EP2934853A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung einer feder aus faserverbundwerkstoff - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur herstellung einer feder aus faserverbundwerkstoff

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Publication number
EP2934853A1
EP2934853A1 EP13831893.6A EP13831893A EP2934853A1 EP 2934853 A1 EP2934853 A1 EP 2934853A1 EP 13831893 A EP13831893 A EP 13831893A EP 2934853 A1 EP2934853 A1 EP 2934853A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
strand
spring
protective
laminate
plastic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13831893.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Hufenbach
Martin Lepper
Jens Werner
Christian KÖHLER
André BARTSCH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Federn und Stabilisatoren GmbH
Original Assignee
Leichtbau Zentrum Sachsen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leichtbau Zentrum Sachsen GmbH filed Critical Leichtbau Zentrum Sachsen GmbH
Publication of EP2934853A1 publication Critical patent/EP2934853A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/021—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by their composition, e.g. comprising materials providing for particular spring properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/02—Bending or folding
    • B29C53/12—Bending or folding helically, e.g. for making springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/024—Covers or coatings therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/04—Wound springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
    • F16F1/366—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers made of fibre-reinforced plastics, i.e. characterised by their special construction from such materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16F1/366—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers made of fibre-reinforced plastics, i.e. characterised by their special construction from such materials
    • F16F1/3665—Wound springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/774—Springs

Definitions

  • the invention relates to a process for producing an Fe ⁇ the group consisting of in which a formed from fibers of the server Fa ⁇ composite material and impregnated with a matrix material reclaimable Laminatstresti is formed into a spring geometry fiber composite material.
  • the invention relates to a device for performing the method, in particular for producing a spring from Fa ⁇ server composite material with a processing device for generation of a He ⁇ laminate strand formed of fibers and impregnated with a consoli ⁇ cash matrix material.
  • the invention also relates to a spring made of fiber composite ⁇ material.
  • bevels impregnated with matrix material are nested / rovings continuously. twisted into a fiber strand or wound on a flexible, strand-shaped spring core to form a fiber strand or hollow cross-section.
  • Such a method is known from DE 10 2011 018 217 AI ⁇ known.
  • the fibers are not impregnated during the winding process while on ⁇ wear on the spring core several times with a resin, thereby forming a wet, strand-like laminate and the strand-like laminate is subsequently wound on a mold having a geometry and size of the spring corresponding spiral ⁇ nut and consolidates , This aftertreatment to the curing of the spring takes place under the action of heat on the mold.
  • a major disadvantage of the aforementioned method is that both the equipment for the production itself as well as the form ⁇ tools are heavily contaminated by the leaking laminate / Rovingstrang.
  • the contamination of the helical grooves of the molding tools ⁇ lead to sticking of the laminate strand with the molding tool ⁇ and larger, undesired tolerances.
  • there is a high level of cleaning effort which leads to longer downtimes even after short production cycle times and thus does not allow process continuity.
  • the He ⁇ invention the object of providing a method and Vorrich ⁇ processing for producing a spring made of fiber composite material to provide that (s) the disadvantages of the prior art be ⁇ batht and in particular the production process so verbes ⁇ sert that higher production rates can be achieved.
  • the object is further achieved by a Vorrich ⁇ device for performing the method according to the features of claims 14 to 20.
  • a strand-shaped prefabricated product is formed by applying a formable protective jacket enclosing the laminate strand in a continuous application process.
  • the protective jacket on the moldable Lami ⁇ natstrang the subsequent forming process is facilitated compared to the previous methods in advantageous manner ⁇ .
  • the laminate strands impregnated with matrix material are completely enveloped and thus have a closed, smooth and dry surface.
  • the protective sheath is formed by extruding a melt of plastic or metal and continuous casting around the laminate strand.
  • the process enables a continuous coating process to produce a uniform
  • Protective layer around the laminate strands A completely enclose the Laminatstrhack ⁇ the protective jacket is natstrang by the continuous, circumferential casting the extruded melt to the laminating formed with a homogeneous surface.
  • the plastic used is a thermoplastic or a wax.
  • the plastic, dimensionally stable protective jacket has the advantage that the thus formed strand-shaped precursor behaves intrinsically stable during the forming process in the respective spring geometry on the mold and hardly needs to be fixed.
  • the molds for the forming process of the precursor in the respective spring geometry no consuming ⁇ ended guide grooves or grooves need.
  • the winding process of the precursor into the spring geometry can be carried out on a smooth mold ⁇ tool, the shape is maintained without necessary Nachar ⁇ works in high dimensional accuracy.
  • the molded precursor immediately after the winding process before the consolidation (hardening) removed from the forming tool and aftertreated in a separate curing or tempering ⁇ who. This simplifies and accelerates the forming process, he ⁇ höht the utilization of molds and enhances the Ferti ⁇ supply cycle.
  • the dispensability of the guide grooves on the mold ⁇ tool also reduces the cost of manufacturing the mold considerably.
  • the protective sheath can be correspondingly colored, whereby, for example, the recognizability or the distinctness of different laminate strands can be made possible.
  • the sheath is made of plastic for protecting ⁇ coat of metal has a low melting point metal alloy, for example, bismuth, is provided.
  • Ver ⁇ driving is vorgese ⁇ hen as a continuous application process, the protective jacket by a continuous, to form the Lami ⁇ natstrang molding enclosing and sealing a strip ⁇ materials from plastic or metal.
  • a strip material made of metal can be formed directly on it, for example, by continuous sliding of a thin sheet, which is thus adapted to the cross-sectional geometry of the laminate strand
  • the molded around the Laminatstrnature strip material is closed at closing ⁇ along its abutting in the longitudinal extension of Lami ⁇ natstrangs edge regions.
  • the sealing of a strip material made of metal can be effected at ⁇ example by welding by means of a Lasersch welleinrich ⁇ tung or by soldering, whereby the one hand, high stability and on the other hand a high tightness of the protective mantels ⁇ can be achieved.
  • an advantageous rod-shaped precursor having a moldable protective sheath with a closed, smooth and dry surface for further processing.
  • the band material is preferably an easily moldable and plastic material, such as an aluminum, steel or titanium thin sheet, provided with a plastic and formstabi ⁇ ler protective sheath is created with the advantages described above in the further processing of the precursor.
  • the precursor is particularly suitable for ei ⁇ ne cold forming means of a space and cost-saving formula element for the Freiformfederwickeln.
  • the strand-shaped intermediate product produced according to the previously described steps ge ⁇ cut according to an advantageous development of the method in rod sections having a defined length and the ends of rod sections in the composite are sealed with the protective jacket.
  • the ends of the rod sections are dipped to form a respective protective cap in a melt, which is preferably formed from plastic. This immersion process enables fast and reliable sealing of the rod-shaped precursors.
  • the closing of the ends of the sections can take place by plugging Stangenab- fit prefabricated Schutzkap ⁇ pen, which preferably consist of plastic.
  • the sealing or closure of the ends of the Stangenab ⁇ sections, in particular with protective caps according to the aforementioned embodiments, is particularly suitable not only to seal the cut surfaces, but also to close the fiber ends and the edge regions of the protective jacket of the precursor ⁇ and thus the Improve sealing effect.
  • a further embodiment of the method is pre ⁇ see that the protective jacket and / or the protective caps remain after the forming of the intermediate product and the consolidation of the mat ⁇ rixmaterials part of the springs.
