche, aufgebracht werden.Optionally, the spring wire is completely or partially surrounded by a sheath. This can be arranged detachably or permanently on the surface of the consolidated spring wire. The shell preferably consists of an elastomer (e.g. silicone), thermoplastic elastomer (e.g. TPU (thermoplastic polyurethane)) or a thermoplastic synthetic material (e.g. PA (polyamide) or Teflon). The sheath may be formed on the spring wire as part of the manufacturing process or may be post applied to protect the surface thereof.

Da die Tragfähigkeit der Feder im Wesentlichen von den Verstärkungsfasern bestimmt wird, und bei der erfindungsgemäßen Schraubenfeder in allen drei Ausführungsformen lediglich die Verteilung der Fasern und des Matrixmaterials und nicht der durchgehender Verlauf oder Länge oder Anzahl der Fasern verändert werden, bleibt die Tragfähigkeit der Feder über die gesamte Länge im Wesentlichen konstant.Since the load-bearing capacity of the spring is essentially determined by the reinforcing fibers, and in all three embodiments of the coil spring according to the invention only the distribution of the fibers and the matrix material and not the continuous course or length or number of fibers are changed, the load-bearing capacity of the spring remains the entire length essentially constant.

In Ausführungsformen der Schraubenfeder ist ein erstes Federende der Schraubenfeder nach einer ersten Variante der bisher beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet und ein zweites Federende der Schraubenfeder ist nach einer zweiten Variante der der bisher beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet. Dabei können sich die erste und die zweite Variante hinsichtlich der genutzten Ausführungsform voneinander unterscheiden oder die erste und die zweite Variante gehören zwar zur selben der bisher beschriebenen Ausführungsformen, unterscheiden sich jedoch in der Querschnittsform der beiden Federenden und/oder in der Querschnittsfläche der beiden Federenden. Damit sind zwar beide Federenden gegenüber dem Federdraht im Mittelteil verformt, jedoch unterschiedlich.In embodiments of the helical spring, a first spring end of the helical spring is designed according to a first variant of the previously described embodiments and a second spring end of the helical spring is designed according to a second variant of the previously described embodiments. The first and the second variant can differ from one another in terms of the embodiment used, or the first and the second variant belong to the same embodiment described so far, but differ in the cross-sectional shape of the two spring ends and/or in the cross-sectional area of the two spring ends. Both ends of the spring are thus deformed in relation to the spring wire in the central part, but differently.

Zur Herstellung von Schraubenfedern aus faserverstärktem Material sind verschiedene Vorgehensweisen bekannt. So schlägt die US 4 434 121 A vor, die mit Harz getränkte Faserverstärkung in die helixartig umlaufende Nut eines zylinderförmigen Formkerns aufzuwickeln und diesen dann mit einer Form zu umgeben, die eine korrespondierende Nut aufweist. Weiteres Harz des Matrixmaterials soll durch die Nut geleitet werden, um diese auszufüllen. Form und Formkern sollen beheizt werden, um das Harz zu erhärten. Es ist vorgesehen, dass das Matrixmaterial lediglich bis unterhalb der Glasübergangstemperatur erwärmt wird und die Federenden nach einem Ablängen nochmals erwärmt, und eingezogen oder in die Form einer Schlaufe abgeflacht werden.Various procedures are known for producing helical springs from fiber-reinforced material. That's how she beats U.S. 4,434,121A proposed to wind the resin-impregnated fiber reinforcement into the helically circumferential groove of a cylindrical mold core and then to surround it with a mold that has a corresponding groove. More resin of the matrix material should be fed through the groove to fill it. Mold and mold core should be heated in order to to harden resin. It is provided that the matrix material is only heated to below the glass transition temperature and the spring ends are heated again after being cut to length and drawn in or flattened into the shape of a loop.

Die DE 10 2012 112 937 A1 schlägt vor, einen Federdraht herzustellen, indem ein Laminatstrang aus Faserverstärkungsmaterial, das mit aushärtbarem Matrixmaterial getränkt ist in eine Federgeometrie umgeformt wird. Vor dem Umformen des Laminatstrangs wird ein strangförmiges Vorprodukt gebildet, indem in einem kontinuierlichen Applikationsprozess ein den Laminatstrang umschließender, formbarer Schutzmantel aufgebracht wird. Die Federenden können dabei optional mit Schutzkappen versehen werden, die nach dem Konsolidieren auch Bestandteil der fertigen Feder sein können.the DE 10 2012 112 937 A1 proposes to produce a spring wire by forming a laminate strand of fiber reinforcement material, which is impregnated with curable matrix material, into a spring geometry. Before the laminate strand is shaped, a strand-like preliminary product is formed by applying a malleable protective jacket enclosing the laminate strand in a continuous application process. The spring ends can optionally be provided with protective caps, which can also be part of the finished spring after consolidation.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht in seinen Grundzügen auf den aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen. Erfindungswesentlich ist jedoch die abweichende Gestaltung der Federenden.The basic features of the method according to the invention are based on the procedures known from the prior art. However, the different design of the spring ends is essential to the invention.

Das Verfahren sieht vor, dass der Federdraht im unkonsolidierten Zustand auf einen zylindrischen Formkern aufgewickelt wird. Dieser Formkern weist optional eine helixartig um den Formkern verlaufende Nut auf, in die der Federdraht eingelegt wird. Die Faserverstärkung des Federdrahtes ist dabei trocken oder bereits mit Harz getränkt.The method provides that the spring wire is wound onto a cylindrical mandrel in the unconsolidated state. This mandrel optionally has a helical groove running around the mandrel, into which the spring wire is inserted. The fiber reinforcement of the spring wire is dry or already impregnated with resin.

Optional ist eine Außenform vorgesehen, die den Formkern mit dem in die Nut eingelegten Federdraht umgibt. Der Formkern und/oder die Form ist beheizbar. Wenn die Faserverstärkung des Federdrahtes noch nicht bzw. nicht ausreichend mit Harz getränkt ist, wird dies nun durch Einleiten von Harz in die Nut durchgeführt.Optionally, an outer mold is provided, which surrounds the mold core with the spring wire inserted into the groove. The mold core and/or the mold can be heated. If the fiber reinforcement of the spring wire is not yet or not sufficiently soaked with resin, this is done by introducing resin into the groove.

Durch Beheizen der Form bzw. des Formkernes oder von beiden kann das Harz des Federdrahtes nun vollständig oder teilweise ausgehärtet werden. Bei einer vollständigen Aushärtung erfolgt die Anpassung der Querschnittsform und/oder der Querschnittsfläche der Federenden vor dem Aushärten. Vorzugsweise ist dazu ein spezielles Formwerkzeug der Federenden, das den Übergangsbereich und das Ende des Federdrahtes in die gewünschte Form bringt und dann erst aushärtet (Beheizung) vorgesehen. Dies führt, bei entsprechender Form des Formwerkzeugs zu einer Querschnittsformveränderung und/oder zu einer Reduzierung der Querschnittsfläche unter Beibehaltung aller Faserverläufe aus dem Mittelteil der Feder. Die Änderung der Querschnittsfläche, oder genauer des Inhaltes der Querschnittsfläche erfolgt, indem durch die Form oder durch ein spezielles Formwerkzeug, das an den Enden des unkonsolidierten Federdrahtes angreift, unkonsolidiertes Matrixmaterial aus dem Verstärkungsfasermaterial herausgepresst wird.The resin of the spring wire can now be fully or partially cured by heating the mold or the mold core or both. In the case of a complete curing, the adaptation of the cross-sectional shape and/or the cross-sectional area of the spring ends takes place before curing. A special forming tool for the spring ends is preferably provided for this purpose, which brings the transition area and the end of the spring wire into the desired shape and only then hardens (heating). With a corresponding shape of the mold, this leads to a change in cross-sectional shape and/or to a reduction in the cross-sectional area while maintaining all fiber orientations from the central part of the spring. The change in the cross-sectional area, or more precisely the content of the cross-sectional area, takes place in that unconsolidated matrix material is pressed out of the reinforcing fiber material through the mold or through a special shaping tool that acts on the ends of the unconsolidated spring wire.

Vorzugsweise ist das spezielle Formwerkzeug Teil des Formkernes und/oder der diesen umgebenden Form. So ist es bevorzugt, die Querschnittsflächenänderung bzw. The special mold is preferably part of the mold core and/or the mold surrounding it. It is therefore preferable to use the change in cross-sectional area or

Querschnittsformänderung vom Querschnitt in der Federmitte zwischen den Federenden, den Übergangsbereich und die Querschnittsform/-fläche des Endes des Federdrahtes in einem Verfahrensschritt herzustellen. Diese Vorgehensweise ist jedoch weniger geeignet, wenn die Querschnittsform des Endes des Federdrahtes eine hinterschnittige Ausgestaltung innerhalb der Form bzw. des Kerns beinhaltet.Produce cross-sectional shape change from the cross-section in the middle of the spring between the spring ends, the transition region and the cross-sectional shape/area of the end of the spring wire in one process step. However, this approach is less suitable when the cross-sectional shape of the end of the spring wire includes an undercut configuration within the mold or core.

