EP3568288A1 - Strand profile and method for producing a strand profile - Google Patents

Strand profile and method for producing a strand profile

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Publication number
EP3568288A1
EP3568288A1 EP18700155.7A EP18700155A EP3568288A1 EP 3568288 A1 EP3568288 A1 EP 3568288A1 EP 18700155 A EP18700155 A EP 18700155A EP 3568288 A1 EP3568288 A1 EP 3568288A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fibers
layers
extruded profile
layer structure
longitudinal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18700155.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gregor Daun
Christian KORFF
Jan Wucherpfennig
Diego Douglas D'AULIGNAC
Reinhard Jakobi
Helmut Schuermann
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.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of EP3568288A1 publication Critical patent/EP3568288A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/02Bending or folding
    • B29C53/12Bending or folding helically, e.g. for making springs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • B29C70/446Moulding structures having an axis of symmetry or at least one channel, e.g. tubular structures, frames
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00Springs
    • F16F1/36Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
    • F16F1/366Springs 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
    • F16F1/3665Wound springs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2309/00Use of inorganic materials not provided for in groups B29K2303/00 - B29K2307/00, as reinforcement
    • B29K2309/08Glass

Definitions

  • the present invention relates to an extruded profile and a method for producing an extruded profile.
  • metallic extruded profiles are bent in the form of a helical spring.
  • weight of bent strand profiles there is a need to reduce the weight of springs for motor vehicles, thereby reducing the weight of the vehicle as a whole, which in turn can reduce the vehicle's energy consumption and emissions.
  • Fiber-reinforced materials contain as essential components fibers as reinforcing material and a matrix system or
  • Matrix material in which the fibers are embedded is based on glass, carbon, aramid, polyacrylonitrile, polyester or polyamide.
  • Thermosetting polymers for example polyester resins, vinyl ester resins, polyurethane resins or epoxy resins, or thermoplastic polymers such as polyamides, polypropylenes or polyethylenes are usually used as the matrix system.
  • the fibers are unwound from bobbins, soaked in the matrix system or otherwise wetted, formed into the desired profile shape and cured.
  • the fibers themselves may form the profile shape or they may be applied to a base body. The procedure will
  • the fibers are also unrolled from bobbins and impregnated with the matrix system or otherwise wetted.
  • this is a discontinuous process in which a core or body to be coated rotates and the fibers are guided by an axial reciprocation on the workpiece and wound on this until the desired thickness of the fiber-plastic Layer is reached.
  • the so-called pull-winding method is a combination of pultrusion and filament winding process.
  • a strand-shaped workpiece is pulled through the plant while fiber coils rotate about the workpiece, the fibers are soaked or wetted, and the wetted fibers are deposited on the workpiece. It can the
  • the strand-shaped workpiece can be a preformed basic body, for example a tube, but it can also be made by fibers are formed, which are brought in a first stage, for example in the pultrusion in a profile shape.
  • Composite layers consist of fibers embedded in a polymer matrix.
  • the extruded profile produced in this way can optionally be encased.
  • the extruded profile can be bent, for example in the form of a helical spring.
  • DE 38 24 933 A1 discloses a tubular, twistable spring element high specific load capacity, consisting of at least two concentric nested tubular bodies, which are formed at an angle between 0 ° and 90 ° extending fibers, wires, rods or slats, wherein the winding direction of the
  • Tubular body is in opposite directions and the inner tube body expands in torsional load in addition to the rotation and the outer tube body contracts, and the two tube body support each other at least from a defined torsional load.
  • an insulating, limited elastic layer is arranged between the tubular bodies; Furthermore, both tubular bodies are connected at their ends with a common force introduction part.
  • EP 0 145 810 A1 discloses an elastic wave composed of a plurality of coaxial layers consisting of parallel fibers, the fibers
  • the shaft can be potted with plastic. In torsional stress all fibers of the shaft are subjected to tensile or compressive stress.
  • the fiber arrangement can be chosen so that the fiber load is almost the same everywhere regardless of the layer diameter.
  • EP 0 637 700 A2 discloses a spiral spring of carbon fiber reinforced synthetic resin having a spirally wound cord made of carbon fiber reinforced synthetic resin, the carbon fibers being inclined at ⁇ 30 ° to ⁇ 60 ° with respect to
  • Axis of the cord are aligned.
  • the ratio of the amounts of the carbon fibers A and B is 1.1 ⁇ A / B ⁇ 4.0, where A is the amount of carbon fibers aligned in the direction in which a compressive force is applied in the longitudinal direction of the fibers, and B is the amount of carbon fibers aligned in the direction in which a tensile force is exerted in the longitudinal direction of the fibers.
  • JP 2006-226327 A discloses a fiber-reinforced plastic
  • US 5,603,490 A discloses fiber-reinforced plastic springs with helical fiber winding and, more particularly, a cylindrical torsion bar or coil with a core that is either unreinforced, axially fiber reinforced or twisted fiber reinforced, and a continuous fiber reinforced composite wrap covering most or all of them Fibers spirally arranged around the core.
  • the core can be solid or hollow. The direction of the spiral winding is chosen to stress the fibers longitudinally when the spring is used as intended.
  • a cladding fiber pitch of about 55 ° is used with a weak and unreinforced core, while larger or smaller pitch angles are used only with cores of sufficient rigidity to withstand axial normal stress.
  • WO 2014/014481 A1 discloses a composite coil spring which has a
  • Screw body has a core and a plurality of fiber layers impregnated with a polymeric material.
  • the plurality of fiber layers are disposed about the core at different radial distances from the helical axis.
  • Each of the plurality of fiber layers extends around the helix axis at an acute angle to
  • Each of the plurality of fiber layers comprises a number of fibers which is a product of a common base number of fibers multiplied by a non-zero positive integer from a set of nonzero positive integers.
  • the positive nonzero integer of at least one of the plurality of fiber layers is different from the nonzero positive integer of at least one other of the plurality of fiber layers.
  • FR 2859735 A1 discloses a spring for motor vehicles comprising two or more layers of fibers wound in opposite directions around a core.
  • FR 2602461 A1 discloses a method for producing coil springs made of composite materials.
  • a basic idea of the present invention is based on the finding that the necessary weight of an extruded profile and in particular of a coil spring on the material side can be further reduced by using materials with a higher shear strength and a lower shear modulus.
  • a further basic idea of the present invention is to form the extruded profile with a thick-layered structure in which the fibers lie together in the pulling direction and the fibers in the compression direction, and in which there is a slight layerwise modulation of the fiber angle to the direction of extent within the fiber layers in the direction of tension and compression of the extruded profile by a mean angle.
  • the fibers are preferably outside in the pulling direction.
  • An inventive extruded profile has a profile cross-section and extends along an axis, which may possibly also be bent.
  • the direction of the axis is referred to as the longitudinal extension direction of the extruded profile.
  • the extruded profile comprises a first layer structure arranged around the longitudinal extension direction of the extruded profile and a second layer structure surrounding the first layer structure.
  • Layer construction comprises a first plurality of layers, wherein each layer of the first layer structure comprises a plurality of fibers.
  • the second layer construction comprises a second plurality of layers, each layer of the second layer structure comprising a plurality of fibers. The fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second
  • a plurality of layers each extend in the longitudinal extension directions of the fibers.
  • the longitudinal extension directions of the fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers are each to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle with an amount in a range of 30 ° to 60 °, and preferably in a range of 40 ° to 50 ° oriented.
  • the fibers of the first plurality of layers extend in such a way relative to the longitudinal direction of the extruded profile, that they are subjected to longitudinal pressure in the longitudinal directions of extension of the extruded profile under nominal torsional loading.
  • the fibers of the second plurality of layers extend in such a way relative to the longitudinal direction of the extruded profile, that they are claimed in the longitudinal direction of extension of the extruded profile in the longitudinal direction of extension of the extruded profile.
  • the longitudinal extension directions of the fibers of adjacent layers of the first plurality of layers differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 °, and more preferably 2 ° to 6 ° of each other.
  • the longitudinal extension directions of the fibers of adjacent layers of the second plurality of layers differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° of each other.
  • an extruded profile is to be understood as meaning a workpiece which is formed by unwinding fibers, impregnating the fibers with at least one matrix material and shaping the fibers into a predetermined profile.
  • the extruded profile is made in accordance with at least one fiber composite material.
  • the first layer structure and the second layer structure are made of produced different or identical fiber composites.
  • the extruded profile is in particular a workpiece produced by a pultrusion method, filament winding method or pull-winding method. However, it can also be made with another process such as winding preimpregnated fiber webs into tubes.
  • the workpiece may be pre-cut to a certain length, but it may also be present as a tubular fabric initially indefinite length.
  • the cross-sectional profile of the workpiece may be constant or variable over its length. The cross-sectional profile is limited only in that its greatest extent must be smaller than a cross-section of a through-hole of a
  • the workpiece can be hollow or compact.
  • a longitudinal direction of extension means an extension in a direction parallel to the longest dimension of the respective component, such as, for example, the axis of the extruded profile, which may possibly also be bent, or the direction of the fibers.
  • a layer is to be understood as meaning a uniform mass of areal extent with a specific thickness which is significantly smaller than the dimensions which form the areal extent.
  • a layer structure is understood to mean a design or a construction in which a plurality of layers are arranged one above the other or in which several layers are arranged one above the other.
  • a fiber is understood to mean a linear, flexible, elementary structure which consists of a pulp and has an outer fiber shape which is thin in relation to its length.
  • the fiber may be (quasi) endless or limited in length. Fibers can - without support by an enveloping matrix - in the longitudinal direction no compressive forces, but only absorb tensile forces, since they at
  • torsion means the effects of a force acting parallel to the base surface and tangential to the side surface of a body, which mainly turns the extruded profile about its longitudinal axis.
  • Extruded profile is designed to be loaded by torsion in this direction of rotation.
  • a structure for the extruded profile is proposed in which a first layer structure is surrounded to the outside by a second layer structure. Both the first layer structure and the second layer structure are made of several superimposed arranged layers formed. Each of the layers in turn has multiple fibers. Thus, the first layer structure is surrounded by the layers of the second
  • the turns or slopes of the fibers of the layers of the first layer structure differ from the turns or slopes to the fibers of the layers of the second layer structure.
  • the fibers of the layers of the first layer structure are right-ascending and the fibers of the layers of the second layer structure are left-increasing or reverse-oriented. Accordingly, instead of a so-called fine-layered structure in which the layers with fibers
  • a coarse-layered structure in which a first arrangement of layers with fibers of the same turn is provided one above the other, and then on this first arrangement a second arrangement of layers with fibers of the same turn is provided, wherein the turns of the Distinguish fibers of the first arrangement of the turns of the fibers of the second arrangement.
  • the orientations of the fibers of adjacent layers of the respective layer structure differ slightly from each other.
  • the fibers of the respective layers of the first layer structure are not oriented parallel to each other, but intersect at a very acute angle in a plan view of the layers.
  • the fibers of the respective layers of the second layer structure are not oriented parallel to each other, but intersect at a very acute angle in a plan view of the layers.
  • Such a structure acts to stop cracks.
  • the second layer structure may comprise more fibers than the first layer structure.
  • the second layer structure comprising more layers than the first layer structure, wherein the number of fibers per layer is identical.
  • the extruded profile is more resilient to torsion.
  • the number of fibers of the second plurality of layers is a factor of 1, 5 to 9, preferably 1, 5 to 4, more preferably 2 to 3 greater than the number of fibers of the first plurality of layers.
  • a particularly stress on torsion extruded profile is obtained.
  • the first plurality of layers and the second plurality of layers may have different fiber volume fractions.
  • the first plurality of layers may have a fiber volume fraction of 40% to 70% based on the volume of the first
  • Layers may have a fiber volume fraction of from 35% to 60% by volume of the second layer construction to accommodate the longitudinally tensioned fibers in To protect a relatively softer environment from the propagation of microcracks and anchorage by microcracks.
  • the fibers of the first plurality of layers may be embedded in a first matrix material.
  • the fibers of the second plurality of layers may be embedded in a second matrix material.
  • the second matrix material differs from the first matrix material.
  • the first matrix material has a high rigidity with a tensile modulus of more than 2.9 GPa to laterally support the longitudinally pressurized fibers, whereas the second matrix material has high toughness to longitudinally lower Train set fibers to stop possible microcracks.
  • a matrix material is to be understood as meaning any material which is suitable for fixing the fibers in their position after being deposited.
  • Thermosetting polymers for example polyester resins, are usually used as the matrix material.
  • Vinylesterharze polyurethane resins or epoxy resins, or thermoplastic polymers such as polyamides, polypropylenes or polyethylenes are used, which are preferably high
  • the fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers may be impregnated with different impregnating agents when the first
  • Layer structure of the second layer structure is separated by a layer for the impregnation impermeable layer from each other.