  • the advantage of this embodiment is that each correspondingly shaped spring is reliably protected against wear, chipping and other mechanical and chemical Be transferun ⁇ gene and weathering.
  • the spring is preferably suitable for use in a off-road vehicle.
  • the protective jacket and / or the protective caps after forming the precursor, and consolidating the mat ⁇ rixmaterials by the spring to be removed can, for example mechanically, by cutting and Abzie ⁇ hen, or thermally, by melting the respective Ma terials removed.
  • this spring for use preferably in light ⁇ construction, for example in a sports car, is suitable.
  • the laminate strand is formed on a strand-shaped, malleable core element.
  • a moldable core element improves the formability and dimensional stability of the laminate strand for further processing.
  • the quality of the intermediate product in the processing and the quality of the manufactured springs can be influenced with a geziel ⁇ th choice of the moldable core element in the shape, size, Materi al variable and low.
  • the strand-like, malleable core element al auxiliary core is provided and consists of a fusible material ⁇ work, the core member can after curing of the spring ent removed, resulting in no loss to the spring action to a white ⁇ direct saving in weight.
  • the string-shaped, deformable core element is formed from a thermoplastic ⁇ plastic, titanium or aluminum.
  • the core element is formed plastically and dimensionally stable from ⁇ .
  • an apparatus for carrying out the method provides that the processing device is arranged downstream of the laminate strand in the transport direction of the laminate strand, an application unit for forming a protective jacket.
  • the application unit has an extruder with a casting mold surrounding the minatstrang for the continuous discharge and casting of a melt.
  • the application unit comprises a molding device having a enclosing the Laminatstrlind molding die for the continuous molding of a strip material and a joining ⁇ means for continuously sealing the Bandmateri ⁇ than on.
  • a preferred further development of the device provides a means to ⁇ cut to form slugs of the filamentary precursor before, which is arranged downstream of the application unit in the transport direction of the laminate strand.
  • a sealing device for closing the ends of the rod sections ⁇ is provided, which preferably has a dip tank with a melt.
  • An inexpensive embodiment of the device provides for forming the strand-shaped precursor in the spring geometry before a forming tool with a smooth-walled winding core, which is associated with a, preferably heatable, guide element.
  • a space and cost-saving design of the device provides a forming tool with a, preferably be ⁇ heated, mold element for free-form winding of the strand-shaped precursor into the spring geometry.
  • a spring which has a molded in the spring geometry of the spring, strand-like Kernele ⁇ element, a core element surrounding fibrous layer of Fa ⁇ server composite material and the fiber layer enclosing protective casing, the ends of the spring have caps.
  • a spring which has a formed from a fiber layer of a fiber composite, formed in the spring geometry of the spring, elongated hollow profile strand and a hollow profile strand enclosing protective jacket, wherein the ends of the spring have protective caps.
  • the spring according to the invention according to the above statements is in addition to the already mentioned advantages in particular ⁇ special by a low mass, high wear resistance and load capacity.
  • the production process according to the invention in combination with the associated apparatus for carrying out the process compared to the known production methods a Rei ⁇ hey of advantages, which are characterized in particular by a clean spring molding process due to dry Umformwerkzeu- ge, easy handling by dry and protected fancy ⁇ te preliminary products, good storability of the precursors, cost-effective favorable forming tool, better utilization of the molds, increasing the production rate and comprehensive protection of the products thus produced from external mechanical, chemical and weather influences.
  • the invention is in addition to the production of spring products on the production of other products of any size, cross-sections and type transferable.
  • 2, 2a-c is a simplified representation of a first section of a device according to the invention for
  • a simplified sectional view of a two- ⁇ th section of the device according to the invention a sectional view of an intermediate product with protective caps manufactured according to Fig. 3a, an exploded sectional view of Vorpro ⁇ dukts with prefabricated protective caps, a sectional view of the precursor, herge ⁇ presents Fig. 4a, a simplified representation of a third Ab ⁇ section of the device with a mold with winding core, a simplified representation of an alternative mold with a mold element for the free formfederwiekeln, a side view of an inventively Herge ⁇ spring and a sectional view of the spring of FIG. 7a.
  • a first portion of a erfindungsge ⁇ MAESSEN apparatus for manufacturing a spring 34 from Faserver ⁇ composite material according to a first embodiment is Darge ⁇ represents.
  • the first portion of the device comprises a Nasswi ⁇ ckel adopted 1 as a processing device 1 for the manufacture ⁇ development of an impregnated fiber strand (laminated strand) 2, an application unit 15 to form a protective shell 16, egg ⁇ ne conveyor unit 6 for propelling the laminate strand 2 and a cutting device.
  • the processing unit 1 for producing the laminate strand 2 has a take-off unit 3 with a supply roll 4, which is equipped with a flexible, strand-shaped spring core or core element 5 which is continuously conveyed by a conveyor unit 6. borrowed from the supply roll 4 is deducted.
  • the strand-shaped spring core 5 is made in the embodiment of plastic and has a round cross-section.
  • the withdrawn flexible spring core 5 is wetted by means of a first impregnation system 7 with a matrix material 8.
  • processing stations 9 are arranged in series, each consisting of a ring winding system 11 and a impregnation system 7 for impregnation of fibers 10 with
  • Matrix material 8 exist.
  • the respective ring winding system 11 is rotatable about its axis 12 and has a number of kon ⁇ concentrically arranged around the axis 12 Fadenklöppeln 13, of which respective winding threads or fibers 10 are unwound.
  • the fibers 10 are wound on the flexible strand-shaped spring core 5 to a Fa ⁇ serstrang 14 and soaked at the same time, whereby the ge ⁇ impregnated laminate strand 2 is formed as Faserpreform.
  • the application unit of the invention 15 Downstream of the wet-winding device 1 in the transport direction, the application unit of the invention 15 is provided in which the impregnated, wet Laminatstrnature 2 is enclosed with a Schutzman ⁇ tel sixteenth
  • the application unit 15 comprises an extruder 17 for applying a melt 18 made of plastic and the Laminatstrnature 2 closed at ⁇ imaging casting die 19, the circumferentially around the ang intelligentt Laminatstrnature 2 the melt 18th
  • the application unit 24 of Figure 2 comprises, according to the off ⁇ guide according to Figure 1, a molding device 25 for molding egg nes strip material 26 and a joining device 27 for locking the strip material close ⁇ 26th
  • the strip material 26 for example aluminum thin sheet, is provided in a width corresponding to the circumference of the laminate strand 2 on a roll 28. Via a feed, the strip material 26 is pulled together with the laminate strand 2 through a molding matrix 29 enclosing the laminate strand 2.
  • the strip material 26 is continuously, 29 corresponding to the continuously varying cross-sectional shape of the forming die (shown in Fig. 2a to 2c) formed and integrally formed along the Lami ⁇ natstrangs 2 around the latter until the L Lucasskan ⁇ th of the strip material are in contact 26 and the periphery the Lami ⁇ natstrangs 2 close.
  • the strand-shaped pre-product 20 provided with this protective sheath 16 is applied analogously to the first exemplary embodiment via the
  • FIG. 3a shows a sealing device with a dip tank 30, in which a melt 31, for example made of plastic, is located. The ends 23 of the rod sections 22 are immersed in the melt 31, wherein the liquid
  • Plastic envelops the respective ends 23 and after the hardening of the plastic ⁇ protective caps 32 according to the figure 3b forms.