Eine alternative Vorgehensweise sieht vor, dass bei einer vollständigen Aushärtung die Federenden ausgenommen sind. Diese werden maximal bis über den Gelpunkt erhärtet. Nach dem Entnehmen der Feder aus der Form bzw. dem Entformen vom Formkern werden die Federenden mit einem speziellen Formwerkzeug, bspw. einem Presswerkzeug, dass den Übergangsbereich und den Endbereich des Federdrahtes in die gewünschte Querschnittsform bringt, behandelt. Dazu kann das Werkzeug beheizbar sein. Durch Erwärmen über die Glastemperatur wird der Federdraht erneut plastisch verformbar. Weiteres Erwärmen führt dann zum vollständigen Konsolidieren des Matrixmaterials. Diese Vorgehensweise ist für die Herstellung von Federn nach der ersten Ausführungsform geeignet. In Kombination mit einer vorhergehenden Querschnittsverringerung mittels eines speziellen Formwerkzeugs ist sie auch für die dritte Ausführungsform anwendbar.An alternative procedure provides that the spring ends are excluded in the case of complete curing. These are hardened at most to above the gel point. After the spring has been removed from the mold or removed from the mold core, the spring ends are treated with a special mold, e.g. a pressing tool, which brings the transition area and the end area of the spring wire into the desired cross-sectional shape. For this purpose, the tool can be heatable. By heating above the glass transition temperature, the spring wire becomes plastically deformable again. Further heating then leads to the complete consolidation of the matrix material. This procedure is suitable for the production of springs according to the first embodiment. In combination with a previous cross-sectional reduction using a special mold, it can also be used for the third embodiment.

Eine weitere bevorzugte Vorgehensweise ist besonders zur Herstellung der ersten Ausführungsform geeignet. Sie sieht vor, die Faserverstärkung des Federdrahtes mit einem Schlauch zu umhüllen. In diesen Schlauch wird dann Matrixmaterial in unkonsolidiertem Zustand eingeleitet. Anschließend erfolgt eine Vernetzung (bspw. durch Erwärmung) des Matrixmaterials bis über den Gelpunkt des Matrixmaterials. Nunmehr kann der Schlauch entfernt werden oder auf dem vorgeformten Federdraht verbleiben und anschließend Teil der Feder werden. Anschließend kann der Federdrahtüber die Glasübergangstemperatur erwärmt und in die gewünschte Schraubenform gebracht werden. Dies erfolgt bevorzugt durch Aufwinden auf einen beheizbaren Formkern. In diesem Arbeitsschritt können auch die Federenden umgeformt werden. Dazu können geeignete Formwerkzeuge, z.B. Klemmvorrichtungen, genutzt werden. Durch weiteres Erwärmen wird das Matrixmaterial vollständig ausgehärtet.A further preferred procedure is particularly suitable for the production of the first embodiment. It provides for encasing the fiber reinforcement of the spring wire with a hose. Matrix material is then fed into this tube in an unconsolidated state. The matrix material is then crosslinked (e.g. by heating) to above the gel point of the matrix material. The hose can now be removed or left on the preformed spring wire and then become part of the spring. The spring wire can then be heated above the glass transition temperature and brought into the desired helical shape. This is preferably done by winding onto a heatable mandrel. The ends of the springs can also be formed in this step. Suitable molds, e.g. clamping devices, can be used for this. The matrix material is fully cured by further heating.

Eine weitere alternative Vorgehensweise beinhaltet, dass der Federdraht, genauer gesagt, die Faserverstärkung des Federdrahtes, im unkonsolidierten Zustand abgelängt wird. Anschließend wird die Faserverstärkung des Federdrahtes mit Harz getränkt und an den Enden in Klemmvorrichtungen eingespannt. Diese Klemmvorrichtungen wirken optional als spezielle Formwerkzeuge zur Verringerung der Querschnittsfläche im Endbereich. Anschließend erfolgt das Aufwickeln auf einen zylindrischen Formkern, der optional eine Nut zur Führung des Federdrahtes aufweist. Optional wird der Formkern mit aufgewickeltem Federdraht in eine Form eingelegt, die auch beheizbar sein kann. Die Klemmvorrichtungen umfassen mindestens den Übergangsbereich des Federdrahtes und das Federende. Durch Beheizen des Formkernes und der Klemmvorrichtungen und optional der Form wird das Matrixmaterial ausgehärtet und die Schraubenfeder konsolidiert. Abschließend werden Klemmvorrichtungen und Formkern und optional auch die Form entfernt. Die Klemmvorrichtungen können zweiteilig oder auch mehrteilig ausgeführt werden.A further alternative procedure involves cutting the spring wire, more precisely the fiber reinforcement of the spring wire, in the unconsolidated state. The fiber reinforcement of the spring wire is then soaked in resin and clamped at the ends in clamping devices. Optionally, these clamping devices act as special shaping tools to reduce the cross-sectional area in the end region. This is followed by winding onto a cylindrical mandrel, which optionally has a groove for guiding the spring wire. Optionally, the mold core with coiled spring wire is placed in a mold that can also be heated. The clamping devices comprise at least the transition area of the spring wire and the end of the spring. By heating the mold core and the clamping devices and optionally the mold, the matrix material is hardened and the coil spring is consolidated. Finally, the clamping devices and mold core and optionally also the mold are removed. The clamping devices can be designed in two parts or in several parts.

Eine weitere bevorzugte Vorgehensweise sieht vor, dass die mit Harz getränkte Faserverstärkung des Federdrahtes im unkonsolidierten Zustand in einer flexiblen Hülle angeordnet ist. Diese besteht bspw. aus einem thermoplastischen Material oder Silikon. Anschließend wird der unkonsolidierte Federdraht nach einem der vorgenannten Verfahren auf einen beheizbaren Formkern mit optionaler Nut und optionaler Außenform aufgebracht und wie oben dargestellt konsolidiert bzw. teilkonsolidiert. Die Ausführung der Federenden kann ebenfalls nach einer der oben dargestellten Verfahrensweisen erfolgen. Nach dem Konsolideren kann die Hülle als Oberflächenschutz auf der Feder verbleiben oder, falls sie keine Verbindung mit dem Matrixmaterial eingeht (bspw. Teflonhülle oder Silikonhülle) abgezogen werden. Bei Federenden, die eine Verringerung der Querschnittsfläche aufweisen, kann die Hülle optional aufgetrennt und dann entfernt werden. Weitere bevorzugte Vorgehensweisen sehen mehrteilige Hüllen vor, wobei die Hülle im Mittelteil einen konstanten Querschnitt aufweist und für die Übergangs- und Endbereiche jeweils angepasste Hüllen möglich sind. Diese können bspw. konisch in Richtung der Enden ausgeführt sein, um so einer Querschnittsflächenverringerung des Federdrahtes im Endbereich zu folgen.A further preferred procedure provides that the fiber reinforcement of the spring wire impregnated with resin is arranged in a flexible sheath in the unconsolidated state. This consists, for example, of a thermoplastic material or silicone. The unconsolidated spring wire is then applied to a heatable mold core with an optional groove and optional outer shape using one of the aforementioned methods and consolidated or partially consolidated as shown above. The design of the spring ends can also be carried out according to one of the procedures described above. After consolidation, the sleeve can remain on the spring as surface protection or, if it does not bond with the matrix material (e.g. Teflon sleeve or silicone sleeve), it can be removed. For spring ends that exhibit a reduction in cross-sectional area, the sleeve can optionally be severed and then removed. Further preferred procedures provide for multi-part casings, with the casing having a constant cross-section in the central part and casings adapted in each case for the transition and end regions. These can, for example, be tapered in the direction of the ends in order to follow a reduction in the cross-sectional area of the spring wire in the end region.

Optional kann als Umhüllung des Übergangs- und des Endbereichs Schrumpfschlauch eingesetzt werden.Optionally, shrink tubing can be used to cover the transition and end areas.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Schraubenfeder enthält mindestens ein Formwerkzeug, das in seinem Inneren einen Hohlraum aufweist, in welchen ein zu verformender Endbereich oder ein zu verformender Endbereich und ein zu verformender Übergangsbereich des zumindestens in diesen Bereichen unkonsolidierten Federdrahtes einlegbar ist, wobei der Hohlraum die angestrebte Querschnittsform und/oder Querschnittsfläche des Endbereiches oder des Endbereiches und des Übergangsbereiches abbildet. Damit wird der Endbereich des Federdrahtes oder der Endbereich und der Übergangsbereich des Federdrahtes wie gewünscht und oben beschrieben umgeformt.A device according to the invention for producing a helical spring according to the invention contains at least one molding tool, which has a cavity in its interior, into which an end region to be deformed or an end region to be deformed and a transition region to be deformed of the spring wire, which is unconsolidated at least in these regions, can be inserted, the cavity depicts the desired cross-sectional shape and/or cross-sectional area of the end region or of the end region and the transition region. The end area of the spring wire or the end area and the transition area of the spring wire is thus formed as desired and as described above.