  • a layer for the impregnation impermeable layer acts to stop cracks, so that a possible crack in the first layer structure can not spread to the second layer structure and vice versa.
  • an impregnating agent is basically to be understood as meaning any matrix material which is cured by curing, for example by
  • the impregnating agent in the context of the present invention, in particular a monomer or polymer-based liquid is used.
  • the impregnating agent can be a liquid matrix material during processing, such as, for example, a reactive, liquid thermoset system based on, for example, polyurethane, polyester, vinyl ester, epoxy resin, or a reactive thermoplastic system based on caprolactam, polyacrylic, or a thermoplastic - Melt be based on polypropylene, polyethylene, polyamide, for example.
  • the fibers of the second layer structure may be formed as rovings with a filament diameter which is smaller than a filament diameter of the fibers of the first layer structure, since thereby in the region of the longitudinal direction to train
  • a roving is to be understood as meaning a bundle, strand or multifilament yarn made of filaments arranged in parallel, that is, continuous filaments.
  • filaments produced from glass are preferably combined to form rovings, but other materials are also basically those in the art
  • the extruded profile may have a core on which the first layer structure is arranged.
  • the core may be an array of twisted fibers, a solid core, a jacketed solid core, a hollow core, or a jacketed hollow core.
  • a core is to be understood as meaning a component or element which is provided for depositing the fibers.
  • a core may be any component or element having a deposition surface on which fibers can be deposited.
  • the fibers are twisted together.
  • many types of cores can be used in the context of the present invention.
  • the cross section of the core is preferably circular, but may in principle be oval, elliptical, polygonal or polygonal with rounded corners.
  • a hollow core decreases in the
  • the first layer structure preferably consists of the first plurality of layers, and the second layer structure consists of the second plurality of layers. This specifies a particularly permanently stable extruded profile.
  • the extruded profile can be bent. Thus, a higher variety of shapes is achieved.
  • the extruded profile can be bent in the form of a helical spring.
  • a type of coil spring is permanently stable and of significantly less weight than coil springs made of metal or steel.
  • the pitch does not have to be constant over all turns of the coil spring, but may vary in different sections of the turns. For example, the pitch of the turns at the outer ends of the coil spring is smaller than in a central region of the coil spring.
  • the extruded profile can be designed as a clockwise-rotating compression spring or left-handed tension spring.
  • the longitudinal extension directions of the fibers are the first A plurality of layers oriented to the right longitudinal to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in a range of 40 ° to 50 ° and the longitudinal extension directions of the fibers of the second plurality of layers are left to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in one Range oriented from 40 ° to 50 °.
  • This combination of formation of the fibers in the first and second plurality of layers proves to be particularly good on torsion.
  • the extruded profile can be designed as a left-handed compression spring or right-handed tension spring.
  • the longitudinal extension directions of the fibers of the first plurality of layers are oriented left to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in a range of 40 ° to 50 ° and the longitudinal extension directions of the fibers of the second plurality of layers are right-handed to the longitudinal direction of the extruded profile oriented at an angle with an amount in a range of 40 ° to 50 °.
  • This combination of formation of the fibers in the first and second plurality of layers proves to be particularly good on torsion.
  • the fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers are glass fibers.
  • Such fibers are particularly easy to process and permanently stable or have a high fatigue strength.
  • a glass fiber is to be understood as meaning a long thin fiber made of glass. To produce thin threads are drawn from a glass melt.
  • An inventive method for producing an extruded profile preferably an extruded profile as described above according to the invention, comprises:
  • Longitudinal direction of the extruded profile are oriented at an angle in an amount in a range of 30 ° to 60 ° and preferably in a range of 40 ° to 50 °, wherein the fibers of the first plurality of layers so relatively extend to the longitudinal direction of the extruded profile, that they are subjected to longitudinal compressive stress in the longitudinal extension directions at nominal torsional load of the extruded profile, wherein the fibers of the second plurality of layers extend relative to the longitudinal direction of the extruded profile that they at nominal torsional load of the extruded profile in their
  • a method for producing the extruded profile is proposed with a structure in which there is a core in the interior, which is surrounded in a direction outward by a first layer structure and then by a second layer structure.
  • Both the first layer structure and the second layer structure are formed from a plurality of layers arranged one above the other. Each of the layers in turn has multiple fibers.
  • the core is outwardly surrounded first by the layers of the first layer structure and then by the layers of the second layer
  • the turns or slopes of the fibers of the layers of the first layer structure differ from the turns or slopes to the fibers of the layers of the second layer structure.
  • the fibers of the layers of the first layer structure are right-ascending and the fibers of the layers of the second layer structure are left-increasing or reverse-oriented. Accordingly, instead of a so-called fine-layered structure in which the layers with fibers
  • a coarse-layered structure in which a first arrangement of layers with fibers of the same turn is provided one above the other, and then on this first arrangement a second arrangement of layers with fibers of the same turn is provided, wherein the turns of the Distinguish fibers of the first arrangement of the turns of the fibers of the second arrangement.
  • the orientations of the fibers of adjacent layers of the respective layer structure differ slightly from each other.
  • the fibers of the respective layers of the first layer structure are not oriented parallel to each other, but intersect at a very acute angle in a plan view of the layers.
  • the fibers of the respective layers of the second layer structure are not oriented parallel to each other, but intersect at a very acute angle in a plan view of the layers.
  • Such a structure acts to stop cracks. If the core is removed, the weight of the extruded profile is further reduced. If the core remains, this can stabilize the extruded profile.
  • the second layer structure may be formed with more fibers than the first layer structure. Accordingly, more tensile, rather than compressive, fibers are provided. This can be realized by the second layer structure comprising more layers than the first layer structure, wherein the number of fibers per layer is identical. Alternatively, however, it is also possible to specifically vary the number of fibers per layer and / or the fiber volume fraction per layer. By such a structure, the extruded profile is more resilient to torsion. In other words, such a structure shifts the crack formation boundary toward higher torsion loads.
  • the number of fibers of the second plurality of layers may be greater than the number of fibers of the first plurality of layers by a factor of 1, 5 to 9, preferably 1, 5 to 4, particularly preferably 2 to 3. This is a particularly resilient to torsion
  • the first plurality of layers and the second plurality of layers may be formed with different fiber volume fractions, wherein the first plurality of layers has a fiber volume fraction of 40% to 70% based on the volume of the first layer structure, the second plurality of layers having a
  • Fiber volume fraction can also be slightly varied in order to match the carrying percentage of individual layers to each other.
  • the fibers of the first plurality of layers may be embedded in a first matrix material and the fibers of the second plurality of layers may be embedded in a second matrix material.
  • the second matrix material may differ from the first matrix material.
  • the first matrix material may have a high rigidity with a tensile modulus of more than 2.9 GPa, and the second matrix material may have a high toughness.
  • the fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers may be impregnated with a different impregnating agent when the first layer structure is separated from the second layer structure by a layer impermeable to the impregnating agent.
  • a layer acts to stop cracks, so that a possible crack in the first layer structure can not spread to the second layer structure and vice versa.
  • the fibers of the second layer construction may be formed as rovings having a filament diameter smaller than a filament diameter of the fibers of the first layer structure.
  • the core may be an array of twisted fibers, a solid core, a jacketed solid core, a hollow core, or a jacketed hollow core. In principle, many types of cores can be used in the context of the present invention.
  • the cross section of the extruded profile is preferably circular, but may be basically, oval, elliptical, polygonal or polygonal with rounded corners.
  • a hollow core reduces the weight compared to a solid core.
  • the first layer structure may consist of the first plurality of layers and the second layer structure may consist of the second plurality of layers. This specifies a particularly fatigue-resistant or fatigue-resistant extruded profile.
  • the fibers of the first layer structure and / or the fibers of the second layer structure can be arranged by means of filament winding or by means of pull-winding. So that the fibers can be arranged very precisely aligned.
  • the method may further include bending the strand profile.
  • the method may further comprise bending the extruded profile in the form of a helical spring.
  • Such a type of coil spring is highly durable or fatigue-proof and of significantly less weight than coil springs made of steel.
  • a ratio tan a ⁇ / ( ⁇ * D) is not greater than 0.22 and preferably not greater than 0.21.
  • the extruded profile may be formed as a right-handed compression spring or left-handed tension spring, wherein the longitudinal extension directions of the fibers of the first plurality of layers are oriented right-handed to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in the range of 40 ° to 50 °, wherein the longitudinal extension directions of Fibers of the second plurality of layers are oriented left to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in a range of 40 ° to 50 °.
  • This formation of the fibers in the first and in the second plurality of layers proves to be particularly good on torsion.
  • the extruded profile may be formed as a levorotatory compression spring or a clockwise directional spring, the longitudinal extension directions of the fibers of the first plurality of layers being oriented left to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in a range of 40 ° to 50 °, the longitudinal extension directions the fibers of the second plurality of layers right-handed to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in be oriented in a range of 40 ° to 50 °.
  • This formation of the fibers in the first and in the second plurality of layers proves to be particularly good on torsion.
  • the fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers are preferably glass fibers. Such fibers are particularly easy to process and have a high fatigue strength.
  • an extruded profile is proposed which is obtained or obtainable according to one of the methods described above. This makes it possible to produce the extruded profile with the advantages of the method described above.
  • the use of a previously described extruded profile is proposed as a spring in a chassis of a motor vehicle. This can be used in the motor vehicle, a spring that is relatively low in weight and yet operational.
  • FIG. 2 shows a side view of an extruded profile according to a first embodiment
  • FIGS. 3A to 3E each show a plan view of the first layer structure and examples of possible orientations of the fibers of the first layer structure
  • FIG. 4 shows a side view of an extruded profile according to a second embodiment
  • FIG. 5 shows a side view of an extruded profile according to a third embodiment
  • FIG. 6 shows a side view of an extruded profile according to a fourth embodiment
  • FIGS. 7A to 7D show various steps of a method for producing an extruded profile
  • FIG. 8 shows results for the shear modulus, the shear strength and the ratio of
  • FIG. 9 shows the transmittable shear stress T max as a function of tan a and.
  • Figure 10 shows the yieldable shear stress T max for two types of laminates in springs with similar profile and different chemistry for the materials used.
  • Figure 1 shows a side view of an extruded profile 10 which is bent in the form of a clockwise helical spring 12. Accordingly, the extruded profile 10 is wound in a clockwise direction about an axis of symmetry 14. For purposes of explanation, certain characteristics of the coil spring 12 are shown in FIG.
  • the coil spring 12 has a
  • the extruded profile 10 may be tubular and thus have an inner diameter d.
  • the coil spring 12 also has a pitch H, a spring diameter D and a pitch angle a.
  • the slope H is defined as the distance from centers of adjacent turns in a direction parallel to the axis of symmetry 14.
  • the spring diameter D is as a distance from centers of adjacent turns in a direction perpendicular to
  • Symmetry axis 14 defined.
  • the pitch angle a is defined as an angle between a center line 16 of the extruded profile 10 and a plane 18 perpendicular to the axis of symmetry 14.
  • FIG. 2 shows a side view of an extruded profile 10 according to a first embodiment of the present invention.
  • the extruded profile 10 is in the form of a clockwise
  • the coil spring 12 bent.
  • the coil spring 12 has a slope H, a
  • the coil spring 12 is a right-handed compression spring, as indicated by arrows 20.
  • the extruded profile 10 extends in a longitudinal extension direction 22. The extruded profile 10 has one around the
  • Layer structure 24 has a first plurality of layers 26, of which only one is indicated in FIG.
  • the first layer structure 24 preferably consists of the first plurality of layers 26.
  • Each layer 26 of the first layer structure 24 has a plurality of fibers 28.
  • the fibers 28 of the first plurality of layers 26 each extend in the longitudinal extension directions 30.
  • the longitudinal extension directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are each to the longitudinal extension direction 22 of the extruded profile 10 at an angle with an amount in the range of 30 ° 60 ° and preferably oriented in a range of 40 ° to 50 °.
  • the fibers 28 of the first plurality of layers 26 extend so relative to the longitudinal extension direction 22 of FIG.
  • the longitudinal extension directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are right-handed to the longitudinal extension direction 22 of FIG.
  • Extruded profile 10 at an angle with an amount in the range of 40 ° to 50 ° oriented.
  • the extruded profile 10 furthermore has a second layer structure 32 surrounding the first layer structure 24.
  • the second layer structure 32 has a second plurality of
  • the second layer structure 32 preferably consists of the second plurality of layers 34.
  • Each layer 34 of the second layer structure 32 has a plurality of fibers 36.
  • the plurality of layers 34 each extend in the longitudinal extension directions 38.