  • FIGS. 5 and 6 each show a third section of the device according to the invention for producing the spring 34, which can be installed separately from the first and second sections of the device.
  • the shaping tool 36 is associated with a guide element 35 for the targeted feeding of the precursor product 20.
  • the molding tool 36 has a smooth-walled, here cylin ⁇ shaped winding core 37 which is rotatably mounted about an axis 38 and means for fixing the ends 23 of the pre-product 20 with thermoplastic protective jacket 16 has.
  • the guide element 35 is mounted vertically ver ⁇ slidable in association with the mold 36 along an axis 39 of the guide member 35.
  • the guide element 35 has a heatable receptacle 40.
  • the thermoplastic protective jacket 16 of the precursor 20 is made moldable by the introduction of temperature in order to be able to transfer the precursor 20 with the flexibility thus achieved into the spring geometry.
  • a helical shape to forming the guide ⁇ element is moved vertically 35 relative to the position of the rotating mold 36, whereby the pitch of the helix is determined by the advancement of the prepro- domestic product by the guide member 35 therethrough.
  • the heated intermediate product is formed around the winding core 37 around, and a spring ge with a defined spring shape forms ⁇ 34th
  • Protective jacket 16 again a dimensionally stable state and can therefore be removed before the consolidation of the winding core 37.
  • the mold 41 comprises a shaped element 42 for free-form winding, by means of which the precursor 20 is transferred with plastic, metallic protective jacket 16 by cold forming directly into the spring geometry.
  • the precursor 20 is pressed with appropriate propulsion ⁇ force against the mold element 42 with a given here, for example quarter-helix, whereby the Vorpro ⁇ dukt 20 20 deformed in a predetermined by the mold member 42 helical shape according to a shape and size of a spring 34 to be formed becomes.
  • Figures 7a and 7b show a spring 34 having a round cross-section ⁇ , which was made of a manufactured according to methods described above and in the associated device 20 with intermediate thermoplastic protective jacket.
  • FIG. 7 a shows the side view of the shaped spring 34, after which it was slightly pulled off the smooth-surfaced winding core 37.
  • springs 34 can be collected together for consolidation in a curing device, not shown ⁇ the.
  • Figure 7b shows the formed spring 34 of Figure 7a in egg ⁇ nem section AA from which the round cross section of the spring core 5, the 5 surrounding the fiber strand 14 and the ther ⁇ moplastische sheath 16 can be seen the spring core. After curing of the spring 34, the spring core 5 from
  • Plastic as needed, for example by a Ausschmelzver ⁇ drive removed.
  • the protective casing left on the spring 34, 16 it may alternatively be used for protection against mechanical or chemical Bean ⁇ spruchung of the spring 34, in particular as a protection against falling rocks or external weather conditions.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Feder aus Faserverbundmaterial, bei dem ein aus Fasern des Faserverbundwerkstoffs gebildeter und mit einem konsolidierbaren Matrixmaterial getränkter Laminatstrang in eine Federgeometrie umgeformt wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Es wird verfahrensseitig vorgeschlagen, dass vor dem Umformen des Laminatstrangs (2) ein strangförmiges Vorprodukt (20) gebildet wird, indem in einem kontinuierlichen Applikationsprozess ein den Laminatstrang (2) umschließender, formbarer Schutzmantel (16) aufgebracht wird. Es wird vorrichtungsseitig vorgeschlagen, dass der Bearbeitungseinrichtung (1) in Transportrichtung des Laminatstrangs (2) eine Applikationseinheit (15) zur Bildung eines Schutzmantels (16) um den Laminatstrang (2) nachgeordnet ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Feder aus Faserverbundwerkstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fe¬ der aus Faserverbundwerkstoff, bei dem ein aus Fasern des Fa¬ serverbundwerkstoffs gebildeter und mit einem konsolidierbaren Matrixmaterial getränkter Laminatsträng in eine Federgeometrie umgeformt wird.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere zur Herstellung einer Feder aus Fa¬ serverbundwerkstoff mit einer Bearbeitungseinrichtung zur Er¬ zeugung eines aus Fasern gebildeten und mit einem konsolidier¬ baren Matrixmaterial getränkten LaminatStrangs .
Die Erfindung betrifft außerdem eine Feder aus Faserverbund¬ werkstoff .
Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung einer Feder aus Faserverbundwerkstoff sind allgemein bekannt. Die derart her¬ gestellten Federn werden beispielsweise im Fahrzeugbau einge¬ setzt .
Zur Herstellung von Federn der genannte Art werden beispiels- weise mit Matrixmaterial getränkte Fase n/Rovings kontinuier- lieh zu einem Faserstrang verdrillt oder auf einen flexiblen, strangförmigen Federkern zur Bildung eines Faserstrangs mit oder Hohlquerschnitt aufgewickelt. Ein solches Verfahren ist aus der DE 10 2011 018 217 AI be¬ kannt. Die Fasern werden während des Wickelprozesses beim Auf¬ tragen auf den Federkern mehrfach mit einem Harz getränkt, wodurch ein nasses, strangförmiges Laminat gebildet und das strangförmige Laminat nachfolgend auf einem Formwerkzeug mit einer der Geometrie und Größe der Feder entsprechenden Wendel¬ nut aufgewickelt und konsolidiert wird. Diese Nachbehandlung bis zur Aushärtung der Feder erfolgt unter Wärmeeinwirkung auf dem Formwerkzeug. Ein wesentlicher Nachteil des vorgenannten Verfahrens besteht darin, dass durch den tropfenden Laminat-/Rovingstrang sowohl die Einrichtungen zur Herstellung selbst wie auch die Form¬ werkzeuge stark verschmutzt werden. Insbesondere die Verschmutzung der Wendelnuten der Formwerk¬ zeuge führen zu Verklebungen des LaminatStrangs mit dem Form¬ werkzeug und zu größeren, unerwünschten Toleranzen. Es besteht außerdem ein hoher Reinigungsaufwand, der bereits nach kurzen Fertigungszykluszeiten zu längeren Ausfallzeiten führt und so- mit keine Verfahrenskontinuität ermöglicht.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Er¬ findung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrich¬ tung zur Herstellung einer Feder aus Faserverbundwerkstoff zu schaffen, welche (s) die Nachteile des Standes der Technik be¬ seitigt und insbesondere den Fertigungsprozess derart verbes¬ sert, dass höhere Fertigungsraten erreicht werden.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Qualität und Anwen- dungsbreite einer Feder aus Faserverbundwerkstoff zu verbes¬ sern . Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach den Merkmalen gemäß dem Anspruch 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestal¬ tungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 13 be- schrieben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin durch eine Vorrich¬ tung zur Durchführung des Verfahrens nach den Merkmalen gemäß den Ansprüchen 14 bis 20 gelöst.
Die Aufgabe betreffs Verbesserung der Feder wird durch eine Feder gemäß den Ansprüchen 21 bis 23 gelöst.
Bei dem Verfahren geht die Erfindung davon aus, dass in einer Vorstufe zur Herstellung einer Feder aus Faserverbundwerkstoff ein mit einem konsolidierbaren Matrixmaterial getränkter Lami¬ natstrang erzeugt wird.