Vorzugsweise weist das Formwerkzeug eine Temperiervorrichtung zum Beheizen oder Abkühlen des Formwerkzeuges auf, so dass das Material des Federdrahtes innerhalb des Formwerkzeuges erwärmt und ggf. konsolidiert und/oder wieder abgekühlt werden kann.The mold preferably has a temperature control device for heating or cooling the mold, so that the material of the spring wire can be heated inside the mold and, if necessary, consolidated and/or cooled again.

Das Formwerkzeug weist vorzugsweise zum leichteren Einlegen der umzuformenden Federdrahtbereiche in den Hohlraum sowie zum leichteren Entformen der umgeformten Federdrahtbereiche eine zwei- oder mehrteilige Bauform auf.The mold preferably has a two-part or multi-part design for easier insertion of the spring wire areas to be deformed into the cavity and for easier demolding of the deformed spring wire areas.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleich wirkenden Ausführungsformen. Ferner ist die Erfindung auch nicht auf die speziell beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein, sofern sich die Einzelmerkmale nicht gegenseitig ausschließen, oder eine spezifische Kombination von Einzelmerkmalen nicht explizit ausgeschlossen ist.The invention is not limited to the illustrated and described embodiments, but also includes all embodiments that have the same effect within the meaning of the invention. Furthermore, the invention is not limited to the combinations of features specifically described, but can also be defined by any other combination of specific features of all individual features disclosed overall, provided that the individual features are not mutually exclusive, or a specific combination of individual features is not explicitly excluded.

Figurenlistecharacter list

  • 1a zeigt schematisch eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform 100 der erfindungsgemäßen Feder. Das eine Federende weist einen Übergangsbereich B und einen Endbereich E auf. Das andere Federende bleibt bei gleicher Auflagergeometrie unverformt. 1a shows a schematic sectional view of a first embodiment 100 of the spring according to the invention. One end of the spring has a transition region B and an end region E. The other end of the spring remains undeformed with the same support geometry.
  • 1b bis 1d zeigen schematisch den inneren Aufbau verschiedener Ausführungsformen des die Feder bildenden Federdrahtes. In einer ersten Ausführungsform 10 des Federdrahtes, dargestellt in 1b, umhüllt eine Hülle 11, bspw. aus Silikon, mehrere Faserlagen 12, die um einen Kern 13 gewickelt oder geflochten sind. Der Kern 13 besteht ebenfalls aus Fasermaterial, in dem die Fasern unidirektional parallel nebeneinander angeordnet oder miteinander leicht verdrillt vorliegen. Zumindest im konsolidierten Zustand liegt im Bereich der Faserlagen 12 und des Kerns 13 neben den Fasern Matrixmaterial vor. Das Matrixmaterial kann auch bereits im unkonsolidierten Zustand im Federdraht 10 enthalten sein. 1b until 1d show schematically the internal structure of various embodiments of the spring wire forming the spring. In a first embodiment 10 of the spring wire, shown in 1b , a sheath 11, e.g. The core 13 also consists of fiber material in which the fibers are arranged unidirectionally parallel to one another or are slightly twisted with one another. At least in the consolidated state is in the area of the fiber layers 12 and the core 13 next to the Fibers before matrix material. The matrix material can also already be contained in the spring wire 10 in the unconsolidated state.

In einer anderen Ausführungsform kann der Kern auch nur aus Kunststoff, bspw. Matrixmaterial, bestehen und keine Fasern aufweisen. Darüber hinaus ist die Hülle 11 nur optional vorhanden.In another embodiment, the core can also consist only of plastic, for example matrix material, and have no fibers. In addition, the cover 11 is only optionally available.

So zeigt bspw. die 1c eine Ausführungsform 10' des Federdrahtes, bei dem keine Hülle vorhanden ist. Darüber hinaus ist auch kein Kern vorhanden, sondern im Inneren des Federdrahtes liegt ein Hohlraum 13' vor. Die Faserlagen 12 sind bspw. in Form eines Flechtschlauches ausgebildet.For example, the 1c an embodiment 10' of the spring wire in which there is no sheath. In addition, there is also no core, but instead a hollow space 13' is present inside the spring wire. The fiber layers 12 are designed, for example, in the form of a braided hose.

1d zeigt eine weitere Ausführungsform 10" des Federdrahtes, bei der die Faserlagen 12 auf einen Schlauchkern 14, der die Form eines hohlen, flexiblen Rohres oder Schlauches hat und aus Kunststoff besteht, aufgebracht und - wiederum optional - mit einer Hülle 11 nach außen abgeschlossen sind. 1d shows a further embodiment 10" of the spring wire, in which the fiber layers 12 are applied to a tube core 14, which is in the form of a hollow, flexible tube or tube and is made of plastic, and - again optionally - are closed to the outside with a sleeve 11.

Wenn im Folgenden keine konkreten Aussagen über den Aufbau des Federdrahtes gemacht sind, so kann der Federdraht entsprechend jeder der hier aufgeführten Ausführungsformen ausgebildet sein.If no specific statements are made below about the structure of the spring wire, the spring wire can be designed according to any of the embodiments listed here.

2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform 100' der erfindungsgemäßen Feder. Hier sind beide Endbereiche verformt und als Endquerschnitt A1 realisiert. Der Übergangsbereich B leitet von der Querschnittsfläche A0 in die elliptische Endfläche A1 über. 2 shows schematically a further embodiment 100' of the spring according to the invention. Both end areas are deformed here and realized as end cross section A1. The transition area B transitions from the cross-sectional area A0 to the elliptical end area A1.

3 zeigt schematisch ein Federende einer Konstruktion aus dem Stand der Technik. Hier besteht zwischen der vorletzten Windung und der letzten Windung der Abstand q1. 3 Figure 12 shows schematically a spring end of a prior art construction. Here there is a distance q1 between the penultimate winding and the last winding.

4a bis 4e zeigen schematisch Federenden der erfindungsgemäßen Konstruktion entsprechend der ersten Ausführungsform. Die Abstände q2 bis q6 der einzelnen Figuren sind jeweils größer, als der Abstand q1 im Stand der Technik Es ist also ein verlängerter Federweg durch die erfindungsgemäße Lösung erzielt worden. Die mit eins beginnenden Bezugszeichen verweisen auf die letzte Windung 1, die mit zwei beginnenden Bezugszeichen auf die vorletzte Windung 2. Die Federdrähte weisen eine Faserverstärkung 15, 25 auf, die in Matrixmaterial 16, 26 eingeschlossen ist. Die konkrete Anordnung der Faserverstärkung in den mit Bezug auf die 1b bis 1d beschriebenen Faserlagen und ggf. in einem mit Bezug auf die 1b bis 1d beschriebenen Kern ist hier zur besseren Veranschaulichung der Verformung vernachlässigt und nicht dargestellt. Die Federdrähte sind jeweils von einer Hülle 11, 21 umgeben. Die Faserverstärkung 25 geht im Übergangsbereich (nicht dargestellt) in die Faserverstärkung 15 über. 4a until 4e show schematically spring ends of the construction according to the invention according to the first embodiment. The distances q2 to q6 of the individual figures are each greater than the distance q1 in the prior art. A longer spring deflection has therefore been achieved by the solution according to the invention. The reference numbers beginning with one refer to the last winding 1, the reference numbers beginning with two to the penultimate winding 2. The spring wires have a fiber reinforcement 15, 25 which is enclosed in matrix material 16, 26. The specific arrangement of the fiber reinforcement in the with reference to 1b until 1d Fiber layers described and possibly in a with respect to the 1b until 1d The core described here is neglected and not shown for better illustration of the deformation. The spring wires are each surrounded by a sheath 11, 21. The fiber reinforcement 25 transitions into the fiber reinforcement 15 in the transition area (not shown).

In 4a ist der Endbereich der letzten Windung 1 in eine elliptische Querschnittsform gebracht worden, wobei die kurze Achse der Ellipse, d.h. die Nebenachse, parallel zur Federlängsachse liegt. Der Abstand q2 zur vorletzten Windung 2 ist daher größer, als wenn der kreisförmige Querschnitt beibehalten worden wäre.In 4a the end region of the last turn 1 has been brought into an elliptical cross-sectional shape, with the short axis of the ellipse, ie the minor axis, lying parallel to the longitudinal axis of the spring. The distance q2 to the penultimate turn 2 is therefore greater than if the circular cross-section had been retained.