  • the longitudinal extension directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are each to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 at an angle in an amount in the range of 30 ° to 60 ° and preferably in a range of 40 ° to 50 ° oriented.
  • the fibers 36 of the second plurality of layers 34 extend in such a way relative to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 that they are subjected to longitudinal tension in the longitudinal directions of extension of the extruded profile 10 in the longitudinal direction of extension.
  • the first embodiment the
  • the second layer structure 32 comprises more fibers 36 than the first layer structure 24.
  • the number of fibers 36 of the second plurality of layers 34 is greater by a factor of 1.5 to 9, preferably 1.5 to 4, more preferably 2 to 3 the number of fibers 28 of the first plurality of layers 26.
  • the first plurality of layers 26 and the second plurality of layers 34 have different fiber volume fractions.
  • the first plurality of layers 34 has a fiber volume fraction of 50% to 70% relative to the volume of the first
  • Layer structure 24 and the second plurality of layers 34 has a
  • the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are embedded in a first matrix material.
  • the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are embedded in a second matrix material.
  • the second matrix material is optionally different from the first matrix material.
  • the first matrix material has a high rigidity with a tensile modulus of preferably more than 2.9 GPa and the second matrix material has a high toughness.
  • the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are impregnated with a first impregnating agent and the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are impregnated with a second impregnating agent.
  • the first layer structure 24 is optionally separated from the second layer structure 32 by a layer impermeable to the first impregnating agent and the second impregnating agent.
  • the first impregnating agent is different from the second impregnating agent.
  • the fibers 36 of the second layer structure 32 are formed as rovings having a filament diameter that is optionally smaller than a filament diameter of the fibers 28 of the first layer structure 24.
  • the extruded profile 10 may have a core on which the first
  • the core may be an array of twisted fibers, a Solid core, a sheathed solid core, a hollow core or a sheathed hollow core.
  • the core can remain in the finished workpiece or be removed.
  • the longitudinal directions 30 of the fibers 28 of adjacent layers 26 of the first plurality of layers 26 differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° from each other.
  • the longitudinal directions 38 of the fibers 36 of adjacent layers 34 of the second plurality of layers 34 differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 °. This will be explained below with reference to the first
  • Figures 3A to 3E each show a plan view of the first layer structure 24 and examples of possible orientations of the fibers 28 of the first layer structure 24. Shown by way of example only are a first layer 26a, a second layer 26b, and a third layer 26c of the first layer structure 24 in the order given
  • the first layer 26a has a first plurality of fibers 28a.
  • the second layer 26b has a second plurality of fibers 28b.
  • the third layer 26c has a third plurality of fibers 28c. Of the fibers 28a, 28b, 28c, only one is shown for reasons of clarity. Alternatively, in the case of only two layers, the fibers 28a and 28c may vary about an imaginary line of symmetry having the profile of the fiber 28b.
  • the second plurality of fibers 28b extend at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° clockwise to the first plurality of fibers 28a.
  • the third plurality of fibers 28c extend to the second plurality of fibers 28b at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° in the clockwise direction.
  • the second plurality of fibers 28b extend at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° counterclockwise to the first plurality of fibers 28a.
  • the third plurality of fibers 28c extend to the second plurality of fibers 28b at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° counterclockwise.
  • the second plurality of fibers 28b extend at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° clockwise to the first plurality of fibers 28a.
  • the third plurality of fibers 28c extend at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 °, and more preferably 2 ° to 6 ° counterclockwise, to the first plurality of fibers 28a.
  • the second plurality of fibers 28b extend at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 °, and more preferably 2 ° to 6 ° counterclockwise, to the first plurality of fibers 28a.
  • the third plurality of fibers 28c extend at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 °, and more preferably 2 ° to 6 ° clockwise, to the first plurality of fibers 28a.
  • FIG. 3E shows an arrangement in which the fibers 28a, 28c of each second layer 26a, 26c of the same layer structure 24 extend parallel to each other.
  • the fibers 28a, 28c overlap in the plan view of FIG. 3E.
  • FIG. 4 shows a side view of an extruded profile 10 according to a second
  • the extruded profile 10 is bent in the form of a left-handed helical spring 12.
  • the coil spring 12 is a left-handed compression spring, as indicated by arrows 20.
  • the second embodiment the
  • FIG. 5 shows a side view of an extruded profile 10 according to a third embodiment of the present invention.
  • the extruded profile 10 is bent in the form of a clockwise helical spring 12.
  • the coil spring 12 is a right-handed tension spring, as indicated by arrows 20.
  • the longitudinal extension directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are left-handed
  • Longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 at an angle with an amount in the range of 40 ° to 50 ° oriented.
  • the longitudinal extension directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are oriented right-hand to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 22 at an angle with an amount in a range of 40 ° to 50 °.
  • FIG. 6 shows a side view of an extruded profile 10 according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the extruded profile 10 is bent in the form of a left-handed helical spring 12.
  • the coil spring 12 is a left-handed tension spring, as indicated by arrows 20.
  • the longitudinal directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are oriented to the right longitudinal to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 at an angle with an amount in the range of 40 ° to 50 °.
  • the longitudinal directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are left-handed with respect to FIG.
  • Longitudinal direction 22 of the extruded profile 22 at an angle with an amount in the range of 40 ° to 50 ° oriented.
  • FIGS. 7A to 7D show different steps of the method.
  • a core 40 is first provided.
  • the core 40 extends to define the longitudinal extension direction 22 of the extruded profile 10 in a longitudinal direction.
  • the core 40 extends straight, for example.
  • the core 40 may be an array of twisted fibers, a solid core, a jacketed solid core, a hollow core, or a jacketed hollow core.
  • the core 40 is around the
  • Layer structure 24 has the first plurality of layers 26.
  • the first layer structure 24 consists of the first plurality of layers 26.
  • Each layer 26 of the first layer structure 24 has a plurality of fibers 28, of which only one is shown in FIG. 7B.
  • the fibers 28 can be arranged on the core 40, for example by means of filament winding.
  • the fibers 28 of the first plurality of layers 26 each extend in longitudinal directions 30.
  • the longitudinal directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are respectively to the longitudinal extension direction 22 of the extruded profile 10 at an angle in an amount in the range of 30 ° 60 ° and preferably oriented in a range of 40 ° to 50 °.
  • a plurality of layers 26 extend in such a way relative to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 that they are subjected to longitudinal compression under nominal torsional loading of the extruded profile 10 in their longitudinal extension directions 30.
  • the longitudinal extension directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are right-handed to the longitudinal extension direction 22 of FIG.
  • Extruded profile 10 at an angle with an amount in the range of 40 ° to 50 ° oriented.
  • the second layer structure 32 is arranged on the first layer structure 24 surrounding it.
  • the second layer structure 32 has the second plurality of layers 34.
  • the second layer structure 32 consists of the second plurality of layers 34.
  • Each layer 34 of the second layer structure 32 has a plurality of fibers 36, of which only one is shown in FIG. 7C.
  • the fibers 36 may be disposed on the first layer structure 24 by filament winding or pull-winding become.
  • the fibers 36 of the second plurality of layers 34 each extend in the longitudinal extension directions 38.
  • the longitudinal extension directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are each to the longitudinal extension direction 22 of the extruded profile 10 at an angle in an amount in the range of 30 ° 60 ° and preferably oriented in a range of 40 ° to 50 °.
  • the fibers 36 of the second plurality of layers 34 extend in such relative to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 that they at nominal torsional load of the extruded profile 10 in their
  • the longitudinal extension directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are left-handed to the longitudinal extension direction 22 of FIG.
  • Extruded profile 22 oriented at an angle with an amount in a range of 40 ° to 50 °.
  • the second layer structure 32 comprises more fibers 36 than the first layer structure 24.
  • the number of fibers 36 of the second plurality of layers 34 is greater by a factor of 1.5 to 9, preferably 1.5 to 4, more preferably 2 to 3 the number of fibers 28 of the first plurality of layers 26.
  • the first plurality of layers 26 and the second plurality of layers 34 may have different fiber volume fractions.
  • the first plurality of layers 34 has a fiber volume fraction of 40% to 70% based on the volume of the first layer structure 24 and the second plurality of layers 34 has one
  • the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are embedded in a first matrix material.
  • the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are embedded in a second matrix material.
  • the second matrix material may be different from the first matrix material.
  • the first matrix material may have a high rigidity and the second matrix material may have a high toughness.
  • the fibers 28 of the first plurality of layers 26 and the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are each impregnated with an impregnating agent.
  • the first layer structure 24 may be separated from the second layer structure 32 by a layer impermeable to the impregnant layer.
  • the impregnating agents may differ from each other.
  • the fibers 36 of the second layer structure 32 are formed as rovings having a filament diameter that may be smaller than a filament diameter of the fibers 28 of the first layer structure 24.
  • the longitudinal extension directions 30 of the fibers 28 of adjacent layers 26 of the first plurality of layers 26 differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° from each other.
  • the longitudinal extension directions 38 of the fibers 36 of adjacent layers 34 of the second plurality of layers 34 differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 °, and more preferably 2 ° to 6 °, as described above.
  • the core 40 be removed or remain in the first layer structure 24.
  • the extruded profile 10 is then bent.
  • the extruded profile 10 is bent, for example in the form of a clockwise-rotating coil spring 12, for example by means of a freeform tool.
  • the coil spring 12 is cured, which can be done with heat.
  • T M AX Increased shear stress at the inner circumference of a thick spring due to torsion and shear, calculated according to Waals
  • the deflection of the spring is calculated as
  • the spring constant is the local slope of the force as a function of the deflection:
  • the required shear modulus can be determined from the slope:
  • Laminate The laminate construction of the individual samples was fine-grained (F) or coarse (G) with different ratios of the fibers subjected to pressure in their longitudinal direction to the fibers loaded in their longitudinal direction.
  • fine-layered means an alternating arrangement of the layers of different directions of rotation and coarse-layer means that only a plurality of layers with fibers of the same direction of rotation and then a plurality of layers with fibers of opposite or deviating
  • Glass fiber was a roving weighing 2400 g / km (2400 tex).
  • System A consisted of the resin bisphenol A diglycidyl ether with 22 wt .-% butanediol diglycidyl ether and the hardener diethylmethylbenzene diamine in the mixing ratio 100: 26.
  • System B consisted of the resin bisphenol A diglycidyl ether with 22 wt.% Butanediol diglycidyl ether and the curing agent dicyanamide (56% by weight) + methylcyclohexyl-diamine (26% by weight) + 3,3 '- (4-methyl-1,3-phenylene) bis (1,1-dimethylurea), available under the trade name Uron Dyhard UR500, (18% by weight) in a mixing ratio of 100: 1 1.
  • the fiber mass fraction was calculated using the amount of glass material, core material, auxiliary materials used and the total weight of profiles for system A at 67% +/- 2% and for system B determined at 65% +/- 2%.
  • the spring bars were made with filament winding with 8 threads per layer with a multiple ring thread eye. Wrapped on a 7 mm steel core encased in a polyethylene hose with 10 mm outer diameter and 1 mm wall thickness, which has no significant effect on the strength and rigidity of the springs. The steel core was pulled after filament winding. The spring bars were placed on a tube of 80 mm
  • FIG. 8 gives the results thus determined for the shear modulus, the sustainable one
  • FIG. 9 shows the transmittable shear stress T max as a function of tan a.
  • Figure 9 shows that in a high pitch spring design, H is higher
  • Table 3 shows the comparison of shear strength and partly shear modulus for
  • Figure 10 shows the transmittable shear stress T max for two types of laminate in springs with a similar profile and different chemistry for the materials used. More precisely, in FIG. 10, the transmittable shear stress T max for an extruded profile in the form of
  • Standard laminate F (5/5) prepared with the chemistry according to systems A and B described above and for an extruded profile with a construction G according to the invention (3/7) prepared with the chemistry according to systems A and B described above.
  • the transmittable shear stress T max for the extruded profile with a construction G according to the invention (3/7) is higher than for the extruded profile in the form of standard laminate F (5/5), the chemistry used having a negligible influence the transmittable shear stress i max has.
  • the advantageous effect on the transmittable shear stress T max can be clearly seen on the basis of the present invention.