Erfindungsgemäß wird vor dem Umformen des derart gebildeten LaminatStrangs in die Federgeometrie ein strangförmiges Vor¬ produkt gebildet, indem in einem kontinuierlichen Applikati- onsprozess ein den Laminatsträng umschließender, formbarer Schutzmantel aufgebracht wird. Mit dem Aufbringen des formbaren Schutzmantels auf den Lami¬ natstrang wird gegenüber dem bisherigen Verfahren in vorteil¬ hafter Weise der nachfolgende Umformprozess erleichtert. Der mit Matrixmaterial getränkte Laminatsträng wird vollständig umhüllt und hat dadurch eine geschlossene, glatte und trockene Oberfläche.
Mit dem umhüllten LaminatStrangs ist ein strangförmiges Vor¬ produkt geschaffen, mit dem die bisher bemängelte Verunreini¬ gung der Einrichtungsteile der Folgeprozesse und der Formwerk- zeuge vermieden wird, und welches eine verklebungsfreie, tro¬ ckene Weiterverarbeitung oder Zwischenlagerung ermöglicht. Insbesondere wird der Umformprozess nicht mehr durch Verunrei¬ nigungen beeinträchtigt, wodurch ein dauerhafter Einsatz der Umformwerkzeuge ohne Reinigungsunterbrechungen ermöglicht wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist als kontinuierlicher Applikationsprozess vorgesehen, dass der Schutzmantel durch Extrudieren einer Schmelze aus Kunststoff oder Metall und kontinuierliches Angießen um den Laminatsträng gebildet wird. Das Verfahren ermöglicht einen kontinuierlichen Beschichtungsprozess zur Herstellung einer gleichmäßigen
Schutzschicht um den Laminatsträng . Durch das kontinuierliche, umfängliche Angießen der extrudierten Schmelze um den Lami- natstrang wird ein den Laminatsträng vollständig umschließen¬ der Schutzmantel mit homogener Oberfläche gebildet. Beispiels¬ weise lässt sich mit einer den Laminatsträng umschließenden Gießform, den der Laminatsträng durchfährt, die extrudierte Schmelze gleichmäßig über die Oberfläche des LaminatStrangs verteilen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist der eingesetzte Kunststoff ein Thermoplast oder ein Wachs. Damit entsteht ein plastischer, formstabiler Schutzmantel über dem Laminatsträng . Der plastische, formstabile Schutzmantel hat den Vorteil, dass das so gebildete strangförmige Vorprodukt sich beim Umformprozess in die jeweilige Federgeometrie auf dem Formwerkzeug eigenstabil verhält und kaum fixiert werden muss. Damit benötigen die Formwerkzeuge für den Umformprozess des Vorprodukts in die jeweilige Federgeometrie keine aufwän¬ digen Führungsrillen oder Führungsnuten. Der Wickelprozess des Vorprodukts in die Federgeometrie kann auf einem glatten Form¬ werkzeug erfolgen, wobei die Form ohne erforderliche Nachar¬ beiten in hoher Maßhaltigkeit erhalten bleibt.
Aufgrund der plastischen Eigenschaften des Schutzmantels kann das geformte Vorprodukt unmittelbar nach dem Wickelprozess vor der Konsolidierung (Härtung) vom Umformwerkzeug abgenommen und in einem gesonderten Härte- oder Temperofen nachbehandelt wer¬ den. Das vereinfacht und beschleunigt den Umformprozess, er¬ höht die Auslastung der Formwerkzeuge und steigert den Ferti¬ gungszyklus. Die Entbehrlichkeit der Führungsnuten am Form¬ werkzeug reduziert außerdem die Kosten für die Herstellung des Formwerkzeugs erheblich.
Durch den Einsatz von farblich unterschiedlichen Kunststoffen kann der Schutzmantel entsprechend farbig gestaltet werden, wodurch beispielsweise die Erkennbarkeit beziehungsweise die Unterscheidbarkeit verschiedener Laminatstränge ermöglicht werden kann.
Alternativ zur Ummantelung aus Kunststoff ist für den Schutz¬ mantel aus Metall eine niedrig schmelzende Metall-Legierung, beispielsweise Wismut, vorgesehen.
Auch mit diesem Material wird ein plastischer Schutzmantel von leichter und dauerhafter Formbarkeit mit den vorstehend be¬ schriebenen Vorteilen bei der Weiterverarbeitung des Vorpro¬ dukts geschaffen.
Gemäß einer vorteilhaften, alternativen Ausgestaltung des Ver¬ fahrens ist als kontinuierlicher Applikationsprozess vorgese¬ hen, den Schutzmantel durch ein kontinuierliches, den Lami¬ natstrang umschließendes Anformen und Verschließen eines Band¬ materials aus Kunststoff oder Metall zu bilden.
Ein Bandmaterial aus Metall kann beispielsweise durch kontinu- ierliches Gleit ziehbiegen eines Dünnbleches, das damit an die Querschnittsgeometrie des Laminatstrangs angepasst wird, di- rekt an diesen angeformt werden Das um den Laminatsträng angeformte Bandmaterial wird an¬ schließend entlang seiner in Längserstreckung des Lami¬ natstrangs aneinanderstoßenden Randbereiche verschlossen.
Das Verschließen eines Bandmaterials aus Metall kann bei¬ spielsweise durch Schweißen mittels einer Laserschweißeinrich¬ tung oder durch Löten erfolgen, wodurch einerseits eine hohe Stabilität sowie andererseits eine hohe Dichtheit des Schutz¬ mantels erreicht werden kann.
Im Ergebnis wird ebenfalls ein vorteilhaftes strangförmiges Vorprodukt mit einem formbaren Schutzmantel mit einer ge- schlossenen, glatten und trockenen Oberfläche zur Weiterbear- beitung geschaffen.
Als Bandmaterial ist vorzugsweise ein leicht formbarer und plastischer Werkstoff, wie ein Aluminium-, Stahl- oder Titan- Dünnblech, vorgesehen, mit dem ein plastischer und formstabi¬ ler Schutzmantel mit den vorstehend beschriebenen Vorteilen bei der Weiterverarbeitung des Vorprodukts geschaffen wird.
Aufgrund der besonderen Formstabilität des derartig gebildeten plastischen Schutzmantels ist das Vorprodukt besonders für ei¬ ne Kaltumformung mittels eines platz- und kostensparenden Formelements für das Freiformfederwickeln geeignet.
Das gemäß den vorher beschriebenen Schritten erzeugte strang- förmige Vorprodukt wird nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens in Stangenabschnitte mit definierter Länge ge¬ schnitten und die Enden der Stangenabschnitte im Verbund ,mit dem Schutzmantel versiegelt werden.
Die Versiegelung der Enden verhindert, dass an den Schnittflä¬ chen der Stangenabschnitte flüssiges Matrixmaterial austreten kann . Es wird ein allseitig verschlossenes, stangenförmiges Vorpro¬ dukt gebildet, das sehr leicht handhabbar und platzsparend, beispielsweise auf einer Palette, in einem Regal oder derglei¬ chen Lagereinrichtung, stapelbar ist und somit zur Zwischenla- gerung für eine spätere Verwendung geeignet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Enden der Stangenabschnitte zur Bildung jeweils einer Schutzkappe in eine Schmelze getaucht werden, die vorzugsweise aus Kunststoff gebildet ist. Dieser Tauchpro- zess ermöglicht schnelle und zuverlässige Versiegelung der stangenförmigen Vorprodukte.