In 4b ist der Endbereich der letzten Windung 1 in eine Querschnittsform gebracht worden, bei der ein Teil des Materials des Federdrahtes in Richtung auf die Längsachse der Feder verschoben ist. Der Flächenschwerpunkt der Querschnittsfläche ist somit radial nach innen verschoben. Der Abstand q3 zur vorletzten Windung 2 ist größer, als wenn der kreisförmige Querschnitt beibehalten worden wäre, da im Mittelbereich des Querschnitts des Federdrahtes eine geringere Höhe desselben erzielt wurde.In 4b the end region of the last coil 1 has been brought into a cross-sectional shape in which part of the material of the spring wire is shifted towards the longitudinal axis of the spring. The centroid of the cross-sectional area is thus shifted radially inwards. The distance q3 to the penultimate turn 2 is greater than if the circular cross-section had been retained, since a lower height of the spring wire cross-section has been obtained in the central area of the cross-section.

In 4c ist der Endbereich der letzten Windung 1 in eine Querschnittsform gebracht worden, bei der ein Teil des Materials des Federdrahtes in Richtung auf die Längsachse der Feder und ein Teil radial von dieser weg verschoben ist. Es ist dadurch eine nutartige Vertiefung im Federdraht ausgebildet, die den Abstand q4 zur vorletzten Windung 2 vergrößert.In 4c the end portion of the last coil 1 has been brought into a cross-sectional shape in which part of the material of the spring wire is displaced towards the longitudinal axis of the spring and part radially away from it. As a result, a groove-like indentation is formed in the spring wire, which increases the distance q4 from the penultimate turn 2.

In 4d ist der Endbereich der letzten Windung 1 in eine Querschnittsform gebracht worden, bei der ein Teil des Materials des Federdrahtes in Richtung auf die Längsachse der Feder und ein Teil radial von dieser weg verschoben ist. Es ist dadurch eine nutartige Vertiefung im Federdraht ausgebildet, die den Abstand q5 zur vorletzten Windung 2 vergrößert. Gegenüber der 4c wurde die Unterseite des Federdrahtes weiter abgeflacht, so dass eine bereitere Auflagefläche des Federdrahtes im Federsitz erzielt wird.In 4d the end portion of the last coil 1 has been brought into a cross-sectional shape in which part of the material of the spring wire is displaced towards the longitudinal axis of the spring and part radially away from it. As a result, a groove-like indentation is formed in the spring wire, which increases the distance q5 from the penultimate coil 2. Opposite of 4c the underside of the spring wire has been further flattened to provide a smoother contact surface for the spring wire in the spring seat.

In 4e ist der Endbereich der letzten Windung 1 in eine Querschnittsform gebracht worden, bei der ein Teil des Materials des Federdrahtes radial von der Längsachse der Feder weg verschoben ist. Der Flächenschwerpunkt der Querschnittsfläche ist somit radial nach außen verschoben. Der Abstand q6 zur vorletzten Windung 2 ist größer, als wenn der kreisförmige Querschnitt beibehalten worden wäre, da im Mittelbereich des Querschnitts des Federdrahtes eine geringere Höhe desselben erzielt wurde.In 4e the end portion of the last coil 1 has been brought into a cross-sectional shape in which part of the material of the spring wire is displaced radially away from the longitudinal axis of the spring. The centroid of the cross-sectional area is thus shifted radially outwards. The distance q6 to the penultimate turn 2 is greater than if the circular cross-section had been retained, since a lower height of the spring wire cross-section was obtained in the central region thereof.

Die Formen der Endbereiche der letzten Windungen 1 in den Figuren 4a bis 4e wurden durch Umformung der Federenden im Zuge der Herstellung erzielt.The shapes of the end portions of the last turns 1 in the figures 4a until 4e were achieved by forming the spring ends during manufacture.

In 5a ist eine Federkonstruktion analog zu der nach 4b dargestellt. Hier ist jedoch das Federende gegenüber der vorletzten Windung eingezogen (gestrichelte Linie zur Orientierung). Der Abstand q7 ist noch größer als der Abstand q3 aus 4b.In 5a is a spring construction analogous to that shown in 4b shown. Here, however, the end of the spring is drawn in compared to the last but one coil (dashed line for orientation). The distance q7 is even greater than the distance q3 out 4b .

In 5b ist eine Federkonstruktion analog zu der nach 4e dargestellt. Hier ist jedoch das Federende gegenüber der vorletzten Windung ausgestellt (gestrichelte Linie zur Orientierung). Der Abstand q8 ist noch größer als der Abstand q6 aus 4e.In 5b is a spring construction analogous to that shown in 4e shown. Here, however, the end of the spring is exposed opposite the penultimate coil (dashed line for orientation). The distance q8 is even larger than the distance q6 out 4e .

5c zeigt eine weitere Federkonstruktion. Auch hier ist das Federende in seiner Querschnittsform in eine Ellipse verformt, wobei nun jedoch die lange Achse der Ellipse, d.h. die Hauptachse, parallel zur Federlängsachse angeordnet ist. Dabei ist das Federende soweit nach innen zur Federmitte eingezogen, dass das Federende bei Belastung ins Federinnere eintaucht. Um eine Kollision mit der darüberliegenden Windung zu vermeiden, muss ein Mindestabstand q9 zwischen der äußeren Kante der letzten Windung 1 und der inneren Kante der vorletzten Windung 2 vorliegen. Darüber hinaus ist in 5c ein Federdraht analog zur Ausbildung gemäß 1b dargestellt, d.h. der Federdraht enthält einen Kern 13, 23 mit Faserverstärkung, mehrere darum angeordnete Faserlagen 12, 22 und eine äußere Hülle 11, 21, wobei die mit eins beginnenden Bezugszeichen auf die letzte Windung 1 und die mit zwei beginnenden Bezugszeichen auf die vorletzte Windung 2 verweisen. Wie zu sehen ist, hat sich in der letzten Windung 1 der Federdraht nicht nur äußerlich verformt, sondern auch der Kern 13 hat sich verformt. Die ist jedoch nicht notwendigerweise gegeben: Es kann auch Verformungen des Federendes geben, bei denen der Kern nicht verformt ist. 5c shows another spring construction. Here, too, the cross-sectional shape of the end of the spring is deformed into an ellipse, but the long axis of the ellipse, ie the main axis, is now arranged parallel to the longitudinal axis of the spring. The end of the spring is drawn in so far towards the center of the spring that the end of the spring dips into the interior of the spring under load. In order to avoid a collision with the coil above, there must be a minimum distance q9 between the outer edge of the last coil 1 and the inner edge of the penultimate coil 2. In addition, in 5c a spring wire according to the training 1b 1, ie the spring wire contains a core 13, 23 with fiber reinforcement, several fiber layers 12, 22 arranged around it and an outer sheath 11, 21, the reference numerals starting with one referring to the last turn 1 and the reference numerals starting with two referring to the penultimate turn 2 refer. As can be seen, in the last turn 1 the spring wire has not only been deformed externally, but the core 13 has also been deformed. However, this is not necessarily the case: there can also be deformations of the spring end where the core is not deformed.

6 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Federkonstruktion nach der zweiten Ausführungsform. Auch hier ist die konkrete Anordnung der Faserverstärkung in den mit Bezug auf die 1b bis 1d beschriebenen Faserlagen und ggf. in einem mit Bezug auf die 1b bis 1d beschriebenen Kern zur besseren Veranschaulichung der Verformung vernachlässigt und nicht dargestellt. Der Federdraht weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Fläche dieses kreisförmigen Querschnitts reduziert sich von der vorletzten Windung 2 zum Endbereich der letzten Windung 1. Dies ist erkennbar daran, dass der Durchmesser d2 des Federdrahtes der vorletzten Windung 2 sich zu einem Durchmesser d1 der letzten Windung 1 reduziert. Der Abstand q10 zwischen letzter Windung und vorletzter Windung des Federdrahtes ist aufgrund des reduzierten Querschnitts des Endbereichs der Feder vergrößert. Die Anzahl der Verstärkungsfasern 15, 25 ist in der vorletzten Windung 2 und der letzten Windung 1 identisch. Durch die Querschnittsreduzierung ist die Dichte der Fasern 15 erhöht und das Matrixmaterial 16 erhält einen geringeren Anteil an der Querschnittsfläche. Der Faservolumengehalt ist somit im Endbereich der Feder erhöht. 6 shows schematically a spring construction according to the invention according to the second embodiment. Here, too, the specific arrangement of the fiber reinforcement in the with reference to 1b until 1d Fiber layers described and possibly in a with respect to the 1b until 1d described core is neglected to better illustrate the deformation and not shown. The spring wire has a circular cross-section. The area of this circular cross-section reduces from the penultimate turn 2 to the end region of the last turn 1. This can be seen from the fact that the diameter d2 of the spring wire of the penultimate turn 2 is reduced to a diameter d1 of the last turn 1. The distance q10 between the last coil and the penultimate coil of the spring wire is increased due to the reduced cross-section of the end area of the spring. The number of reinforcing fibers 15, 25 is identical in the penultimate turn 2 and the last turn 1. Due to the reduction in cross-section, the density of the fibers 15 is increased and the matrix material 16 has a smaller proportion of the cross-sectional area. The fiber volume content is thus increased in the end area of the spring.