Abstract

What is proposed is a strand profile (10). The strand profile (10) extends in a direction of longitudinal extent (22), wherein the strand profile (10) has a first laminar structure (24) arranged around the direction of longitudinal extent (22) and a second laminar structure (32) surrounding the first laminar structure (24), wherein the first laminar structure (24) comprises a first plurality of layers (26), wherein each layer (26) of the first laminar structure (24) has multiple fibers (28), wherein the second laminar structure (32) comprises a second plurality of layers (34), wherein each layer (34) of the second laminar structure (32) has multiple fibers (36), wherein the fibers (28) of the first plurality of layers (26) and the fibers (36) of the second plurality of layers (34) respectively extend in directions of longitudinal extent (30, 38), wherein the directions of longitudinal extent (30) of the fibers (28) of the first plurality of layers (26) and of the fibers (36) of the second plurality of layers (34) are respectively oriented at an angle with a value in a range from 30° to 60°, and preferably in a range from 40° to 50°, relative to the direction of longitudinal extent (22) of the strand profile (10), wherein the fibers (28) of the first plurality of layers (26) extend relative to the direction of longitudinal extent (22) of the strand profile (10) such that, in the case of design torsion loading of the strand profile (10), they are loaded in longitudinal compression in their directions of longitudinal extent (30), wherein the fibers (36) of the second plurality of layers (34) extend relative to the direction of longitudinal extent (22) of the strand profile (10) such that, in the case of design torsion loading of the strand profile (10), they are loaded in longitudinal tension in their directions of longitudinal extent (38), wherein the directions of longitudinal extent (30) of the fibers (28) of adjacent layers (26) of the first plurality of layers (26) differ from one another by an angle with a value in a range from 0° to 10°, preferably 2° to 10° and more preferably 2° to 6°, wherein the directions of longitudinal extent (38) of the fibers (36) of adjacent layers (34) of the second plurality of layers (34) differ from one another by an angle with a value in a range from 0° to 10°, preferably 2° to 10° and more preferably 2° to 6°. Also proposed is a method for producing a strand profile (10).

Description

Strangprofil und Verfahren zum Herstellen eines Strangprofils  Extruded profile and method for producing an extruded profile
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strangprofil und ein Verfahren zum Herstellen eines Strangprofils. The present invention relates to an extruded profile and a method for producing an extruded profile.
In vielen technischen Bereichen kommen Strangprofile zum Einsatz. So werden Extruded profiles are used in many technical areas. So be
beispielsweise im kraftfahrzeugtechnischen Bereich metallische Strangprofile in Form einer Schraubenfeder gebogen. Es gibt jedoch Bedarf, das Gewicht von gebogenen Strangprofilen zu verringern. Beispielsweise besteht Bedarf das Gewicht von Federn für Kraftfahrzeuge zu verringern, um auf diese Weise das Gewicht des Fahrzeugs insgesamt zu verringern, was wiederum den Energieverbrauch und Schadstoffausstoß des Fahrzeugs reduzieren kann. For example, in the automotive field, metallic extruded profiles are bent in the form of a helical spring. However, there is a need to reduce the weight of bent strand profiles. For example, there is a need to reduce the weight of springs for motor vehicles, thereby reducing the weight of the vehicle as a whole, which in turn can reduce the vehicle's energy consumption and emissions.
Gewicht lässt sich beispielsweise durch die Verwendung faserverstärkter Werkstoffe, sogenannte Faserverbundwerkstoffe, verringern. Faserverstärkte Werkstoffe enthalten als wesentliche Komponenten Fasern als Verstärkungsmaterial und ein Matrixsystem bzw. Weight can be reduced, for example, by using fiber-reinforced materials, so-called fiber composites. Fiber-reinforced materials contain as essential components fibers as reinforcing material and a matrix system or
Matrixmaterial, in das die Fasern eingebettet sind. Typischerweise basieren die Fasern auf Glas, Kohlenstoff, Aramid, Polyacrylnitril, Polyester oder Polyamid. Als Matrixsystem kommen meist duroplastische Polymere, beispielsweise Polyesterharze, Vinylesterharze, Polyurethanharze oder Epoxidharze, oder thermoplastische Polymere wie Polyamide, Polypropylene oder Polyethylene zum Einsatz. Matrix material in which the fibers are embedded. Typically, the fibers are based on glass, carbon, aramid, polyacrylonitrile, polyester or polyamide. Thermosetting polymers, for example polyester resins, vinyl ester resins, polyurethane resins or epoxy resins, or thermoplastic polymers such as polyamides, polypropylenes or polyethylenes are usually used as the matrix system.
Zur Herstellung von faserverstärkten Strangprofilen sind verschiedene Verfahren bekannt. Beim typischen Strangziehverfahren (Pultrusionsverfahren) werden die Fasern von Spulen abgerollt, mit dem Matrixsystem getränkt oder anderweitig benetzt, in die gewünschte Profilform gebracht und ausgehärtet. Dabei können die Fasern selbst die Profilform bilden oder sie können auf einen Grundkörper aufgebracht werden. Das Verfahren wird Various processes are known for the production of fiber-reinforced extruded profiles. In the typical pultrusion process, the fibers are unwound from bobbins, soaked in the matrix system or otherwise wetted, formed into the desired profile shape and cured. The fibers themselves may form the profile shape or they may be applied to a base body. The procedure will
üblicherweise kontinuierlich durchgeführt, indem das durch die getränkten Fasern gebildete Werkstück kontinuierlich durch die Anlage gezogen wird. Beim so genannten Filamentwindingverfahren werden die Fasern ebenfalls von Spulen abgerollt und mit dem Matrixsystem getränkt oder anderweitig benetzt. Hierbei handelt es sich allerdings standardmäßig um ein diskontinuierliches Verfahren, bei dem ein zu ummantelnder Kern oder Grundkörper rotiert und die Fasern durch eine axiale Hin- und Herbewegung so lange auf das Werkstück geführt und auf dieses aufgewickelt werden, bis die gewünschte Dicke der Faser-Kunststoff-Schicht erreicht ist. Usually carried out continuously by the workpiece formed by the impregnated fibers is continuously pulled through the plant. In the so-called filament winding process, the fibers are also unrolled from bobbins and impregnated with the matrix system or otherwise wetted. By default, however, this is a discontinuous process in which a core or body to be coated rotates and the fibers are guided by an axial reciprocation on the workpiece and wound on this until the desired thickness of the fiber-plastic Layer is reached.
Das so genannte Pullwindingverfahren stellt eine Kombination des Strangziehens und Filamentwindingverfahrens dar. Ein strangförmiges Werkstück wird durch die Anlage gezogen, während Faserspulen um das Werkstück rotieren, die Fasern getränkt oder benetzt werden und die benetzten Fasern auf dem Werkstück abgelegt werden. Dabei kann dieThe so-called pull-winding method is a combination of pultrusion and filament winding process. A strand-shaped workpiece is pulled through the plant while fiber coils rotate about the workpiece, the fibers are soaked or wetted, and the wetted fibers are deposited on the workpiece. It can the
Benetzung auch erst auf dem Werkstück stattfinden Das strangförmige Werkstück kann ein vorgeformter Grundkörper sein, beispielsweise ein Rohr, es kann aber auch durch Fasern gebildet werden, die in einer ersten Stufe, beispielsweise im Strangziehverfahren in eine Profilform gebracht werden. Wetting also only take place on the workpiece The strand-shaped workpiece can be a preformed basic body, for example a tube, but it can also be made by fibers are formed, which are brought in a first stage, for example in the pultrusion in a profile shape.
Allgemein werden solche Strangprofile dadurch hergestellt, dass mehrere Schichten, die aus dem Verbundwerkstoff bestehen, um einen Kern gewickelt werden. Die In general, such extruded profiles are produced by winding several layers of composite material around a core. The
Verbundwerkstoffschichten bestehen aus Fasern, die in eine Polymermatrix eingebettet sind. Das so hergestellte Strangprofil kann optional ummantelt werden. Weiterhin kann das Strangprofil gebogen werden, beispielsweise in Form einer Schraubenfeder. Die DE 38 24 933 A1 offenbart ein rohrförmiges, tordierbares Federelement hoher spezifischer Belastbarkeit, bestehend aus zumindest zwei konzentrisch ineinander angeordneten Rohrkörpern, die aus in einem Winkel zwischen 0° und 90° verlaufenden Fasern, Drähten, Stäben oder Lamellen gebildet sind, wobei die Wickelrichtung der  Composite layers consist of fibers embedded in a polymer matrix. The extruded profile produced in this way can optionally be encased. Furthermore, the extruded profile can be bent, for example in the form of a helical spring. DE 38 24 933 A1 discloses a tubular, twistable spring element high specific load capacity, consisting of at least two concentric nested tubular bodies, which are formed at an angle between 0 ° and 90 ° extending fibers, wires, rods or slats, wherein the winding direction of the
Rohrkörper gegenläufig ist und der innere Rohrkörper sich bei Torsionsbelastung neben der Verdrehung aufweitet und sich der äußere Rohrkörper zusammenzieht, und die beiden Rohrkörper sich zumindest ab einer definierten Torsionsbelastung aneinander abstützen. Zwischen den Rohrkörpern ist eine isolierende, begrenzt elastische Schicht angeordnet; ferner sind beide Rohrkörper an ihren Enden mit je einem gemeinsamen Krafteinleitungsteil verbunden. Tubular body is in opposite directions and the inner tube body expands in torsional load in addition to the rotation and the outer tube body contracts, and the two tube body support each other at least from a defined torsional load. Between the tubular bodies an insulating, limited elastic layer is arranged; Furthermore, both tubular bodies are connected at their ends with a common force introduction part.
Die EP 0 145 810 A1 offenbart eine elastische Welle, die aus mehreren koaxialen Schichten aufgebaut ist, die aus parallel liegenden Fasern bestehen, wobei sich die Fasern EP 0 145 810 A1 discloses an elastic wave composed of a plurality of coaxial layers consisting of parallel fibers, the fibers
benachbarter Schichten miteinander kreuzen. Die Welle kann mit Kunststoff vergossen sein. Bei Torsionsbeanspruchung werden alle Fasern der Welle auf Zug oder Druck beansprucht. Die Faseranordnung kann so gewählt werden, dass die Faserbelastung unabhängig vom Schichtdurchmesser überall annähernd gleich groß ist. Cross adjacent layers with each other. The shaft can be potted with plastic. In torsional stress all fibers of the shaft are subjected to tensile or compressive stress. The fiber arrangement can be chosen so that the fiber load is almost the same everywhere regardless of the layer diameter.
Die EP 0 637 700 A2 offenbart eine Spiralfeder aus kohlenstofffaserverstärktem Kunstharz mit einer spiralig gewundenen Schnur, die aus kohlenstofffaserverstärktem Kunstharz besteht, wobei die Kohlenstoffasern in einem Winkel von ± 30 bis ± 60° in Bezug auf dieEP 0 637 700 A2 discloses a spiral spring of carbon fiber reinforced synthetic resin having a spirally wound cord made of carbon fiber reinforced synthetic resin, the carbon fibers being inclined at ± 30 ° to ± 60 ° with respect to
Achse der Schnur ausgerichtet sind. Das Verhältnis der Mengen der Kohlenstoffasern A und B ist 1 ,1 < A/B < 4,0, wobei A die Menge an Kohlenstofffasern ist, die in der Richtung ausgerichtet sind, in der in Längsrichtung der Fasern eine Kompressionskraft ausgeübt wird, und B die Menge an Kohlenstofffasern ist, die in der Richtung ausgerichtet sind, in der in Längsrichtung der Fasern eine Zugkraft ausgeübt wird. Axis of the cord are aligned. The ratio of the amounts of the carbon fibers A and B is 1.1 <A / B <4.0, where A is the amount of carbon fibers aligned in the direction in which a compressive force is applied in the longitudinal direction of the fibers, and B is the amount of carbon fibers aligned in the direction in which a tensile force is exerted in the longitudinal direction of the fibers.
Die JP 2006-226327 A offenbart eine aus faserverstärktem Kunststoff hergestellte JP 2006-226327 A discloses a fiber-reinforced plastic
Schraubenfeder, bei der das Federmaterial mehrere Schichten faserverstärkten Kunststoff mit einem Faserbündel aus Kohlenstofffaser oder Kohlenstofffaser mit Kunstharz imprägniert aufweist, die um einen geraden Kern in vorbestimmten Winkeln in der gleichen Richtung in Bezug auf die axiale Richtung des Kerns gewickelt sind. Die US 5,603,490 A offenbart faserverstärkte Kunststofffedern mit helikaler Faserwindung und genauer einen zylindrischen Torsionsstab oder eine spiralförmige Zug- oder Druckfeder mit einem Kern, der entweder unverstärkt, axial-faserverstärkt oder verdrillt faserverstärkt ist, und einer kontinuierlichen faserverstärkten Verbundhülle, die die meisten oder alle ihrer Fasern spiralförmig um den Kern angeordnet hat. Der Kern kann massiv oder hohl sein. Die Richtung der spiralförmigen Wicklung ist so gewählt, dass die Fasern in Längsrichtung unter Spannung gesetzt werden, wenn die Feder wie beabsichtigt verwendet wird. Eine A coil spring in which the spring material comprises a plurality of layers of fiber reinforced plastic impregnated with a fiber bundle of carbon fiber or carbon fiber resin impregnated around a straight core at predetermined angles in the same direction with respect to the axial direction of the core. US 5,603,490 A discloses fiber-reinforced plastic springs with helical fiber winding and, more particularly, a cylindrical torsion bar or coil with a core that is either unreinforced, axially fiber reinforced or twisted fiber reinforced, and a continuous fiber reinforced composite wrap covering most or all of them Fibers spirally arranged around the core. The core can be solid or hollow. The direction of the spiral winding is chosen to stress the fibers longitudinally when the spring is used as intended. A
Mantelfaser-Windungssteigungswinkel von etwa 55 ° wird mit einem schwachen und unverstärkten Kern verwendet, während größere oder kleinere Steigungswinkel nur mit Kernen ausreichender Steifigkeit verwendet werden, um Axial-Normalspannung zu widerstehen. A cladding fiber pitch of about 55 ° is used with a weak and unreinforced core, while larger or smaller pitch angles are used only with cores of sufficient rigidity to withstand axial normal stress.