Alternativ kann das Verschließen der Enden der Stangenab- schnitte durch Aufstecken passgenau vorgefertigter Schutzkap¬ pen erfolgen, die bevorzugt aus Kunststoff bestehen.
Die Versiegelung bzw. der Verschluss der Enden der Stangenab¬ schnitte, insbesondere mit Schutzkappen gemäß den vorgenannten Ausgestaltungen, ist insbesondere dazu geeignet, nicht nur die Schnittflächen abzudichten, sondern auch die Faserenden und die Randbereiche des Schutzmantels der Vorprodukts zu um¬ schließen und somit die Dichtwirkung zu verbessern. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorge¬ sehen, dass der Schutzmantel und/oder die Schutzkappen nach dem Umformen des Vorprodukts und dem Konsolidieren des Mat¬ rixmaterials Bestandteil der Federn bleiben. Der Vorteil bei dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die jeweils entsprechend geformte Feder sicher gegen Verschleiß, Steinschlag und andere mechanische und chemische Beanspruchun¬ gen sowie Witterungseinflüsse geschützt ist. Damit eignet sich die Feder bevorzugt für den Einsatz in einem Geländewa- gen. Alternativ zu der vorher genannten Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass der Schutzmantel und/oder die Schutzkappen nach dem Umformen des Vorprodukts und Konsolidieren des Mat¬ rixmaterials von der Feder entfernt werden. Der Schutzmantel kann beispielsweise mechanisch, durch Aufschneiden und Abzie¬ hen, oder auch thermisch, durch Abschmelzen des jeweiligen Ma terials, entfernt werden.
Wird der Schutzmantel entfernt, verringert sich ohne Verlust der Federwirkung die Masse beziehungsweise das Gewicht der Fe der, weshalb diese Feder für den Einsatz bevorzugt im Leicht¬ bau, beispielsweise in einem Sportwagen, geeignet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführung des Verfahrens ist vorgesehen dass der Laminatsträng auf einem strangförmigen, formbaren Kernelement gebildet wird.
Durch die Verwendung eines formbaren Kernelements wird die Formbarkeit und Formbeständigkeit des LaminatStrangs für die Weiterbearbeitung verbessert. Außerdem kann mit einer geziel¬ ten Wahl des formbaren Kernelements in Gestalt, Größe, Materi al die Qualität des Vorprodukts bei der Verarbeitung und die Qualität der gefertigten Federn variabel und günstig beein- flusst werden. Ist das strangförmige, formbare Kernelement al Hilfskern vorgesehen und besteht aus einem schmelzbaren Werk¬ stoff, kann das Kernelement nach der Aushärtung der Feder ent fernt werden, was ohne Verlust der Federwirkung zu einer wei¬ teren Gewichtseinsparung führt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass das strangförmige , formbare Kernelement aus einem thermo¬ plastischen Kunststoff, Titan oder Aluminium gebildet ist. Durch die Ausführung des Kernelements mit einem der genannten Werkstoffe wird das Kernelement plastisch und formstabil aus¬ gebildet. Dadurch wird die plastische Formbarkeit des Vorpro- dukts und eine formstabile Wicklung der Federform des Vorpro¬ dukts auf dem Formwerkzeug unterstützt.
Erfindungsgemäß sieht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vor, dass der Bearbeitungseinrichtung in Transport- richtung des LaminatStrangs eine Applikationseinheit zur Bil- dung eines Schutzmantels um den Laminatsträng nachgeordnet ist .
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung, weist die Applikationseinheit einen Extruder mit einer den minatstrang umschließenden Gießmatrize zum kontinuierlichen Ausbringen und Angießen einer Schmelze auf.
Gemäß einer vorteilhaften, alternativen Ausführungsform der Vorrichtung weist die Applikationseinheit eine Formeinrichtung mit einer den Laminatsträng umschließenden Formmatrize zum kontinuierlichen Anformen eines Bandmaterials und einer Füge¬ einrichtung zum kontinuierlichen Verschließen des Bandmateri¬ als auf.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Vorrichtung sieht eine Zu¬ schnitteinrichtung zur Bildung von Stangenabschnitten des strangförmigen Vorprodukts vor, die der Applikationseinheit in Transportrichtung des LaminatStrangs nachgeordnet ist.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Vorrichtung ist eine Versiegelungseinrichtung zum Verschluss der Enden der Stangen¬ abschnitte vorgesehen, die vorzugsweise ein Tauchbecken mit einer Schmelze aufweist.
Eine kostengünstigen Ausgestaltung der Vorrichtung sieht zur Umformung des strangförmigen Vorprodukts in die Federgeometrie ein Umformwerkzeug mit einem glattwandigen Wickelkern vor, dem ein, vorzugsweise beheizbares, Führungselement zugeordnet ist. Alternativ sieht eine platz- und kostensparende Ausgestaltung der Vorrichtung ein Umformwerkzeug mit einem, vorzugsweise be¬ heizbaren, Formelement zum Freiformwickeln des strangförmigen Vorprodukts in die Federgeometrie vor.
Erfindungsgemäß ist eine Feder vorgesehen, welche ein in der Federgeometrie der Feder geformtes, strangförmiges Kernele¬ ment, eine das Kernelement umschließende Faserschicht aus Fa¬ serverbundwerkstoff und einen die Faserschicht umschließenden Schutzmantel aufweist, wobei die Enden der Feder Schutzkappen aufweisen .
Erfindungsgemäß ist ferner eine Feder vorgesehen, welche einen aus einer Faserschicht eines Faserverbundwerkstoffs gebilde- ten, in die Federgeometrie der Feder geformten, länglichen Hohlprofilstrang und einen den Hohlprofilstrang umschließenden Schutzmantel aufweist, wobei die Enden der Feder Schutzkappen aufweisen .
Gemäß einer weiterbildenden Ausgestaltung der erfindungsgemä¬ ßen Feder bestehen der Schutzmantel, das strangförmige Kern¬ element, der Hohlprofilstrang und/oder die Schutzkappen aus Kunststoff oder Metall.
Die erfindungsgemäße Feder nach den vorstehenden Ausführungen zeichnet sich neben den bereits vorerwähnten Vorteilen insbe¬ sondere durch eine geringe Masse, hohe Verschleißfestigkeit und Belastbarkeit aus.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren in Kombination mit der zugehörigen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergeben gegenüber den bekannten Herstellungsmethoden eine Rei¬ he von Vorteilen, die sich insbesondere auszeichnen durch ein sauberes Federformverfahren aufgrund trockener Umformwerkzeu- ge, einfaches Handling durch trocken und geschützt ausgebilde¬ te Vorprodukte, gute Lagerfähigkeit der Vorprodukte, kosten- günstige Umformwerkzeug, bessere Auslastung der Formwerkzeuge, Erhöhung der Fertigungsrate und umfassenden Schutz der derart hergestellten Erzeugnisse vor äußeren mechanischen, chemischen und Witterungs-Einflüssen.
Die Erfindung ist neben der Herstellung von Federerzeugnissen auch auf die Herstellung anderen Erzeugnisse beliebiger Größe, Querschnitte und Art übertragbar.