7 zeigt schematisch Ausschnitte der letzten beiden Windungen einer erfindungsgemäßen Federkonstruktion nach der dritten Ausführungsform. Auch hier ist die konkrete Anordnung der Faserverstärkung in den mit Bezug auf die 1b bis 1d beschriebenen Faserlagen und ggf. in einem mit Bezug auf die 1b bis 1d beschriebenen Kern zur besseren Veranschaulichung der Verformung vernachlässigt und nicht dargestellt. Die dritte Ausführungsform kombiniert die Anpassung der Querschnittsform entsprechend der ersten Ausführungsform mit der Reduzierung der Querschnittsfläche bei beibehaltenem Faserverstärkungsmaterial entsprechend der zweiten Ausführungsform. Damit ist im Endbereich der Feder sowohl die Querschnittsform gegenüber der Querschnittsform im Mittelteil verändert, als auch die Querschnittsfläche gegenüber der Querschnittsfläche im Mittelteil verringert. Der Abstand q11 zwischen letzter Windung und vorletzter Windung des Federdrahtes ist aufgrund der veränderten Form und des reduzierten Querschnitts des Endbereichs der Feder vergrößert. 7 shows schematically details of the last two turns of a spring construction according to the invention according to the third embodiment. Here, too, the specific arrangement of the fiber reinforcement in the with reference to 1b until 1d Fiber layers described and possibly in a with respect to the 1b until 1d described core is neglected to better illustrate the deformation and not shown. The third embodiment combines the adjustment of the cross-sectional shape according to the first embodiment with the reduction of the cross-sectional area while maintaining the fiber reinforcement material according to the second embodiment. Thus, in the end area of the spring, the cross-sectional shape is changed compared to the cross-sectional shape in the middle part, and the cross-sectional area is reduced compared to the cross-sectional area in the middle part. The distance q11 between the last coil and the penultimate coil of the spring wire is increased due to the changed shape and the reduced cross-section of the end region of the spring.

Die 8a bis 10e dienen der Veranschaulichung der Formwerkzeuge, mit denen die Federenden verformt werden und stellen verschiedenen Ausführungsformen dieser Formwerkzeuge, teils in Verbindung mit dem zu verformenden Federdraht, dar.the 8a until 10e serve to illustrate the forming tools with which the spring ends are deformed and represent various embodiments of these forming tools, partly in connection with the spring wire to be deformed.

Die 8a bis 8e zeigen ein erstes Beispiel, bei dem eine Feder 100 im Bereich eines ihrer Federenden durch ein erstes Formwerkzeug 210 verformt wird. Das erste Formwerkzeug besteht aus einem Oberteil 211 und einem Unterteil 212, wobei das Oberteil 211 einen oberen Teil der letzten Windung der Feder 100 und das Unterteil 212 einen unteren Teil der letzten Windung der Feder 100 umschließen. Der obere Teil der letzten Windung ist nach außen, weg von den anderen Windungen der Feder 100 gerichtet, während der untere Teil der letzten Windung der vorletzten Windung zugewandt ist. Das Oberteil 211 und das Unterteil 212 weisen jeweils eine Vertiefung 213, 214 auf, in die der Endbereich E und/oder der Übergangsbereich B der Feder 100 eingelegt sind. Die Vertiefungen 213, 214 bilden somit in geschlossenem Zustand des Formwerkzeugs 210 einen Hohlraum, in die der End- und/oder Übergangsbereich E bzw. B des Federdrahts einlegbar ist. Das Federende ist in den 8b und 8c bereits verformt und weist an seinem Ende eine Querschnittsfläche auf, die gegenüber der Querschnittsfläche im Mittelteil der Feder eine andere Form hat. In 8b ist ein unterer Teil A11 der Querschnittsfläche des Endbereichs der Feder dargestellt, während in 8c ein oberer Teil A12 der Querschnittsfläche des Endbereichs der Feder zu sehen ist. Das erste Formwerkzeug 210 ist durch seine horizontale Teilung in das Oberteil 211 und das Unterteil 212 gut von dem verformten Federende entfernbar.the 8a until 8e show a first example in which a spring 100 is deformed in the region of one of its spring ends by a first forming tool 210. The first mold consists of an upper part 211 and a lower part 212, the upper part 211 enclosing an upper part of the last coil of the spring 100 and the lower part 212 a lower part of the last coil of the spring 100. The top of the last coil faces outward, away from the other coils of the spring 100, while the bottom of the last coil faces the penultimate coil. The upper part 211 and the lower part 212 each have a recess 213, 214 into which the end area E and/or the transition area B of the spring 100 are inserted. The depressions 213, 214 thus form a cavity in the closed state of the mold 210, into which the end and/or transition region E or B of the spring wire can be inserted. The spring end is in the 8b and 8c already deformed and has a cross-sectional area at its end which is opposite to the cross-sectional area in the central part of the spring has a different shape. In 8b a lower part A11 of the cross-sectional area of the end portion of the spring is shown, while in 8c an upper part A12 of the cross-sectional area of the end portion of the spring can be seen. Due to its horizontal division into the upper part 211 and the lower part 212, the first forming tool 210 can be easily removed from the deformed end of the spring.

Die 9a bis 9e zeigen ein zweites Beispiel, bei dem eine Feder 100 im Bereich eines ihrer Federenden durch ein zweites Formwerkzeug 220 verformt wird. Das zweite Formwerkzeug besteht aus einem Außenteil 221 und einem Innenteil 222, wobei das Außenteil 221 einen äußeren Teil der letzten Windung der Feder 100 und das Innenteil 222 einen inneren Teil der letzten Windung der Feder 100 umschließen. Der äußere Teil der letzten Windung ist nach außen, weg vom Federinneren der Feder 100 gerichtet, während der innere Teil der letzten Windung dem Federinneren und der Federlängsachse zugewandt ist. Das Außenteil 221 und das Innenteil 222 bestehen jeweils aus zwei Teilen 221a, 221b bzw. 222a, 222b, wobei der mit „a“ bezeichnete Teil jeweils den Endbereich der Feder aufnimmt, während der mit „b“ bezeichnete Teil jeweils an den Mittelteil der Feder angrenzt. Insbesondere für das Innenteil 222 ist die vertikale Teilung vorteilhaft für ein problemloses Entfernen von der Feder 100. Das Außenteil 221 und das Innenteil 222 weisen jeweils eine Vertiefung 223, 224 auf, in die der Endbereich E und/oder der Übergangsbereich B der Feder 100 eingelegt sind. Das Federende ist bereits verformt und weist an seinem Ende eine Querschnittsfläche auf, die gegenüber der Querschnittsfläche im Mittelteil der Feder eine andere Form hat. In 9b ist ein innerer Teil A13 der Querschnittsfläche des Endbereichs der Feder dargestellt, während in 9c ein äußerer Teil A14 der Querschnittsfläche des Endbereichs der Feder zu sehen ist. Dabei ist zu sehen, dass die Querschnittsfläche des Federendes ungleichförmig geformt und das Federende gegenüber der vorletzten Windung nach innen eingezogen ist.the 9a until 9e show a second example in which a spring 100 is deformed in the region of one of its spring ends by a second forming tool 220. The second mold consists of an outer part 221 and an inner part 222, the outer part 221 enclosing an outer part of the last coil of the spring 100 and the inner part 222 an inner part of the last coil of the spring 100. The outer portion of the last coil faces outward, away from the spring interior of the spring 100, while the inner portion of the last coil faces the spring interior and the spring longitudinal axis. The outer part 221 and the inner part 222 each consist of two parts 221a, 221b or 222a, 222b, whereby the part marked “a” accommodates the end area of the spring, while the part marked “b” attaches to the middle part of the spring adjacent. The vertical division is particularly advantageous for the inner part 222 for problem-free removal from the spring 100. The outer part 221 and the inner part 222 each have a recess 223, 224 into which the end area E and/or the transition area B of the spring 100 is inserted are. The end of the spring is already deformed and has a cross-sectional area at its end that has a different shape from the cross-sectional area in the central part of the spring. In 9b an inner part A13 of the cross-sectional area of the end portion of the spring is shown, while in 9c an outer part A14 of the cross-sectional area of the end portion of the spring can be seen. It can be seen that the cross-sectional area of the spring end is unevenly shaped and that the spring end is drawn inwards compared to the penultimate coil.