Die WO 2014/014481 A1 offenbart eine Verbundwerkstoffschraubenfeder, die einen WO 2014/014481 A1 discloses a composite coil spring which has a
Schraubenkörper aufweist, der sich entlang einer Wendelachse erstreckt. Der Has screw body which extends along a helix axis. Of the
Schraubenkörper weist einen Kern und eine Mehrzahl von Faserschichten auf, die mit einem Polymermaterial imprägniert sind. Die Mehrzahl von Faserschichten ist um den Kern in unterschiedlichen radialen Abständen von der Wendelachse angeordnet. Jede der Mehrzahl von Faserschichten erstreckt sich um die Wendelachse in einem spitzen Winkel zur Screw body has a core and a plurality of fiber layers impregnated with a polymeric material. The plurality of fiber layers are disposed about the core at different radial distances from the helical axis. Each of the plurality of fiber layers extends around the helix axis at an acute angle to
Faserachse. Jede der Mehrzahl von Faserschichten umfasst eine Anzahl von Fasern, die ein Produkt aus einer gemeinsamen Basisanzahl von Fasern multipliziert mit einer positiven ganzen Zahl ungleich Null aus einem Satz von positiven ganzen Zahlen ungleich Null ist. Die positive ganze Zahl ungleich Null von mindestens einer der mehreren Faserschichten unterscheidet sich von der positiven ganzen Zahl ungleich Null von mindestens einer anderen der Mehrzahl von Faserschichten. Fiber axis. Each of the plurality of fiber layers comprises a number of fibers which is a product of a common base number of fibers multiplied by a non-zero positive integer from a set of nonzero positive integers. The positive nonzero integer of at least one of the plurality of fiber layers is different from the nonzero positive integer of at least one other of the plurality of fiber layers.
Die FR 2859735 A1 offenbart eine Feder für Kraftfahrzeuge, die zwei oder mehr Schichten von Fasern aufweist, die in entgegengesetzten Richtungen um einen Kern gewickelt sind. FR 2859735 A1 discloses a spring for motor vehicles comprising two or more layers of fibers wound in opposite directions around a core.
Die FR 2602461 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Schraubenfedern, die aus Verbundwerkstoffen hergestellt sind. FR 2602461 A1 discloses a method for producing coil springs made of composite materials.
Trotz der durch die bekannten Strangprofile und Verfahren zu deren Herstellung bewirkten Vorteile besteht nach wie vor ein Verbesserungsbedarf. Insbesondere besteht Bedarf, das Gewicht bei im Übrigen identischen oder sogar verbesserten qualitativen Eigenschaften weiter zu verringern. Despite the advantages brought about by the known extruded profiles and methods for their production, there is still a need for improvement. In particular, there is a need to further reduce the weight with otherwise identical or even improved qualitative properties.
Es stellt sich daher die Aufgabe, bekannte Strangprofile und Verfahren zur Herstellung von Strangprofilen dahingehend weiterzubilden, dass die Strangprofile eine erhöhte It is therefore the task of developing known extruded profiles and methods for producing extruded profiles to the effect that the extruded profiles increased
Dauerfestigkeit und einen verringerten Schubmodul aufweisen. Fatigue strength and have a reduced shear modulus.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Strangprofil und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das notwendige Gewicht eines Strangprofils und insbesondere einer Schraubenfeder auf der Materialseite weiter verringert werden kann durch Einsatz von Materialien mit einer höheren Schubfestigkeit und einem geringeren Schubmodul. Ein weiterer Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, das Strangprofil mit einem dickschichtigen Aufbau auszubilden, bei dem die Fasern in Zugrichtung und die Fasern in Druckrichtung jeweils zusammen liegen, und bei dem es innerhalb der Faserschichten in Zugrichtung und Druckrichtung eine leichte lagenweise Modulation des Faserwinkels zur Erstreckungsrichtung des Strangprofils um einen mittleren Winkel gibt. Bevorzugt liegen die Fasern in Zugrichtung außen. This object is achieved by an extruded profile and a method having the features of the independent claims. Advantageous developments are specified in the dependent claims. A basic idea of the present invention is based on the finding that the necessary weight of an extruded profile and in particular of a coil spring on the material side can be further reduced by using materials with a higher shear strength and a lower shear modulus. A further basic idea of the present invention is to form the extruded profile with a thick-layered structure in which the fibers lie together in the pulling direction and the fibers in the compression direction, and in which there is a slight layerwise modulation of the fiber angle to the direction of extent within the fiber layers in the direction of tension and compression of the extruded profile by a mean angle. The fibers are preferably outside in the pulling direction.
Ein erfindungsgemäßes Strangprofil weist einen Profilquerschnitt auf und erstreckt sich entlang einer Achse, die ggf. auch gebogen sein kann. Die Richtung der Achse wird als Längserstreckungsrichtung des Strangprofils bezeichnet. Das Strangprofil umfasst einen um die Längserstreckungsrichtung des Strangprofils angeordneten ersten Schichtaufbau und einen den ersten Schichtaufbau umgebenden zweiten Schichtaufbau. Der erste An inventive extruded profile has a profile cross-section and extends along an axis, which may possibly also be bent. The direction of the axis is referred to as the longitudinal extension direction of the extruded profile. The extruded profile comprises a first layer structure arranged around the longitudinal extension direction of the extruded profile and a second layer structure surrounding the first layer structure. The first
Schichtaufbau umfasst eine erste Mehrzahl von Schichten, wobei jede Schicht des ersten Schichtaufbaus mehrere Fasern aufweist. Der zweite Schichtaufbau umfasst eine zweite Mehrzahl von Schichten, wobei jede Schicht des zweiten Schichtaufbaus mehrere Fasern aufweist. Die Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten und die Fasern der zweiten Layer construction comprises a first plurality of layers, wherein each layer of the first layer structure comprises a plurality of fibers. The second layer construction comprises a second plurality of layers, each layer of the second layer structure comprising a plurality of fibers. The fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second
Mehrzahl von Schichten erstrecken sich jeweils in Längserstreckungsrichtungen der Fasern. Die Längserstreckungsrichtungen der Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten und der Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten sind jeweils zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 30° bis 60° und bevorzugt in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Die Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten erstrecken sich derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils, dass sie bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils in ihren Längserstreckungsrichtungen auf Längsdruck beansprucht sind. Die Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten erstrecken sich derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils, dass sie bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils in ihren Längserstreckungsrichtungen auf Längszug beansprucht sind. Die Längserstreckungsrichtungen der Fasern benachbarter Schichten der ersten Mehrzahl von Schichten unterscheiden sich um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander. Die Längserstreckungsrichtungen der Fasern benachbarter Schichten der zweiten Mehrzahl von Schichten unterscheiden sich um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander.  A plurality of layers each extend in the longitudinal extension directions of the fibers. The longitudinal extension directions of the fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers are each to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle with an amount in a range of 30 ° to 60 °, and preferably in a range of 40 ° to 50 ° oriented. The fibers of the first plurality of layers extend in such a way relative to the longitudinal direction of the extruded profile, that they are subjected to longitudinal pressure in the longitudinal directions of extension of the extruded profile under nominal torsional loading. The fibers of the second plurality of layers extend in such a way relative to the longitudinal direction of the extruded profile, that they are claimed in the longitudinal direction of extension of the extruded profile in the longitudinal direction of extension of the extruded profile. The longitudinal extension directions of the fibers of adjacent layers of the first plurality of layers differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 °, and more preferably 2 ° to 6 ° of each other. The longitudinal extension directions of the fibers of adjacent layers of the second plurality of layers differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° of each other.
Unter einem Strangprofil ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Werkstück zu verstehen, das durch Abwickeln von Fasern, Tränken der Fasern mit mindestens einem Matrixmaterial und Formen der Fasern zu einem vorbestimmten Profil gebildet ist. Das Strangprofil ist entsprechend aus mindestens einem Faserverbundwerkstoff hergestellt. Beispielsweise sind der erste Schichtaufbau und der zweite Schichtaufbau aus unterschiedlichen oder identischen Faserverbundwerkstoffen hergestellt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das Strangprofil insbesondere ein durch ein Strangziehverfahren, Filamentwindingverfahren oder Pullwindingverfahren hergestelltes Werkstück. Es kann aber auch mit einem anderen Prozess wie zum Beispiel dem Aufwickeln von vorimprägnierten Fasergelegen zu Rohren hergestellt werden. Das Werkstück kann vorab auf eine bestimmte Länge zugeschnitten sein, es kann aber auch als Schlauchware in zunächst unbestimmter Länge vorliegen. Das Querschnittsprofil des Werkstücks kann über seine Länge konstant oder variabel sein. Beschränkt ist das Querschnittsprofil lediglich dadurch, dass seine größte Ausdehnung kleiner sein muss als ein Querschnitt einer Durchgangsbohrung einer In the context of the present invention, an extruded profile is to be understood as meaning a workpiece which is formed by unwinding fibers, impregnating the fibers with at least one matrix material and shaping the fibers into a predetermined profile. The extruded profile is made in accordance with at least one fiber composite material. For example, the first layer structure and the second layer structure are made of produced different or identical fiber composites. In the context of the present invention, the extruded profile is in particular a workpiece produced by a pultrusion method, filament winding method or pull-winding method. However, it can also be made with another process such as winding preimpregnated fiber webs into tubes. The workpiece may be pre-cut to a certain length, but it may also be present as a tubular fabric initially indefinite length. The cross-sectional profile of the workpiece may be constant or variable over its length. The cross-sectional profile is limited only in that its greatest extent must be smaller than a cross-section of a through-hole of a
Vorrichtung zum Herstellen des Strangprofils. Das Werkstück kann hohl oder kompakt sein. Device for producing the extruded profile. The workpiece can be hollow or compact.
Unter einer Längserstreckungsrichtung ist im Rahmen der vorliegenden eine Erstreckung in einer Richtung parallel zur längsten Abmessung des jeweiligen Bauteils zu verstehen, wie beispielsweise der Achse des Strangprofils, die ggf. auch gebogen sein kann, oder der Richtung der Fasern. In the context of the present invention, a longitudinal direction of extension means an extension in a direction parallel to the longest dimension of the respective component, such as, for example, the axis of the extruded profile, which may possibly also be bent, or the direction of the fibers.
Unter einer Schicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine einheitliche Masse von flächenhafter Ausdehnung mit einer bestimmten Dicke zu verstehen, die deutlich kleiner als die die flächenhafte Ausdehnung bildenden Abmessungen ist. In the context of the present invention, a layer is to be understood as meaning a uniform mass of areal extent with a specific thickness which is significantly smaller than the dimensions which form the areal extent.
Unter einem Schichtaufbau ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Ausbildung oder ein Aufbau zu verstehen, bei der oder bei dem mehrere Schichten übereinander angeordnet sind. Unter einer Faser ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein lineares, flexibles, elementares Gebilde zu verstehen, das aus einem Faserstoff besteht und eine äußere Faserform hat, die im Verhältnis zu ihrer Länge dünn ist. Die Faser kann (quasi-) endlos oder längenbegrenzt sein. Fasern können - ohne Abstützung durch eine umhüllende Matrix - in Längsrichtung keine Druckkräfte, sondern nur Zugkräfte aufnehmen, da sie bei In the context of the present invention, a layer structure is understood to mean a design or a construction in which a plurality of layers are arranged one above the other or in which several layers are arranged one above the other. For the purposes of the present invention, a fiber is understood to mean a linear, flexible, elementary structure which consists of a pulp and has an outer fiber shape which is thin in relation to its length. The fiber may be (quasi) endless or limited in length. Fibers can - without support by an enveloping matrix - in the longitudinal direction no compressive forces, but only absorb tensile forces, since they at
Druckbelastung knicken. Kick pressure load.