Diese und weitere aus den Patentansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale können jeweils für sich oder in Kombination als vor¬ teilhafte Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht sein, für die hier Schutz beansprucht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungs¬ beispielen näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zei¬ gen :
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines ersten Ab¬ schnitts einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Feder nach einem ersten Ausfüh rungsbeispiel ,
Fig. 2, 2a-c eine vereinfachte Darstellung eines ersten Ab- Schnitts einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Herstellung einer Feder nach einem zweiten Aus¬ führungsbeispiel, eine vereinfachte Schnittdarstellung eines zwei¬ ten Abschnitts der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eine Schnittdarstellung eines Vorprodukts mit Schutzkappen, hergestellt nach Fig. 3a, eine Explosions-Schnittdarstellung eines Vorpro¬ dukts mit vorgefertigten Schutzkappen, eine Schnittdarstellung des Vorprodukts, herge¬ stellt nach Fig. 4a, eine vereinfachte Darstellung eines dritten Ab¬ schnitts der Vorrichtung mit einem Formwerkzeug mit Wickelkern, eine vereinfachte Darstellung eines alternativen Formwerkzeugs mit einem Formelement für das Frei formfederwiekeln, eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß herge¬ stellte Feder und eine Schnittansicht der Feder nach Fig. 7a.
In der Figur 1 ist ein erster Abschnitt einer erfindungsge¬ mäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Feder 34 aus Faserver¬ bundwerkstoff nach einem ersten Ausführungsbeispiel darge¬ stellt .
Der erste Abschnitt der Vorrichtung umfasst eine Nasswi¬ ckeleinrichtung 1 als Bearbeitungseinrichtung 1 zur Herstel¬ lung eines getränkten Faserstrangs (LaminatStrangs ) 2 , eine Applikationseinheit 15 zur Bildung eines Schutzmantels 16, ei¬ ne Fördereinheit 6 für den Vortrieb des LaminatStrangs 2 und eine Zuschnitteinrichtung.
Die Bearbeitungseinheit 1 zur Herstellung des LaminatStrangs 2 weist eine Abzugseinheit 3 mit einer Vorratsrolle 4 auf, die mit einem flexiblen, strangförmigen Federkern bzw. Kernelement 5 bestückt ist, welcher von einer Fördereinheit 6 kontinuier- lieh von der Vorratsrolle 4 abgezogen wird. Der strangförmige Federkern 5 besteht im Ausführungsbeispiel aus Kunststoff und weist einen runden Querschnitt auf. Der abgezogene flexible Federkern 5 wird mittels eines ersten Tränkungssystems 7 mit einem Matrixmaterial 8 benetzt.
Daran anschließend, sind mehrere Bearbeitungsstationen 9 in Reihe angeordnet, die jeweils aus einer Ringwickelanlage 11 und einem Tränkungssystem 7 zur Tränkung von Fasern 10 mit
Matrixmaterial 8 bestehen. Die jeweilige Ringwickelanlage 11 ist um ihre Achse 12 drehbar und weist eine Anzahl von kon¬ zentrisch um die Achse 12 angeordneten Fadenklöppeln 13 auf, von denen jeweils Wickelfäden bzw. Fasern 10 abgewickelt wer- den.
Mittels dieser Nasswickeleinrichtung 1 werden die Fasern 10 auf den flexiblen strangförmigen Federkern 5 zu einem Fa¬ serstrang 14 gewickelt und zugleich getränkt, wodurch der ge¬ tränkter Laminatsträng 2 als Faserpreform gebildet wird.
Der Nasswickeleinrichtung 1 in Transportrichtung nachgeordnet ist die erfindungsgemäße Applikationseinheit 15 vorgesehen, in der der getränkte, nasse Laminatsträng 2 mit einem Schutzman¬ tel 16 umschlossen wird.
Die Applikationseinheit 15 umfasst nach diesem ersten Ausfüh¬ rungsbeispiel einen Extruder 17 zum Ausbringen einer Schmelze 18 aus Kunststoff und eine den Laminatsträng 2 geschlossen um¬ gebende Gießmatrize 19, die die Schmelze 18 umfänglich um den Laminatsträng 2 angießt.
Mittels der Fördereinheit 6, die den Laminatsträng 2 konti¬ nuierlich durch den Extruder 17 mit der Gießmatrize 19 zieht, wird in einem kontinuierlichen Applikationsprozess ein den ge- tränkten Laminatsträng 2 vollständig umschließender Schutz¬ mantel 16 in einer definierten Dicke aus Kunststoff gebildet. Wird, wie im Ausführungsbeispiel vorgesehen, ein thermoplasti¬ scher Kunststoff appliziert, entsteht ein plastischer, form¬ stabiler Schutzmantel 16 aus Thermoplast.
Wird beispielsweise Gummi oder ein Elastomer auf diese Weise appliziert, entsteht insbesondere ein elastischer Schutz¬ mantel 16 um den flexiblen Laminatsträng 2. Der Schutzmantel 16 verhindert in vorteilhafter Weise, dass im Nachgang während nachfolgender Bearbeitungsschritte das aufge¬ brachte Tränkungsmittel 8 abtropft und verläuft, wodurch Rei¬ nigungsunterbrechungen wegen Verunreinigung von Vorrichtungs¬ teilen nachfolgenden Vorrichtungsabschnitten, insbesondere der nachfolgenden Umformwerkzeuge 36, 41, vermieden werden.
Nach dem Aufbringen des Kunststoffs auf den Laminat sträng 2 und Abkühlen desselben ist das mit dem Schutzmantel 16 ver¬ sehene strangförmige Vorprodukt 20 gebildet, das über die För- dereinheit 6 abgezogen und in einer Zuschnitteinrichtung 21 in definierten Längen zu Stangenabschnitten 22 mit jeweiligen En¬ den 23 geschnitten wird.
Die Enden 23 werden anschließend mit hier nicht dargestellten Schutzkappen 32, 33 verschlossen, wodurch allseits geschlosse¬ ne Stangenabschnitte 22 gebildet sind, die als Vorprodukte 20 für die weitere Bearbeitung besonders gut lagerfähig und hand¬ habbar sind. In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2 weist der erste Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Her¬ stellung der Feder 34 eine alternative Applikationseinheit 24 auf . Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend nur die sich gegenüber dem ersten Abschnitt der Vorrichtung nach der Figur 1 unterscheidenden Merkmale und Bauteile beschrieben. Gleiche Bauteile mit gleicher Funktion haben dieselben Bezugs¬ zeichen .
Die Applikationseinheit 24 nach Figur 2 umfasst gemäß der Aus¬ führung nach Figur 1 eine Formeinrichtung 25 zum Anformen ei- nes Bandmaterials 26 und eine Fügeeinrichtung 27 zum Ver¬ schließen des Bandmaterials 26.