Die 10a bis 10e zeigen ein drittes Beispiel, bei dem eine Feder 100 im Bereich eines ihrer Federenden durch ein drittes Formwerkzeug 230 verformt wird. Das dritte Formwerkzeug besteht, ähnlich wie beim zweiten Formwerkzeug in 9a bis 9e, aus einem Außenteil 231 und einem Innenteil 232, wobei das Außenteil 231 einen äußeren Teil der letzten Windung der Feder 100 und das Innenteil 232 einen inneren Teil der letzten Windung der Feder 100 umschließen. Das Außenteil 231 und das Innenteil 232 bestehen jeweils aus zwei Teilen 231a, 231b bzw. 232a, 232b, wobei der mit „a“ bezeichnete Teil jeweils den Endbereich der Feder aufnimmt, während der mit „b“ bezeichnete Teil jeweils an den Mittelteil der Feder angrenzt. Das Außenteil 231 und das Innenteil 232 weisen jeweils eine Vertiefung 233, 234 auf, in die der Endbereich E und/oder der Übergangsbereich B der Feder 100 eingelegt sind. Darüber hinaus ist in mindestens dem Außenteil 231 oder mindestens dem Innenteil 232 eine Kavität 235, d.h. ein Hohlraum, ausgebildet, der über einen Kanal mit einem kleinen Durchmesser mit der Vertiefung 233 bzw. 234 verbunden ist. In 10d ist die Kavität 235 für den Außenteil 231 dargestellt. Im Gegensatz zu den ersten und zweiten Formwerkzeugen dient das dritte Formwerkzeug 230 einer Reduzierung der Querschnittsfläche des Endbereichs der Feder gegenüber der Querschnittsfläche im Mittelteil der Feder. Dies ist bspw. in den 10b und 10d an den unterschiedlichen Durchmessern der Feder 100 bzw. der Vertiefung 233 am Beginn des Formwerkzeuges 230, d.h. an der Grenze zum Mittelteil der Feder, und am Federende zu sehen. In 10b ist der innere Teil A13 der Querschnittsfläche im Endbereich der Feder ersichtlich. Das durch die Verringerung der Querschnittsfläche austretende, überschüssige Matrixmaterial gelangt durch den Kanal in die Kavität 235 und wird dort aufgefangen.the 10a until 10e show a third example in which a spring 100 is deformed in the region of one of its spring ends by a third forming tool 230. The third mold is similar to the second mold in 9a until 9e , an outer part 231 and an inner part 232, the outer part 231 enclosing an outer part of the last turn of the spring 100 and the inner part 232 an inner part of the last turn of the spring 100. The outer part 231 and the inner part 232 each consist of two parts 231a, 231b or 232a, 232b, whereby the part marked “a” accommodates the end area of the spring, while the part marked “b” attaches to the middle part of the spring adjacent. The outer part 231 and the inner part 232 each have a depression 233, 234 into which the end area E and/or the transition area B of the spring 100 are inserted. Furthermore, in at least the outer part 231 or at least the inner part 232 there is a cavity 235, ie a hollow space, which is connected to the depression 233 or 234 via a channel with a small diameter. In 10d the cavity 235 for the outer part 231 is shown. In contrast to the first and second dies, the third die 230 serves to reduce the cross-sectional area of the end portion of the spring from the cross-sectional area of the middle portion of the spring. This is for example in the 10b and 10d can be seen in the different diameters of the spring 100 and the depression 233 at the beginning of the mold 230, ie at the border to the central part of the spring, and at the end of the spring. In 10b the inner part A13 of the cross-sectional area in the end area of the spring can be seen. The excess matrix material escaping as a result of the reduction in the cross-sectional area passes through the channel into the cavity 235 and is collected there.

Ausführungsbeispieleexemplary embodiments

In einem ersten Ausführungsbeispiel (1a in Verbindung mit 1b) weist die Feder eine Länge h von 180mm auf. Der Durchmesser X beträgt 75mm. Der Federdraht hat dabei in der Federmitte einen kreisförmigen Querschnitt der Fläche A0 mit einem Durchmesser von 16mm. Der Federdraht besteht aus Kohlefasern, die im Kern unidirektional der Federdrahtachse F folgend ausgerichtet sind. Der Kern ist von Wickellagen aus Kohlenstofffasern umgeben. Die Lagen aus Kohlenstofffasern sind von einem Schlauch umgeben, so dass die getränkten Fasern während des Herstellungsprozesses eingehüllt sind. Im Mittelteil der Feder beträgt der Abstand q der Windungen voneinander 15mm. An einem ersten Federende, dem unteren in der Figur, bleibt die Querschnittsfläche unverformt und am anderen, zweiten Federende, dem oberen in der Figur, wird die kreisförmige Querschnittsfläche des Federdrahtes über die Länge des Übergangsbereichs B, der hier eine viertel Windung beträgt in die elliptische Querschnittsfläche des Endbereichs E mit dem Flächeneinhalt A1 überführt. Dies erfolgt, indem die Fasern während der Herstellung in einem geeigneten Formwerkzeug, das Übergangs- und Endbereich ausbildet, in die gewünschte Form gedrückt (gepresst) werden. Dabei werden keine Fasern unterbrochen oder beschädigt. Durch den Übergangsbereich erfolgen auch keine abrupten Richtungsänderungen der Fasern, die ansonsten zu Spannungen in der Faserverstärkung und potentiellen Bruchstellen führen könnten. Kennzeichnend ist, dass die Querschnittsfläche A1 des Endbereiches E gleich der Querschnittsfläche A0 im Mittelteil der Feder ist. Der Endbereich des Federdrahtes weist eine elliptische Querschnittsfläche auf, bei der die kleine Halbachse der Ellipse parallel zur Längsachse L der Feder verläuft. Aufgrund der elliptischen Verformung des Endbereichs des Federdrahtes am zweiten Federende ist der Abstand qx- der letzten Windung zur vorletzten Windung am zweiten Federende jedoch größer als der Abstand qy der unverformten letzten Windung zur vorletzten Windung am ersten Federende. Der Abstand qx beträgt hier 12mm, während der Abstand qy 7mm beträgt. In Ausführungsformen kann der Abstand qx kleiner als, gleich oder größer als der Abstand q der Windungen im Mittelteil der Feder sein, ist aber immer größer als der Abstand qy.In a first embodiment ( 1a combined with 1b) the spring has a length h of 180mm. The diameter X is 75mm. The spring wire has a circular cross-section of area A0 with a diameter of 16mm in the middle of the spring. The spring wire consists of carbon fibers that are aligned unidirectionally along the spring wire axis F in the core. The core is surrounded by layers of carbon fibers. The layers of carbon fibers are surrounded by a tube so that the impregnated fibers are encased during the manufacturing process. In the central part of the spring, the distance q between the coils is 15mm. At a first spring end, the lower one in the figure, the cross-sectional area remains undeformed and at the other, second spring end, the upper one in the figure, the circular cross-sectional area of the spring wire becomes elliptical over the length of the transition region B, which is a quarter of a turn here Cross-sectional area of the end region E transferred to the area A1. This is done by pressing (pressing) the fibers into the desired shape during manufacture in a suitable mold that forms the transition and end areas. No fibers are broken or damaged. The transition area also means that there are no abrupt changes in the direction of the fibers, which could otherwise lead to stresses in the fiber reinforcement and potential breakage points. It is characteristic that the cross-sectional area A1 of the end region E is equal to the cross-sectional area A0 in the central part of the feather is. The end area of the spring wire has an elliptical cross-sectional area, in which the semi-minor axis of the ellipse runs parallel to the longitudinal axis L of the spring. However, due to the elliptical deformation of the end area of the spring wire at the second spring end, the distance qx- between the last coil and the penultimate coil on the second spring end is greater than the distance qy between the undeformed last coil and the penultimate coil on the first spring end. Here the distance qx is 12mm, while the distance qy is 7mm. In embodiments, the pitch qx may be less than, equal to, or greater than the pitch q of the coils in the central portion of the spring, but is always greater than the pitch qy.