Unter Torsion sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Auswirkungen einer parallel zur Grundfläche und tangential zur Seitenfläche eines Körpers wirkenden Kraft zu verstehen, die das Strangprofil hauptsächlich um seine Längsachse verdreht. In the context of the present invention, torsion means the effects of a force acting parallel to the base surface and tangential to the side surface of a body, which mainly turns the extruded profile about its longitudinal axis.
Unter Soll-Torsionsbelastung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Under target torsional load is in the context of the present invention, a
beanspruchungsgerechte Belastung des Strangprofils durch Torsion zu verstehen. Mit anderen Worten wirkt die Belastung durch Torsion in einer Drehrichtung, für die das To understand stress load of the extruded profile by torsion. In other words, the torsional load acts in a direction of rotation for which the
Strangprofil ausgelegt ist, durch Torsion in dieser Drehrichtung belastet zu werden. Extruded profile is designed to be loaded by torsion in this direction of rotation.
Entsprechend wird ein Aufbau für das Strangprofil vorgeschlagen, bei dem ein erster Schichtaufbau nach außen hin von einem zweiten Schichtaufbau umgeben ist. Sowohl der erste Schichtaufbau als auch der zweite Schichtaufbau ist aus mehreren übereinander angeordneten Schichten ausgebildet. Jede der Schichten weist wiederum mehrere Fasern auf. Somit ist der erste Schichtaufbau umgeben von den Schichten des zweiten Accordingly, a structure for the extruded profile is proposed in which a first layer structure is surrounded to the outside by a second layer structure. Both the first layer structure and the second layer structure are made of several superimposed arranged layers formed. Each of the layers in turn has multiple fibers. Thus, the first layer structure is surrounded by the layers of the second
Schichtaufbaus. Die Windungen oder Steigungen der Fasern der Schichten des ersten Schichtaufbaus unterscheiden sich dabei von den Windungen oder Steigungen zu den Fasern der Schichten des zweiten Schichtaufbaus. Mit anderen Worten sind die Fasern der Schichten des ersten Schichtaufbaus rechtssteigend und die Fasern der Schichten des zweiten Schichtaufbaus linkssteigend oder umgekehrt orientiert. Entsprechend wird anstelle eines sogenannten feinschichtigen Aufbaus, bei dem die Schichten mit Fasern Layer structure. The turns or slopes of the fibers of the layers of the first layer structure differ from the turns or slopes to the fibers of the layers of the second layer structure. In other words, the fibers of the layers of the first layer structure are right-ascending and the fibers of the layers of the second layer structure are left-increasing or reverse-oriented. Accordingly, instead of a so-called fine-layered structure in which the layers with fibers
unterschiedlicher Windung abwechselnd übereinander angeordnet sind, ein grobschichtiger Aufbau vorgeschlagen, bei dem eine erste Anordnung von Schichten mit Fasern gleicher Windung übereinander vorgesehen ist, und dann auf diese erste Anordnung eine zweite Anordnung von Schichten mit Fasern gleicher Windung vorgesehen wird, wobei sich die Windungen der Fasern der ersten Anordnung von den Windungen der Fasern der zweiten Anordnung unterscheiden. Ein solcher Aufbau erhöht die Dauerfestigkeit und verringert den Schubmodul. a coarse-layered structure is proposed, in which a first arrangement of layers with fibers of the same turn is provided one above the other, and then on this first arrangement a second arrangement of layers with fibers of the same turn is provided, wherein the turns of the Distinguish fibers of the first arrangement of the turns of the fibers of the second arrangement. Such a construction increases fatigue strength and reduces the shear modulus.
Zusätzlich unterscheiden sich die Orientierungen der Fasern benachbarter Schichten des jeweiligen Schichtaufbaus geringfügig voneinander. Mit anderen Worten sind die Fasern der jeweiligen Schichten des ersten Schichtaufbaus nicht parallel zueinander orientiert, sondern schneiden sich in einem sehr spitzen Winkel bei einer Draufsicht auf die Schichten. Ebenso sind die Fasern der jeweiligen Schichten des zweiten Schichtaufbaus nicht parallel zueinander orientiert, sondern schneiden sich in einem sehr spitzen Winkel bei einer Draufsicht auf die Schichten. Ein solcher Aufbau wirkt rissstoppend. Der zweite Schichtaufbau kann mehr Fasern als der erste Schichtaufbau umfassen. In addition, the orientations of the fibers of adjacent layers of the respective layer structure differ slightly from each other. In other words, the fibers of the respective layers of the first layer structure are not oriented parallel to each other, but intersect at a very acute angle in a plan view of the layers. Likewise, the fibers of the respective layers of the second layer structure are not oriented parallel to each other, but intersect at a very acute angle in a plan view of the layers. Such a structure acts to stop cracks. The second layer structure may comprise more fibers than the first layer structure.
Entsprechend werden mehr auf Zug als auf Druck beanspruchbare Fasern vorgesehen. Dies kann dadurch realisiert werden, dass der zweite Schichtaufbau mehr Schichten umfasst als der erste Schichtaufbau, wobei die Anzahl der Fasern pro Schicht identisch ist. Durch einen solchen Aufbau wird das Strangprofil stärker auf Torsion belastbar.  Accordingly, more tensile, rather than compressive, fibers are provided. This can be realized by the second layer structure comprising more layers than the first layer structure, wherein the number of fibers per layer is identical. By such a structure, the extruded profile is more resilient to torsion.
Beispielsweise ist die Anzahl der Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten um einen Faktor 1 ,5 bis 9, bevorzugt 1 ,5 bis 4, besonders bevorzugt 2 bis 3 größer als die Anzahl der Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten. Dadurch wird ein besonders auf Torsion belastbares Strangprofil erhalten. For example, the number of fibers of the second plurality of layers is a factor of 1, 5 to 9, preferably 1, 5 to 4, more preferably 2 to 3 greater than the number of fibers of the first plurality of layers. As a result, a particularly stress on torsion extruded profile is obtained.
Die erste Mehrzahl von Schichten und die zweite Mehrzahl von Schichten können unterschiedliche Faservolumenanteile aufweisen. Die erste Mehrzahl von Schichten kann einen Faservolumenanteil von 40% bis 70% bezogen auf das Volumen der ersten The first plurality of layers and the second plurality of layers may have different fiber volume fractions. The first plurality of layers may have a fiber volume fraction of 40% to 70% based on the volume of the first
Schichtaufbaus aufweisen, um die in Längsrichtung unter Druck gesetzten Fasern in einem möglichst steifen Materialverbund seitlich abzustützen, und die zweite Mehrzahl vonHave layer structure to laterally support the longitudinally pressurized fibers in a stiff as possible composite material, and the second plurality of
Schichten kann einen Faservolumenanteil von 35% bis 60% bezogen auf das Volumen des zweiten Schichtaufbaus aufweisen, um die in Längsrichtung unter Zug gesetzten Fasern in einer relativ weicheren Umgebung vor der Fortpflanzung von Mikrorissen und Ankerbung durch Mikrorisse zu schonen. Layers may have a fiber volume fraction of from 35% to 60% by volume of the second layer construction to accommodate the longitudinally tensioned fibers in To protect a relatively softer environment from the propagation of microcracks and anchorage by microcracks.
Die Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten können in ein erstes Matrix-Material eingebettet sein. Die Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten können in ein zweites Matrix-Material eingebettet sein. Dabei unterscheidet sich das zweite Matrix-Material von dem ersten Matrix-Material. So weist das erste Matrix-Material eine hohe Steifigkeit mit einem Zugmodul von mehr als 2,9 GPa auf, um die in Längsrichtung unter Druck gesetzten Fasern seitlich abzustützen, wohingegen das zweite Matrix-Material eine hohe Zähigkeit aufweist, um bei den in Längsrichtung unter Zug gesetzten Fasern mögliche Mikrorisse zu stoppen. The fibers of the first plurality of layers may be embedded in a first matrix material. The fibers of the second plurality of layers may be embedded in a second matrix material. In this case, the second matrix material differs from the first matrix material. Thus, the first matrix material has a high rigidity with a tensile modulus of more than 2.9 GPa to laterally support the longitudinally pressurized fibers, whereas the second matrix material has high toughness to longitudinally lower Train set fibers to stop possible microcracks.
Unter einem Matrix-Material ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes Material zu verstehen, das geeignet ist, die Fasern nach Ablage in ihrer Position zu fixieren. Als Matrix- Material kommen meist duroplastische Polymere, beispielsweise Polyesterharze, In the context of the present invention, a matrix material is to be understood as meaning any material which is suitable for fixing the fibers in their position after being deposited. Thermosetting polymers, for example polyester resins, are usually used as the matrix material.
Vinylesterharze, Polyurethanharze oder Epoxidharze, oder thermoplastische Polymere wie Polyamide, Polypropylene oder Polyethylene zum Einsatz, die bevorzugt hohe  Vinylesterharze, polyurethane resins or epoxy resins, or thermoplastic polymers such as polyamides, polypropylenes or polyethylenes are used, which are preferably high
Erweichungstemperatur, Medienbeständigkeit, Ermüdungsfestigkeit und einfache Softening temperature, media resistance, fatigue resistance and simple
Verarbeitbarkeit vereinbaren. Processability agree.
Die Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten und die Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten können mit unterschiedlichen Tränkmitteln getränkt sein, wenn der erste The fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers may be impregnated with different impregnating agents when the first
Schichtaufbau von dem zweiten Schichtaufbau durch eine für die Tränkmittel undurchlässige Schicht voneinander getrennt ist. Eine solche Schicht wirkt rissstoppend, so dass sich ein möglicher Riss in dem ersten Schichtaufbau nicht zu dem zweiten Schichtaufbau ausbreiten kann und umgekehrt. Layer structure of the second layer structure is separated by a layer for the impregnation impermeable layer from each other. Such a layer acts to stop cracks, so that a possible crack in the first layer structure can not spread to the second layer structure and vice versa.
Unter einem Tränkmittel ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich jedes Matrix-Material zu verstehen, das durch Aushärtung, wie beispielsweise durch In the context of the present invention, an impregnating agent is basically to be understood as meaning any matrix material which is cured by curing, for example by
Polymerisation, zur Verklebung der Fasern und Schichten untereinander und damit zu einer Verfestigung des Faserverbundwerkstoffes führt. Als Tränkmittel wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Monomer- oder Polymer-basierte Flüssigkeit verwendet. Insbesondere kann das Tränkmittel ein bei der Verarbeitung flüssiges Matrix- Material, wie beispielsweise ein reaktionsfähiges, flüssiges Duroplast-System auf Basis von beispielsweise Polyurethan, Polyester, Vinylester, Epoxidharz, oder ein reaktionsfähiges Thermoplast-System auf Basis von Caprolactam, Polyacryl, oder eine Thermoplast- Schmelze beispielsweise auf Basis von Polypropylen, Polyethylen, Polyamid sein. Polymerization, for bonding the fibers and layers together and thus leads to a solidification of the fiber composite material. As impregnating agent in the context of the present invention, in particular a monomer or polymer-based liquid is used. In particular, the impregnating agent can be a liquid matrix material during processing, such as, for example, a reactive, liquid thermoset system based on, for example, polyurethane, polyester, vinyl ester, epoxy resin, or a reactive thermoplastic system based on caprolactam, polyacrylic, or a thermoplastic - Melt be based on polypropylene, polyethylene, polyamide, for example.
Die Fasern des zweiten Schichtaufbaus können als Rovings mit einem Filament- Durchmesser ausgebildet sein, der kleiner als ein Filament-Durchmesser der Fasern des ersten Schichtaufbaus ist, da dadurch im Bereich der in Längsrichtung auf Zug The fibers of the second layer structure may be formed as rovings with a filament diameter which is smaller than a filament diameter of the fibers of the first layer structure, since thereby in the region of the longitudinal direction to train
beanspruchten Fasern höhere Zugfestigkeiten erreicht werden können. Unter einem Roving ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Bündel, Strang oder Multifilamentgarn aus parallel angeordneten Filamenten, d.h. Endlosfasern, zu verstehen. Bevorzugt werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung aus Glas hergestellte Filamente zu Rovings zusammengefasst, jedoch sind auch andere Materialien grundsätzlich im stressed fibers higher tensile strengths can be achieved. In the context of the present invention, a roving is to be understood as meaning a bundle, strand or multifilament yarn made of filaments arranged in parallel, that is, continuous filaments. For the purposes of the present invention, filaments produced from glass are preferably combined to form rovings, but other materials are also basically those in the art
Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar, wie beispielsweise Aramid oder Kohlenstoff. Can be used within the scope of the present invention, such as aramid or carbon.