Das Bandmaterial 26, beispielsweise Aluminium-Dünnblech, wird in einer Breite entsprechend des Umfangs des LaminatStrangs 2 auf einer Rolle 28 bereitgestellt. Über eine Zuführung wird das Bandmaterial 26 gemeinsam mit dem Laminatsträng 2 durch eine den Laminatsträng 2 umschließende Formmatrize 29 gezogen. Das Bandmaterial 26 wird dabei kontinuierlich, entsprechend der stetig veränderlichen Querschnittsform der Formmatrize 29 (gezeigt in Fig. 2a bis 2c) umgeformt und entlang des Lami¬ natstrangs 2 um diesen herum angeformt, bis sich die Längskan¬ ten des Bandmaterials 26 berühren und den Umfang des Lami¬ natstrangs 2 schließen. Die aneinander stoßenden Längskanten des Bandmaterials 26 wer¬ den mittels einer sich anschließenden Fügeeinrichtung 27 durchgängig verbunden, die gemäß dem Ausführungsbeispiel mit¬ tels einer Laserschweißeinrichtung 27 verschweißt werden. Es entsteht ein rohrförmiger, den getränkten Laminatsträng 2 vollständig und dicht umschließender, plastischer und form¬ stabiler Schutzmantel 16 aus Aluminium-Dünnblech.
Das mit diesem Schutzmantel 16 versehene strangförmige Vorpro- dukt 20 wird analog dem ersten Ausführungsbeispiel über die
Fördereinheit 6 abgezogen und in der nachgeordneten Zuschnit- teinrichtung 21 in definierten Längen zu Stangenabschnitten 22 geschnitten .
Alternativ zu den beschriebenen Applikationsprozessen können andere Werkstoffe, Werkzeuge und Applikationsschritte vorgese¬ hen sein, die zur Bildung eines in axialer Erstreckung des La¬ minatstrangs 2 vollumfänglichen Schutzmantels 16 geeignet sind . Die in Stangenabschnitte 22 geschnittenen Vorprodukte, die mit dem Schutzmantel 16 aus Thermoplast nach dem ersten Ausfüh¬ rungsbeispiel bzw. mit dem Schutzmantel 16 aus Aluminium- Dünnblech nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgestattet sind, werden in einem zweiten Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den Figuren 3a, 3b und 4a, 4b an ihren Enden 23 versiegelt.
Die Figur 3a zeigt eine Versiegelungseinrichtung mit einem Tauchbecken 30, in der sich eine Schmelze 31, beispielsweise aus Kunststoff, befindet. Die Enden 23 der Stangenabschnitte 22 werden in die Schmelze 31 getaucht, wobei der flüssige
Kunststoff die jeweiligen Enden 23 umhüllt und nach der Aus¬ härtung des Kunststoffs Schutzkappen 32 gemäß der Figur 3b bildet .
Nach den Darstellungen in den Figuren 4a und 4b werden mittels einer alternativen Versiegelungsmethode auf die Enden 23 vor¬ gefertigte Schutzkappen 33 aufgesteckt, die beispielsweise aus Kunststoff oder Metall bestehen.
Sowohl die durch Tauchen hergestellten wie auch die vorgefer¬ tigten Schutzkappen 32, 33 bilden einen tropfsicheren Ver¬ schluss der Schnittflächen des jeweiligen Stangenabschnitts 22 des Vorprodukts 20. Mit der Versiegelung werden allseitig ge- schlossene, stangenförmige Vorprodukte 20 für eine vorteilhaf- te Weiterbearbeitung, Lagerung oder Transport zur Fertigstel¬ lung von Federendprodukten bereitgestellt.
In den Figuren 5 und 6 ist jeweils ein dritter Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung der Feder 34 dargestellt, der separat zum ersten und zweiten Abschnitt der Vorrichtung aufgestellt sein kann. Der dritte Abschnitt nach Fig. 5 weist entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ein Formwerkzeug 36 auf, das der Umformung des Vorprodukts 20 mit thermoplastischem Schutzmantel dient, welches gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 her¬ gestellt wurde. Dem Formwerkzeug 36 ist ein Führungselement 35 zur gezielten Zuführung des Vorprodukts 20 zugeordnet.
Das Formwerkzeug 36 weist einen glattwandigen, hier zylin¬ derförmigen Wickelkern 37 auf, der um eine Achse 38 drehbar gelagert ist und Mittel zur Fixierung der Enden 23 des Vorpro- dukts 20 mit thermoplastischem Schutzmantel 16 aufweist.
Das Führungselement 35 ist in Zuordnung zum Formwerkzeug 36 entlang einer Achse 39 des Führungselements 35 vertikal ver¬ schiebbar gelagert.
Das Führungselement 35 weist eine beheizbare Aufnahme 40 auf. Der thermoplastischen Schutzmantel 16 des Vorprodukts 20 wird durch den Temperatureintrag formbar gemacht, um das Vorprodukt 20 mit der dadurch erreichten Flexibilität in die Federgeomet- rie überführen zu können.
Entsprechend einer zu bildenden Wendelform wird das Führungs¬ element 35 relativ zur Position des rotierenden Formwerkzeugs 36 vertikal verfahren, wodurch mit dem Vorschub des Vorpro- dukts durch das Führungselement 35 hindurch die Steigung der Wendel bestimmt wird. Durch die Rotation des Wickelkerns 37 um die Achse 38 sowie dem vertikalen Verfahren des Führungselements 35 entlang der Achse 39 wird das erwärmte Vorprodukt um den Wickelkern 37 herum geformt und eine Feder 34 mit definierter Federform ge¬ bildet .
Nach dem Abkühlen der Feder 34 weist der thermoplst ische
Schutzmantel 16 erneut einen formstabilen Zustand auf und kann daher noch vor der Konsolidierung vom Wickelkern 37 entfernt werden .
In der Figur 6 ist alternativ ein entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildetes Formwerkzeug 41 dargestellt, das vorzugsweise der Umformung des Vorprodukts 20 mit metalli¬ schem Schutzmantel 16 dient, welches gemäß dem zweiten Ausfüh¬ rungsbeispiel nach Fig. 2 hergestellt wurde. Das Formwerkzeug 41 umfasst ein Formelement 42 zum Freiformwickeln, mittels dem das Vorprodukt 20 mit plastischem, metallischem Schutzmantel 16 durch Kaltumformung direkt in die Federgeometrie überführt wird. Das Vorprodukt 20 wird mit entsprechender Vortriebs¬ kraft gegen das Formelement 42 mit einer hier beispielsweise vorgegebenen Viertel-Wendelnut gedrückt, wodurch das Vorpro¬ dukt 20 in eine durch das Formelement 42 vorgegebene Wendel- form entsprechend einer zu formenden Geometrie und Größe einer Feder 34 umgeformt wird.
Die Figuren 7a und 7b zeigen eine Feder 34 mit rundem Quer¬ schnitt, die aus einem nach vorstehend beschriebenen Verfahren und in der zugehörigen Vorrichtung gefertigten Vorprodukt 20 mit thermoplastischem Schutzmantel hergestellt wurde.
Die Darstellung in der Figur 7a zeigt die Seitenansicht der geformten Feder 34, nach dem sie leicht vom glattflächigen Wi- ckelkern 37 abgezogen wurde. Mehrere dieser Federn 34 können zur Konsolidierung gemeinsam in eine nicht dargestellte Aushärteeinrichtung gesammelt wer¬ den . Die Figur 7b zeigt die geformte Feder 34 nach Figur 7a in ei¬ nem Schnitt A-A, aus dem der runde Querschnitt des Federkerns 5, der den Federkern 5 umgebende Faserstrang 14 und der ther¬ moplastische Schutzmantel 16 ersichtlich sind. Nach dem Aushärten der Feder 34 kann der Federkern 5 aus
Kunststoff bei Bedarf, beispielsweise durch ein Ausschmelzver¬ fahren, entfernt werden.