Im zweiten Ausführungsbeispiel (2) sind die Daten der Feder mit dem nach 1 identisch. Jedoch zieht sich hier der Übergangsbereich B über eine halbe Windung hin und der Endbereich des Federdrahtes wird erst mit dessen Ende erreicht. Die am Ende des Federdrahtes erreichte Querschnittsfläche A1 ist wieder genauso groß, wie de Querschnittsfläche A0 im Mittelteil der Feder.In the second embodiment ( 2 ) are the data of the spring with the after 1 identical. However, here the transition area B extends over half a turn and the end area of the spring wire is only reached at the end. The cross-sectional area A1 reached at the end of the spring wire is again the same size as the cross-sectional area A0 in the middle part of the spring.

BezugszeichenlisteReference List

11
letzte Windung der Federlast coil of the spring
10, 10', 10"10, 10', 10"
Federdrahtspring wire
1111
Hülle der letzten Windung um den FederdrahtWrap the last turn around the spring wire
1212
Faserlagenfiber layers
1313
Kerncore
13'13'
Hohlraumcavity
1414
Schlauchkerntube core
1515
Verstärkungsfasern der letzten Windung des FederdrahtesReinforcement fibers of the last turn of the spring wire
1616
Matrixmaterial der letzten Windung des FederdrahtesMatrix material of the last turn of the spring wire
22
vorletzte Windung der Feder vor dem Federendepenultimate turn of the spring before the end of the spring
2121
Hülle der vorletzten Windung um den FederdrahtWrap the penultimate turn around the spring wire
2525
Verstärkungsfasern der vorletzten Windung des FederdrahtesReinforcement fibers of the penultimate turn of the spring wire
2626
Matrixmaterial der vorletzten Windung des FederdrahtesMatrix material of the penultimate turn of the spring wire
100, 100'100, 100'
Schraubenfedercoil spring
210, 220, 230210, 220, 230
Formwerkzeugmolding tool
211211
oberer Teil des Formwerkzeugsupper part of the mold
212212
unterer Teil des Formwerkzeugslower part of the mold
221, 231221, 231
Außenteil des Formwerkzeugsouter part of the mold
222, 232222, 232
Innenteil des FormwerkzeugsInner part of the mold
213, 214, 223, 224, 233, 234213, 214, 223, 224, 233, 234
Vertiefung im FormwerkzeugDeepening in the mold
235235
Kavität im Formwerkzeug cavity in the mold
qq
Abstand zwischen zwei Windungen im Mittelteil der FederDistance between two coils in the central part of the spring
qx, qy, q1 ... q11qx,qy,q1...q11
Abstand zwischen letzter Windung und vorletzter Windung des FederdrahtesDistance between the last coil and the penultimate coil of the spring wire
A0A0
Querschnittsfläche des Federdrahtes im Mittelteil der FederCross-sectional area of the spring wire in the central part of the spring
A1A1
Querschnittsfläche des Federdrahtes des Endbereichs des FederdrahtesCross-sectional area of the spring wire of the end portion of the spring wire
A11A11
unterer Teil von A1lower part of A1
A12A12
oberer Teil von A1upper part of A1
A13A13
innerer Teil von A1inner part of A1
A14A14
äußerer Teil von A1outer part of A1
BB
Übergangsbereich des Federdrahtes (gestrichelter Kasten)Transition area of the spring wire (dashed box)
di.e
Durchmesser des Federdrahtes im Mittelteil der FederDiameter of the spring wire in the middle part of the spring
Ff
Federdrahtachsespring wire axle
EE
Endbereich des Federdrahtes (gestrichelter Kasten)End area of the spring wire (dashed box)
hH
Länge der Federlength of the spring
LL
Federlängsachsespring longitudinal axis
XX
Durchmesser der Federdiameter of the spring

Claims (18)