Das Strangprofil kann einen Kern aufweisen, auf dem der erste Schichtaufbau angeordnet ist. Der Kern kann eine Anordnung verdrillter Fasern, ein Vollkern, ein ummantelter Vollkern, ein Hohlkern oder ein ummantelter Hohlkern sein. The extruded profile may have a core on which the first layer structure is arranged. The core may be an array of twisted fibers, a solid core, a jacketed solid core, a hollow core, or a jacketed hollow core.
Unter einem Kern ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Bauteil oder Element zu verstehen, das zur Ablage der Fasern vorgesehen ist. Mit anderen Worten kann ein Kern jedes Bauteil oder Element sein, das eine Ablagefläche aufweist, auf der Fasern abgelegt werden können. In the context of the present invention, a core is to be understood as meaning a component or element which is provided for depositing the fibers. In other words, a core may be any component or element having a deposition surface on which fibers can be deposited.
Im Fall verdrillter Fasern sind die Fasern untereinander verdrillt. Damit sind grundsätzlich viele Arten von Kernen im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar. Der Querschnitt des Kerns ist dabei bevorzugt kreisförmig, kann jedoch grundsätzlich, oval, elliptisch, mehreckig oder mehreckig mit abgerundeten Ecken sein. Ein Hohlkern verringert im In the case of twisted fibers, the fibers are twisted together. In principle, many types of cores can be used in the context of the present invention. The cross section of the core is preferably circular, but may in principle be oval, elliptical, polygonal or polygonal with rounded corners. A hollow core decreases in the
Vergleich zu einem Vollkern das Gewicht. Compared to a solid core the weight.
Bevorzugt besteht der erste Schichtaufbau aus der ersten Mehrzahl von Schichten und besteht der zweite Schichtaufbau aus der zweiten Mehrzahl von Schichten. Damit wird ein besonders dauerstabiles Strangprofil angegeben. The first layer structure preferably consists of the first plurality of layers, and the second layer structure consists of the second plurality of layers. This specifies a particularly permanently stable extruded profile.
Das Strangprofil kann gebogen sein. Somit wird eine höhere Formenvielfalt erzielt. The extruded profile can be bent. Thus, a higher variety of shapes is achieved.
Das Strangprofil kann in Form einer Schraubenfeder gebogen sein. Eine solche Art von Schraubenfeder ist dauerstabil und von deutlich geringerem Gewicht als Schraubenfedern aus Metall oder Stahl. The extruded profile can be bent in the form of a helical spring. Such a type of coil spring is permanently stable and of significantly less weight than coil springs made of metal or steel.
Die Schraubenfeder kann mindestens eine Steigung H, einen Federdurchmesser D und einen Steigungswinkel a, aufweisen, wobei ein Verhältnis tan a = Η/(π * D) nicht größer als 0,22 und bevorzugt nicht größer als 0,21 ist. Eine solche spezielle Geometrie erweist sich als besonders dauerstabil, da der Querschnitt des Strangprofils überwiegend durch Torsion und weniger durch Biegung beansprucht wird. Es wird explizit betont, dass die Steigung nicht über alle Windungen der Schraubenfeder konstant sein muss, sondern in verschiedenen Abschnitten der Windungen variieren kann. Beispielsweise ist die Steigung der Windungen an den äußeren Enden der Schraubenfeder kleiner als in einem mittleren Bereich der Schraubenfeder. The helical spring may have at least one pitch H, a spring diameter D and a pitch angle a, where a ratio tan a = Η / (π * D) is not greater than 0.22 and preferably not greater than 0.21. Such a special geometry proves to be particularly durable, since the cross section of the extruded profile is stressed mainly by torsion and less by bending. It is explicitly emphasized that the pitch does not have to be constant over all turns of the coil spring, but may vary in different sections of the turns. For example, the pitch of the turns at the outer ends of the coil spring is smaller than in a central region of the coil spring.
Das Strangprofil kann als rechtsdrehende Druckfeder oder linksdrehende Zugfeder ausgebildet sein. Dabei sind die Längserstreckungsrichtungen der Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten rechtsgängig zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert und sind die Längserstreckungsrichtungen der Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten linksgängig zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Diese Kombination der Ausbildung der Fasern in der ersten und in der zweiten Mehrzahl von Schichten erweist sich als besonders gut auf Torsion belastbar. The extruded profile can be designed as a clockwise-rotating compression spring or left-handed tension spring. The longitudinal extension directions of the fibers are the first A plurality of layers oriented to the right longitudinal to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in a range of 40 ° to 50 ° and the longitudinal extension directions of the fibers of the second plurality of layers are left to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in one Range oriented from 40 ° to 50 °. This combination of formation of the fibers in the first and second plurality of layers proves to be particularly good on torsion.
Alternativ kann das Strangprofil als linksdrehende Druckfeder oder rechtsdrehende Zugfeder ausgebildet sein. Dabei sind die Längserstreckungsrichtungen der Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten linksgängig zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert und sind die Längserstreckungsrichtungen der Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten rechtsgängig zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Diese Kombination der Ausbildung der Fasern in der ersten und in der zweiten Mehrzahl von Schichten erweist sich als besonders gut auf Torsion belastbar. Alternatively, the extruded profile can be designed as a left-handed compression spring or right-handed tension spring. In this case, the longitudinal extension directions of the fibers of the first plurality of layers are oriented left to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in a range of 40 ° to 50 ° and the longitudinal extension directions of the fibers of the second plurality of layers are right-handed to the longitudinal direction of the extruded profile oriented at an angle with an amount in a range of 40 ° to 50 °. This combination of formation of the fibers in the first and second plurality of layers proves to be particularly good on torsion.
Bevorzugt sind die Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten und die Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten Glasfasern. Derartige Fasern sind besonders gut zu verarbeiten und dauerstabil bzw. weisen eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf. Preferably, the fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers are glass fibers. Such fibers are particularly easy to process and permanently stable or have a high fatigue strength.
Unter einer Glasfaser ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine aus Glas bestehende lange dünne Faser zu verstehen. Zur Herstellung werden aus einer Glasschmelze dünne Fäden gezogen. In the context of the present invention, a glass fiber is to be understood as meaning a long thin fiber made of glass. To produce thin threads are drawn from a glass melt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Strangprofils, bevorzugt eines Strangprofils wie zuvor gemäß der Erfindung beschrieben, umfasst: An inventive method for producing an extruded profile, preferably an extruded profile as described above according to the invention, comprises:
(i) Bereitstellen eines Kerns, der sich zum Definieren einer Längserstreckungsrichtung des Strangprofils in einer Längserstreckungsrichtung erstreckt,  (i) providing a core extending to define a longitudinal direction of the strand profile in a longitudinal direction,
(ii) Anordnen eines ersten Schichtaufbaus um den Kern, wobei der erste Schichtaufbau aus einer ersten Mehrzahl von Schichten ausgebildet wird, wobei jede Schicht des ersten Schichtaufbaus mehrere Fasern aufweist,  (ii) arranging a first layer structure around the core, the first layer structure being formed from a first plurality of layers, each layer of the first layer structure having a plurality of fibers,
(iii) Anordnen eines zweiten Schichtaufbaus um den ersten Schichtaufbau, wobei der zweite Schichtaufbau aus einer zweiten Mehrzahl von Schichten ausgebildet wird, wobei jede Schicht des zweiten Schichtaufbaus mehrere Fasern aufweist, wobei sich die Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten und die Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten jeweils in Längserstreckungsrichtungen erstrecken, wobei die  (iii) disposing a second layer structure around the first layer structure, wherein the second layer structure is formed of a second plurality of layers, each layer of the second layer structure comprising a plurality of fibers, wherein the fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers each extend in the longitudinal extension directions, wherein the
Längserstreckungsrichtungen der Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten und der Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten jeweils zu der  Lengthwise directions of the fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers respectively to the
Längserstreckungsrichtung des Strangprofils in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 30° bis 60° und bevorzugt in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert sind, wobei sich die Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils erstrecken, dass sie bei Soll- Torsionsbelastung des Strangprofils in ihren Längserstreckungsrichtungen auf Längsdruck beansprucht sind, wobei sich die Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils erstrecken, dass sie bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils in ihren Longitudinal direction of the extruded profile are oriented at an angle in an amount in a range of 30 ° to 60 ° and preferably in a range of 40 ° to 50 °, wherein the fibers of the first plurality of layers so relatively extend to the longitudinal direction of the extruded profile, that they are subjected to longitudinal compressive stress in the longitudinal extension directions at nominal torsional load of the extruded profile, wherein the fibers of the second plurality of layers extend relative to the longitudinal direction of the extruded profile that they at nominal torsional load of the extruded profile in their
Längserstreckungsrichtungen auf Längszug beansprucht sind, wobei sich die Längserstreckungsrichtungen der Fasern benachbarter Schichten der ersten  Longitudinal directions are claimed on longitudinal train, wherein the longitudinal extension directions of the fibers of adjacent layers of the first
Mehrzahl von Schichten um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander  A plurality of layers at an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 °, and more preferably 2 ° to 6 ° of each other
unterscheiden, wobei sich die Längserstreckungsrichtungen der Fasern benachbarter differ, wherein the longitudinal extension directions of the fibers adjacent
Schichten der zweiten Mehrzahl von Schichten um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander unterscheiden, und Differentiate layers of the second plurality of layers by an angle having an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 °, and more preferably 2 ° to 6 °, and
(iv) Entfernen des Kerns oder Belassen des Kerns in dem ersten Schichtaufbau. (iv) removing the core or leaving the core in the first layer construction.
Entsprechend wird ein Verfahren zum Herstellen des Strangprofils mit einem Aufbau vorgeschlagen, bei dem sich im Inneren ein Kern befindet, der in einer Richtung nach außen von einem ersten Schichtaufbau und darauf folgend von einem zweiten Schichtaufbau umgeben ist. Sowohl der erste Schichtaufbau als auch der zweite Schichtaufbau ist aus mehreren übereinander angeordneten Schichten ausgebildet. Jede der Schichten weist wiederum mehrere Fasern auf. Somit ist der Kern nach außen hin zuerst von den Schichten des ersten Schichtaufbaus umgeben und dann von den Schichten des zweiten Accordingly, a method for producing the extruded profile is proposed with a structure in which there is a core in the interior, which is surrounded in a direction outward by a first layer structure and then by a second layer structure. Both the first layer structure and the second layer structure are formed from a plurality of layers arranged one above the other. Each of the layers in turn has multiple fibers. Thus, the core is outwardly surrounded first by the layers of the first layer structure and then by the layers of the second layer
Schichtaufbaus. Die Windungen oder Steigungen der Fasern der Schichten des ersten Schichtaufbaus unterscheiden sich dabei von den Windungen oder Steigungen zu den Fasern der Schichten des zweiten Schichtaufbaus. Mit anderen Worten sind die Fasern der Schichten des ersten Schichtaufbaus rechtssteigend und die Fasern der Schichten des zweiten Schichtaufbaus linkssteigend oder umgekehrt orientiert. Entsprechend wird anstelle eines sogenannten feinschichtigen Aufbaus, bei dem die Schichten mit Fasern Layer structure. The turns or slopes of the fibers of the layers of the first layer structure differ from the turns or slopes to the fibers of the layers of the second layer structure. In other words, the fibers of the layers of the first layer structure are right-ascending and the fibers of the layers of the second layer structure are left-increasing or reverse-oriented. Accordingly, instead of a so-called fine-layered structure in which the layers with fibers
unterschiedlicher Windung abwechselnd übereinander angeordnet sind, ein grobschichtiger Aufbau vorgeschlagen, bei dem eine erste Anordnung von Schichten mit Fasern gleicher Windung übereinander vorgesehen ist, und dann auf diese erste Anordnung eine zweite Anordnung von Schichten mit Fasern gleicher Windung vorgesehen wird, wobei sich die Windungen der Fasern der ersten Anordnung von den Windungen der Fasern der zweiten Anordnung unterscheiden. Ein solcher Aufbau erhöht die Dauerfestigkeit und verringert den Schubmodul. a coarse-layered structure is proposed, in which a first arrangement of layers with fibers of the same turn is provided one above the other, and then on this first arrangement a second arrangement of layers with fibers of the same turn is provided, wherein the turns of the Distinguish fibers of the first arrangement of the turns of the fibers of the second arrangement. Such a construction increases fatigue strength and reduces the shear modulus.