Damit entsteht eine nicht dargestellte Hohlprofilfeder aus Fa- serverbundwerkstoff mit einem Schutzmantel 16.
Ebenfalls kann nach dem Aushärten der Feder 34 bei Bedarf und im Interesse des Leichtbaus der Schutzmantel 16, beispielswei¬ se durch mechanisches Abziehen oder ein thermisches Abschmel- zen, entfernt werden.
Wird der Schutzmantel 16 auf der Feder 34 belassen, kann er alternativ dem Schutz vor mechanischer oder chemischer Bean¬ spruchung der Feder 34, insbesondere als Schutz vor Stein- schlag oder äußeren Witterungseinflüssen, dienen.
Bezugszeichenliste
1 Bearbeitungseinrichtung
2 Laminatsträng, getränkte Faserschicht
3 Abzugseinheit
4 Vorratsrolle
5 Federkern, Kernelement
6 Fördereinheit
7 Tränkungssystem
8 Matrixmaterial, Tränkungsmittel
9 Bearbeitungsstation
10 Faser
11 Ringwickelanlage
12 Achse
13 Fadenklöppel
14 Faserstrang
15 Applikationseinheit
16 Schutzmantel
17 Extruder
18 Schmelze
19 Gießmatrize
20 Vorprodukt
21 Zuschnitteinrichtung
22 Stangenabschnitt
23 Ende des Stangenabschnitts
24 Applikationseinheit
25 Formeinrichtung
26 Bandmaterial
27 Fügeeinrichtung, Laserschweißeinrichtung
28 Rolle
29 Formmatrize
30 Tauchbecken
31 Schmelze
32 Schutzkappe, getaucht
33 Schutzkappe, vorgefertigt
34 Feder
35 Führungselement
36 Umformwerkzeug
37 zylindrischer Wickelkern
38 Achse
39 Achse
40 beheizte Aufnahme
41 Umformwerkzeug
42 Formelement

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Feder aus Faserverbund¬ werkstoff, bei dem ein aus Fasern des Faserverbundwerk¬ stoffs gebildeter und mit einem konsolidierbaren Matrix¬ material getränkter Laminatsträng in eine Federgeometrie umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Um¬ formen des LaminatStrangs (2) ein strangförmiges Vorpro¬ dukt (20) gebildet wird, indem in einem kontinuierlichen Applikationsprozess ein den Laminatsträng (2) umschlie¬ ßender, formbarer Schutzmantel (16) aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel (16) durch Extrudieren einer Schmelze (18) aus Kunststoff oder Metall und kontinuierliches An¬ gießen der Schmelze (18) um den Laminatsträng (2) gebil¬ det wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Thermoplast oder ein Wachs ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall eine niedrig schmelzende Metall-Legierung ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel (16) durch ein kontinuierliches, den La¬ minatstrang (2) umschließendes Anformen und Verschließen eines Bandmaterials (26) aus Kunststoff oder Metall ge¬ bildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, das Bandmaterial (26) aus Aluminium-, Stahl- oder Titan- Dünnblech besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das strangförmige Vorprodukt (20) in einer definierten Länge in Stangenabschnitte (22) ge¬ schnitten wird und die Enden (23) der Stangenabschnitte (22) versiegelt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (23) der Stangenabschnitte (22) zur Bildung je¬ weils einer Schutzkappe (32) in eine Schmelze (31) ge¬ taucht werden, die vorzugsweise aus Kunststoff gebildet ist .
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (23) der Stangenabschnitte (22) durch jeweils eine vorgefertigte Schutzkappe (33), vorzugsweise beste¬ hend aus Kunststoff, verschlossen werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Schutzmantel (16) und/oder die Schutzkappen (32; 33) nach dem Umformen des Vorprodukts (20) und Konsolidieren des Matrixmaterials (8) Bestand¬ teil der Feder (34) bleiben.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Schutzmantel (16) und/oder die Schutzkappen (32; 33) nach dem Umformen des Vorprodukts (20) und Konsolidieren des Matrixmaterials (8) von der Feder (34) entfernt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge¬ kennzeichnet , dass der Laminatsträng (2) auf einem strang- förmigen, formbaren Kernelement (5) gebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das strangförmige , formbare Kernelement (5) aus einem thermoplastischen Kunststoff, Titan oder Aluminium gebil¬ det ist.
14. Vorrichtung zur Herstellung einer Feder aus Faserverbund¬ werkstoff mit einer Bearbeitungseinrichtung zur Erzeugung eines aus Fasern gebildeten und mit einem konsolidierba¬ ren Matrixmaterial getränkten LaminatStrangs , dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Bearbeitungseinrichtung (1) in Transportrichtung des LaminatStrangs (2) eine Applikati¬ onseinheit (15, 24) zur Bildung eines Schutzmantels (16) um den Laminatsträng (2) nachgeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
dass die Applikationseinheit (15) einen Extruder (17) mit einer den Laminatsträng (2) umschließenden Gießmatrize (19) zum kontinuierlichen Ausbringen und Angießen einer Schmelze (18) aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
dass die Applikationseinheit (24) eine Formeinrichtung (25) mit einer den Laminatsträng (2) umschließenden Form¬ matrize (29) zum kontinuierlichen Anformen eines Bandma¬ terials (26) und eine Fügeeinrichtung (27) zum kontinu¬ ierlichen Verschließen des Bandmaterials (26) aufweist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuschnitteinrichtung (21) zur Bildung von Stangenabschnitten (22) des strangförmigen Vorprodukts (20) vorgesehen ist, die der Applikationsein¬ heit (15) in Transportrichtung des LaminatStrangs (2) nachgeordnet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versiegelungseinrichtung zum Verschluss der En¬ den (23) der Stangenabschnitte (22) vorgesehen ist, die vorzugsweise einem Tauchbecken (30) mit einer Schmelze (31) aufweist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umformung des strangförmigen Vorprodukts (20) in eine Federgeometrie ein Umformwerk- zeug (36) mit einem glattwandigen Wickelkern (37) vorge¬ sehen ist, dem ein, vorzugsweise beheizbares, Führungs¬ element (35) zugeordnet ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umformung des strangförmigen Vorprodukts (20) in die Federgeometrie ein Umformwerkzeug
(41) mit einem, vorzugsweise beheizbaren, Formelement
(42) zum Freiformwickeln vorgesehen ist.
21. Feder aus Faserverbundwerkstoff, welche ein in der Feder¬ geometrie der Feder (34) geformtes, strangförmiges Kern¬ element (5), eine das Kernelement (5) umschließende Fa¬ serschicht (2) aus Faserverbundwerkstoff und einen die Faserschicht (2) umschließenden Schutzmantel (16) auf¬ weist, wobei die Enden (23) der Feder (34) Schutzkappen (32; 33) aufweisen.
22. Feder aus Faserverbundwerkstoff, welche einen aus einer Faserschicht (2) aus Faserverbundwerkstoff gebildeten, in die Federgeometrie der Feder (34) geformten, länglichen Hohlprofilstrang und einen den Hohlprofilstrang umschlie¬ ßenden Schutzmantel (16) aufweist, wobei die Enden (23) der Feder (34) Schutzkappen (32; 33) aufweisen.
23. Feder nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel (16), das strangförmige Kernelement (5), der Hohlprofilstrang und/oder die Schutzkappen (32; 33) aus Kunststoff oder Metall bestehen.
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