Schraubenfeder (100, 100'), die mehrere Windungen aus einem helixartig gewundenen Federdraht (10, 10', 10'') aus faserverstärktem Kunststoffmaterial, aufweisend eine Faserverstärkung und ein Matrixmaterial, aufweist, wobei die Faserverstärkung über die gesamte Länge des Federdrahtes (10, 10', 10") als Endlosfasermaterial mit konstanter Faseranzahl verläuft, wobei die Schraubenfeder (100, 100') zwei Federenden und an mindestens einem der Federenden in einer letzten Windung (1) der Schraubenfeder (100, 100') einen Übergangsbereich (B) und daran in Richtung des Endes des Federdrahtes (10, 10', 10") anschließend einen Endbereich (E) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des Federdrahtes (10, 10', 10") im Übergangsbereich (B) von einer Querschnittsfläche (A0) des Federdrahtes (10, 10', 10") in einem Mittelteil der Feder (100, 100') in eine geringere Querschnittsfläche (A1) des Endbereiches (E) übergeht, indem der Faservolumengehalt im Federdraht (10, 10', 10") im Verlauf des Übergangsbereichs (B) kontinuierlich erhöht wird.Helical spring (100, 100'), which has several turns of a helically wound spring wire (10, 10', 10'') made of fiber-reinforced plastic material, having a fiber reinforcement and a matrix material, the fiber reinforcement being distributed over the entire length of the spring wire (10 , 10', 10") as a continuous fiber material with a constant number of fibers, the helical spring (100, 100') having two spring ends and at least one of the spring ends in a last coil (1) of the helical spring (100, 100') a transition area (B ) and then has an end region (E) in the direction of the end of the spring wire (10, 10', 10"), characterized in that a cross-sectional area of the spring wire (10, 10', 10") in the transition region (B) from a The cross-sectional area (A0) of the spring wire (10, 10', 10") in a central part of the spring (100, 100') transitions into a smaller cross-sectional area (A1) of the end area (E), in that the fiber volume content in the spring wire (10, 10' , 10") in v is continuously increased during the transition region (B). Schraubenfeder (100, 100') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des Federdrahtes (10, 10', 10") im Übergangsbereich (B) von einer Querschnittsform des Federdrahtes (10, 10', 10") in einem Mittelteil der Schraubenfeder (100, 100') in eine Querschnittsform des Endbereiches (E) übergeht, indem die Verteilung der Faserverstärkung und des Matrixmaterials im Federdraht (10, 10', 10") im Verlauf des Übergangsbereichs (B) kontinuierlich so geändert werden, dass eine über dem Federende liegende Windung einen größeren Einfederweg zur letzten Windung (1) erhält, als dies bei unveränderter Querschnittsform der Fall wäre.coil spring (100, 100'). claim 1 , characterized in that the cross-sectional shape of the spring wire (10, 10', 10") in the transition area (B) changes from a cross-sectional shape of the spring wire (10, 10', 10") in a central part of the coil spring (100, 100') to a Cross-sectional shape of the end area (E) transitions by continuously changing the distribution of the fiber reinforcement and the matrix material in the spring wire (10, 10', 10") in the course of the transition area (B) in such a way that a coil lying above the end of the spring has a larger compression travel to the last turn (1) than would be the case with an unchanged cross-sectional shape. Schraubenfeder (100, 100') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform im Endbereich (E) des Federdrahtes (10, 10', 10") einen geringeren Durchmesser des Federdrahtes (10, 10', 10") in Längsrichtung der Schraubenfeder (100, 100') aufweist oder die Faserverstärkung und das Matrixmaterial derartig verteilt sind, dass der Federdraht (10, 10', 10") eine nutartige Vertiefung aufweist, die den Abstand zur vorletzten Windung (2) vergrößert.coil spring (100, 100'). claim 2 , characterized in that the cross-sectional shape in the end region (E) of the spring wire (10, 10', 10") has a smaller diameter of the spring wire (10, 10', 10") in the longitudinal direction of the helical spring (100, 100') or the Fiber reinforcement and the matrix material are distributed in such a way that the spring wire (10, 10', 10") has a groove-like depression that increases the distance to the penultimate turn (2). Schraubenfeder (100, 100') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Endbereich (E) ein geometrischer Schwerpunkt der Querschnittsform des Federdrahtes (10, 10', 10'') von der Längsachse (L) der Feder (100, 100') aus gesehen radial nach innen oder nach außen verlagert ist.coil spring (100, 100'). claim 2 , characterized in that in the end region (E) a geometric center of gravity of the cross-sectional shape of the spring wire (10, 10', 10'') is shifted radially inwards or outwards, viewed from the longitudinal axis (L) of the spring (100, 100'). is. Schraubenfeder (100, 100') nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerung des geometrischen Schwerpunktes durch eine Verschiebung einer Wölbung des ursprünglich runden Querschnitts des Federdrahtes (10, 10', 10") radial nach innen oder außen realisiert ist.coil spring (100, 100'). claim 4 , characterized in that the shifting of the geometric center of gravity is realized by shifting a curvature of the originally round cross-section of the spring wire (10, 10', 10") radially inwards or outwards. Schraubenfeder (100, 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federdraht (10, 10', 10") im Endbereich (E) oder im Endbereich (E) und im Übergangsbereich (B) in Richtung des Endes der Längsrichtung (L) der Feder abgeflacht ist.Coil spring (100, 100') according to one of the preceding claims, characterized in that the spring wire (10, 10', 10") in the end area (E) or in the end area (E) and in the transition area (B) in the direction of the end of the Longitudinal direction (L) of the spring is flattened. Schraubenfeder (100, 100') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform über die gesamte Länge des Federdrahtes (10, 10', 10") geometrisch-ähnlich ist.coil spring (100, 100'). claim 1 , characterized in that the cross-sectional shape is geometrically similar over the entire length of the spring wire (10, 10', 10"). Schraubenfeder (100, 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federdraht (10, 10', 10") über seine gesamte Länge oder einen Abschnitt seiner Länge eine Hülle (11, 21) aufweist.Helical spring (100, 100') according to one of the preceding claims, characterized in that the spring wire (10, 10', 10") has a sheath (11, 21) over its entire length or a portion of its length. Schraubenfeder (100, 100') nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (11, 21) aus einem Elastomer, einem thermoplastischen Elastomer oder einem thermoplastischen Kunststoff besteht.coil spring (100, 100'). claim 8 , characterized in that the casing (11, 21) consists of an elastomer, a thermoplastic elastomer or a thermoplastic material. Schraubenfeder (100, 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung aus unidirektionalen Endlosfasern besteht, die sich unterbrechungsfrei zwischen den beiden Enden des Federdrahtes (10, 10', 10") erstrecken.Helical spring (100, 100') according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber reinforcement consists of unidirectional endless fibers which extend without interruption between the two ends of the spring wire (10, 10', 10"). Schraubenfeder (100, 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung aus unidirektionalen Endlosfasern, die mit einer oder mehreren Lagen aus gewickelten oder geflochtenen Fasern umgeben sind, besteht und sich die gesamte Faserverstärkung unterbrechungsfrei zwischen den beiden Enden des Federdrahtes (10, 10', 10") erstreckt.Coil spring (100, 100') according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the fiber reinforcement consists of unidirectional continuous fibers which are surrounded by one or more layers of wound or braided fibers and the entire fiber reinforcement extends without interruption between the two ends of the spring wire (10, 10', 10"). Schraubenfeder (100, 100') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Federende der Schraubenfeder (100') nach Anspruch 1 ausgebildet ist und ein zweites Federende der Schraubenfeder (100') zusätzlich das Merkmal des Anspruchs 2 aufweist, wobei sich das erste Federende und das zweite Federende unterscheiden.Coil spring (100, 100') according to one of the preceding claims, characterized in that a first spring end of the coil spring (100'). claim 1 is formed and a second spring end of the coil spring (100 ') additionally has the feature of claim 2 comprises, wherein the first spring end and the second spring end differ. Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder(100, 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend mindestens die folgenden Schritte: - Bereitstellen des Federdrahtes (10, 10', 10"), - Winden des Federdrahtes (10, 10', 10") in die angestrebte Federform, - Weiterverarbeitung des gewunden Federdrahtes (10, 10', 10") im unkonsolidierten oder teilkonsolidierten Zustand, wobei der Federdraht (10, 10', 10") im unkonsolidierten oder im erneut erweichten Zustand an den Endstücken in eine andere Querschnittsfläche (A1) und ggf. auch andere Querschnittsform gebracht wird, als der Federdraht (10, 10', 10") zwischen den Endstücken aufweist, - vollständige Konsolidierung des faserverstärkten Kunststoffmaterials des Federdrahtes (10, 10', 10") nach der Weiterverarbeitung.A method of manufacturing a helical spring (100, 100') according to any one of Claims 1 until 12 , having at least the following steps: - providing the spring wire (10, 10', 10"), - winding the spring wire (10, 10', 10") into the desired spring shape, - further processing of the coiled spring wire (10, 10', 10") in the unconsolidated or partially consolidated state, with the spring wire (10, 10', 10") being brought into a different cross-sectional area (A1) and possibly also a different cross-sectional shape than the spring wire in the unconsolidated or re-softened state at the end pieces (10, 10', 10") between the end pieces, - complete consolidation of the fiber-reinforced plastic material of the spring wire (10, 10', 10") after further processing. Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder (100, 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend mindestens die folgenden Schritte: - Bereitstellen des Federdrahtes (10, 10', 10"), - Winden des Federdrahtes (10, 10', 10") in die angestrebte Federform, - Weiterverarbeitung des gewundenen Federdrahtes (10, 10', 10") wobei der Federdraht (10, 10', 10") im Mittelteil der Schraubenfeder (100, 100') konsolidiert wird und die Endstücke im unkonsolidierten oder teilkonsolidierten Zustand verbleiben, - Umformen der Endstücke in eine andere Querschnittsfläche (A1) und ggf. auch andere Querschnittsform, - vollständiges Konsolidieren der umgeformten Endstücke.Method for producing a helical spring (100, 100') according to one of Claims 1 until 12 , having at least the following steps: - providing the spring wire (10, 10', 10"), - winding the spring wire (10, 10', 10") into the desired spring shape, - further processing of the coiled spring wire (10, 10', 10"), whereby the spring wire (10, 10', 10") is consolidated in the central part of the helical spring (100, 100') and the end pieces remain in the unconsolidated or partially consolidated state, - forming the end pieces into a different cross-sectional area (A1) and possibly .also other cross-sectional shape, - complete consolidation of the formed end pieces. Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder(100, 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei - das Faserverstärkungsmaterial in eine schlauchförmige Hülle (11, 21) eingebracht wird, - anschließend das Matrixmaterial in diese schlauchförmige Hülle (11, 21) eingeleitet wird, - nachfolgend eine Vernetzung des Matrixmaterials bis über einen Gelpunkt des Matrixmaterials erfolgt, - die schlauchförmige Hülle (11, 21) entfernt wird oder aber auf dem Federdraht (10, 10', 10") verbleibt, - der Federdraht (10, 10', 10") erwärmt und auf einen Formkern gewunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass - die Querschnittsfläche (A1) und ggf. auch die Querschnittsform des Übergangs- (B) und des Endbereichs (E) an einem oder beiden Enden des Federdrahtes (10, 10', 10") mittels eines speziellen Formwerkzeugs (210, 220, 230) so verändert wird, dass ein größerer Einfederweg entsteht, - das Matrixmaterial durch weiteres Erwärmen ausgehärtet wird.A method of manufacturing a helical spring (100, 100') according to any one of Claims 1 until 12 , wherein - the fiber reinforcement material is introduced into a tubular sleeve (11, 21), - the matrix material is then introduced into this tubular sleeve (11, 21), - the matrix material is then crosslinked to above a gel point of the matrix material, - the tubular Cover (11, 21) is removed or remains on the spring wire (10, 10', 10"), - the spring wire (10, 10', 10") is heated and wound onto a mandrel, characterized in that - the Cross-sectional area (A1) and possibly also the cross-sectional shape of the transition (B) and the end area (E) at one or both ends of the spring wire (10, 10', 10") using a special forming tool (210, 220, 230) as above is changed so that a greater deflection occurs, - the matrix material is hardened by further heating. Vorrichtung zur Herstellung einer Schraubenfeder (100, 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 12, enthaltend mindestens ein Formwerkzeug (210, 220, 230), dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (210, 220, 230) in seinem Inneren einen Hohlraum aufweist, in welchen ein zu verformender Endbereich (E) oder ein zu verformender Endbereich (E) und ein zu verformender Übergangsbereich (B) des zumindestens in diesen Bereichen unkonsolidierten Federdrahtes (10, 10', 10") einlegbar ist, wobei der Hohlraum die angestrebte Querschnittsfläche (A1) und ggf. auch angestrebte Querschnittsform des Endbereiches (E) oder des Endbereiches (E) und des Übergangsbereiches (B) abbildet.Device for producing a helical spring (100, 100') according to one of Claims 1 until 12 , containing at least one molding tool (210, 220, 230), characterized in that the molding tool (210, 220, 230) has a cavity in its interior, in which an end region (E) to be shaped or an end region (E) to be shaped and a transition area (B) to be deformed of the spring wire (10, 10', 10") that is unconsolidated at least in these areas can be inserted, the cavity having the desired cross-sectional area (A1) and possibly also the desired cross-sectional shape of the end area (E) or of the end area (E) and the transition area (B). Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (210, 220, 230) eine Temperiervorrichtung zum Beheizen oder Abkühlen des Formwerkzeuges (210, 220, 230) aufweist.device after Claim 16 , characterized in that the mold (210, 220, 230) has a temperature control device for heating or cooling the mold (210, 220, 230). Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (230) eine Kavität (235) zur Aufnahme des überschüssigen Matrixmaterials aufweist.device after Claim 16 or 17 , characterized in that the mold (230) has a cavity (235) for receiving the excess matrix material.
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