Zusätzlich unterscheiden sich die Orientierungen der Fasern benachbarter Schichten des jeweiligen Schichtaufbaus geringfügig voneinander. Mit anderen Worten sind die Fasern der jeweiligen Schichten des ersten Schichtaufbaus nicht parallel zueinander orientiert, sondern schneiden sich in einem sehr spitzen Winkel bei einer Draufsicht auf die Schichten. Ebenso sind die Fasern der jeweiligen Schichten des zweiten Schichtaufbaus nicht parallel zueinander orientiert, sondern schneiden sich in einem sehr spitzen Winkel bei einer Draufsicht auf die Schichten. Ein solcher Aufbau wirkt rissstoppend. Wird der Kern entfernt, wird das Gewicht des Strangprofils weiter verringert. Verbleibt der Kern, kann dies das Strangprofil stabilisieren. In addition, the orientations of the fibers of adjacent layers of the respective layer structure differ slightly from each other. In other words, the fibers of the respective layers of the first layer structure are not oriented parallel to each other, but intersect at a very acute angle in a plan view of the layers. Likewise, the fibers of the respective layers of the second layer structure are not oriented parallel to each other, but intersect at a very acute angle in a plan view of the layers. Such a structure acts to stop cracks. If the core is removed, the weight of the extruded profile is further reduced. If the core remains, this can stabilize the extruded profile.
Der zweite Schichtaufbau kann mit mehr Fasern als der erste Schichtaufbau ausgebildet werden. Entsprechend werden mehr auf Zug als auf Druck beanspruchbare Fasern vorgesehen. Dies kann dadurch realisiert werden, dass der zweite Schichtaufbau mehr Schichten umfasst als der erste Schichtaufbau, wobei die Anzahl der Fasern pro Schicht identisch ist. Alternativ können aber auch die Anzahl der Fasern pro Schicht und/oder der Faservolumenanteil pro Schicht gezielt variiert werden. Durch einen solchen Aufbau wird das Strangprofil stärker auf Torsion belastbar. Mit anderen Worten wird durch einen solchen Aufbau die Rissbildungsgrenze hin zu höheren Torsionslasten verschoben. The second layer structure may be formed with more fibers than the first layer structure. Accordingly, more tensile, rather than compressive, fibers are provided. This can be realized by the second layer structure comprising more layers than the first layer structure, wherein the number of fibers per layer is identical. Alternatively, however, it is also possible to specifically vary the number of fibers per layer and / or the fiber volume fraction per layer. By such a structure, the extruded profile is more resilient to torsion. In other words, such a structure shifts the crack formation boundary toward higher torsion loads.
Die Anzahl der Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten kann um einen Faktor 1 ,5 bis 9, bevorzugt 1 ,5 bis 4, besonders bevorzugt 2 bis 3 größer als die Anzahl der Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten sein. Dadurch wird ein besonders auf Torsion belastbares The number of fibers of the second plurality of layers may be greater than the number of fibers of the first plurality of layers by a factor of 1, 5 to 9, preferably 1, 5 to 4, particularly preferably 2 to 3. This is a particularly resilient to torsion
Strangprofil vorgesehen. Extruded profile provided.
Die erste Mehrzahl von Schichten und die zweite Mehrzahl von Schichten können mit unterschiedlichen Faservolumenanteilen ausgebildet werden, wobei die erste Mehrzahl von Schichten einen Faservolumenanteil von 40% bis 70% bezogen auf das Volumen der ersten Schichtaufbaus aufweist, wobei die zweite Mehrzahl von Schichten einen The first plurality of layers and the second plurality of layers may be formed with different fiber volume fractions, wherein the first plurality of layers has a fiber volume fraction of 40% to 70% based on the volume of the first layer structure, the second plurality of layers having a
Faservolumenanteil von 35% bis 60% bezogen auf das Volumen der zweiten Schichtaufbaus aufweist. Innerhalb der ersten und zweiten Mehrzahl von Schichten kann der Having fiber volume fraction of 35% to 60% based on the volume of the second layer structure. Within the first and second plurality of layers, the
Faservolumenanteil ebenfalls leicht variiert werden, um den Traganteil einzelner Schichten zueinander abzustimmen. Fiber volume fraction can also be slightly varied in order to match the carrying percentage of individual layers to each other.
Die Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten können in ein erstes Matrix-Material eingebettet werden und die Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten können in ein zweites Matrix-Material eingebettet werden. Dabei kann sich das zweite Matrix-Material von dem ersten Matrix-Material unterscheiden. Das erste Matrix-Material kann eine hohe Steifigkeit mit einem Zugmodul von mehr als 2,9 GPa aufweisen und das zweite Matrix- Material kann eine hohe Zähigkeit aufweisen. The fibers of the first plurality of layers may be embedded in a first matrix material and the fibers of the second plurality of layers may be embedded in a second matrix material. In this case, the second matrix material may differ from the first matrix material. The first matrix material may have a high rigidity with a tensile modulus of more than 2.9 GPa, and the second matrix material may have a high toughness.
Die Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten und die Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten können mit einem unterschiedlichen Tränkmitteln getränkt werden, wenn der erste Schichtaufbau von dem zweiten Schichtaufbau durch eine für die Tränkmittel undurchlässige Schicht voneinander getrennt wird. Eine solche Schicht wirkt rissstoppend, so dass sich ein möglicher Riss in dem ersten Schichtaufbau nicht zu dem zweiten Schichtaufbau ausbreiten kann und umgekehrt. The fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers may be impregnated with a different impregnating agent when the first layer structure is separated from the second layer structure by a layer impermeable to the impregnating agent. Such a layer acts to stop cracks, so that a possible crack in the first layer structure can not spread to the second layer structure and vice versa.
Die Fasern des zweiten Schichtaufbaus können als Rovings mit einem Filament- Durchmesser ausgebildet werden, der kleiner als ein Filament-Durchmesser der Fasern des ersten Schichtaufbaus ist. Der Kern kann eine Anordnung verdrillter Fasern, ein Vollkern, ein ummantelter Vollkern, ein Hohlkern oder ein ummantelter Hohlkern sein. Damit sind grundsätzlich viele Arten von Kernen im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar. Der Querschnitt des Strangprofils ist dabei bevorzugt kreisförmig, kann jedoch grundsätzlich, oval, elliptisch, mehreckig oder mehreckig mit abgerundeten Ecken sein. Ein Hohlkern verringert im Vergleich zu einem Vollkern das Gewicht. The fibers of the second layer construction may be formed as rovings having a filament diameter smaller than a filament diameter of the fibers of the first layer structure. The core may be an array of twisted fibers, a solid core, a jacketed solid core, a hollow core, or a jacketed hollow core. In principle, many types of cores can be used in the context of the present invention. The cross section of the extruded profile is preferably circular, but may be basically, oval, elliptical, polygonal or polygonal with rounded corners. A hollow core reduces the weight compared to a solid core.
Der erste Schichtaufbau kann aus der ersten Mehrzahl von Schichten bestehen und der zweite Schichtaufbau kann aus der zweiten Mehrzahl von Schichten bestehen. Damit wird ein besonders dauerfestes bzw. ermüdungsfestes Strangprofil angegeben. The first layer structure may consist of the first plurality of layers and the second layer structure may consist of the second plurality of layers. This specifies a particularly fatigue-resistant or fatigue-resistant extruded profile.
Die Fasern des ersten Schichtaufbaus und/oder die Fasern des zweiten Schichtaufbaus können mittels Filamentwinding oder mittels Pullwinding angeordnet werden. Damit können die Fasern besonders genau ausgerichtet angeordnet werden. The fibers of the first layer structure and / or the fibers of the second layer structure can be arranged by means of filament winding or by means of pull-winding. So that the fibers can be arranged very precisely aligned.
Das Verfahren kann weiterhin Biegen des Strangprofils umfassen. Somit wird eine höhere Formenvielfalt erzielt. Das Verfahren kann weiterhin Biegen des Strangprofils in Form einer Schraubenfeder umfassen. Eine solche Art von Schraubenfeder ist hoch dauerfest bzw. ermüdungsfest und von deutlich geringerem Gewicht als Schraubenfedern aus Stahl. The method may further include bending the strand profile. Thus, a higher variety of shapes is achieved. The method may further comprise bending the extruded profile in the form of a helical spring. Such a type of coil spring is highly durable or fatigue-proof and of significantly less weight than coil springs made of steel.
Die Schraubenfeder kann mindestens eine Steigung H, einen Federdurchmesser D und einen Steigungswinkel a, aufweisen, wobei ein Verhältnis tan a = Η/(π* D) nicht größer als 0,22 und bevorzugt nicht größer als 0,21 ist. Eine solche spezielle Geometrie erweist sich als besonders dauerfest bzw. ermüdungsfest. The helical spring may have at least one pitch H, a spring diameter D and a pitch angle a, where a ratio tan a = Η / (π * D) is not greater than 0.22 and preferably not greater than 0.21. Such a special geometry proves to be particularly durable or fatigue-proof.
Das Strangprofil kann als rechtsdrehende Druckfeder oder linksdrehende Zugfeder ausgebildet werden, wobei die Längserstreckungsrichtungen der Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten rechtsgängig zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert werden, wobei die Längserstreckungsrichtungen der Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten linksgängig zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert werden. Diese Ausbildung der Fasern in der ersten und in der zweiten Mehrzahl von Schichten erweist sich als besonders gut auf Torsion belastbar. The extruded profile may be formed as a right-handed compression spring or left-handed tension spring, wherein the longitudinal extension directions of the fibers of the first plurality of layers are oriented right-handed to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in the range of 40 ° to 50 °, wherein the longitudinal extension directions of Fibers of the second plurality of layers are oriented left to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in a range of 40 ° to 50 °. This formation of the fibers in the first and in the second plurality of layers proves to be particularly good on torsion.
Alternativ kann das Strangprofil als linksdrehende Druckfeder oder rechtsdrehende Zugfeder ausgebildet werden, wobei die Längserstreckungsrichtungen der Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten linksgängig zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert werden, wobei die Längserstreckungsrichtungen der Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten rechtsgängig zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert werden. Diese Ausbildung der Fasern in der ersten und in der zweiten Mehrzahl von Schichten erweist sich als besonders gut auf Torsion belastbar. Die Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten und die Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten sind bevorzugt Glasfasern. Derartige Fasern sind besonders gut zu verarbeiten und verfügen über eine hohe Ermüdungsfestigkeit. Alternatively, the extruded profile may be formed as a levorotatory compression spring or a clockwise directional spring, the longitudinal extension directions of the fibers of the first plurality of layers being oriented left to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in a range of 40 ° to 50 °, the longitudinal extension directions the fibers of the second plurality of layers right-handed to the longitudinal direction of the extruded profile at an angle in an amount in be oriented in a range of 40 ° to 50 °. This formation of the fibers in the first and in the second plurality of layers proves to be particularly good on torsion. The fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers are preferably glass fibers. Such fibers are particularly easy to process and have a high fatigue strength.
Erfindungsgemäß wird ein Strangprofil vorgeschlagen, das gemäß einem der zuvor beschriebenen Verfahren erhalten oder erhältlich ist. Damit lässt sich das Strangprofil mit den zuvor beschriebenen Vorteilen des Verfahrens herstellen. According to the invention, an extruded profile is proposed which is obtained or obtainable according to one of the methods described above. This makes it possible to produce the extruded profile with the advantages of the method described above.
Erfindungsgemäß wird die Verwendung eines zuvor beschriebenen Strangprofils als Feder in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Damit kann in dem Kraftfahrzeug eine Feder verwendet werden, die von vergleichsweise geringem Gewicht und dennoch betriebsfest ist. According to the invention, the use of a previously described extruded profile is proposed as a spring in a chassis of a motor vehicle. This can be used in the motor vehicle, a spring that is relatively low in weight and yet operational.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Verweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind als Prinzipdarstellungen zu verstehen. Sie stellen keine Beschränkung der Erfindung dar, beispielsweise im Hinblick auf konkrete Abmessungen oder The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. The drawings are to be understood as schematic representations. They do not constitute a limitation of the invention, for example with regard to specific dimensions or
Ausgestaltungsvarianten. Design variants.
Es zeigen: Figur 1 eine Seitenansicht eines Strangprofils, 1 shows a side view of an extruded profile,
Figur 2 eine Seitenansicht eines Strangprofils gemäß einer ersten Ausführungsform, FIG. 2 shows a side view of an extruded profile according to a first embodiment,
Figuren 3A bis 3E jeweils eine Draufsicht auf den ersten Schichtaufbau und Beispiele für möglich Orientierungen der Fasern des ersten Schichtaufbaus, FIGS. 3A to 3E each show a plan view of the first layer structure and examples of possible orientations of the fibers of the first layer structure,
Figur 4 eine Seitenansicht eines Strangprofils gemäß einer zweiten Ausführungsform, FIG. 4 shows a side view of an extruded profile according to a second embodiment,
Figur 5 eine Seitenansicht eines Strangprofils gemäß einer dritten Ausführungsform, FIG. 5 shows a side view of an extruded profile according to a third embodiment,
Figur 6 eine Seitenansicht eines Strangprofils gemäß einer vierten Ausführungsform, FIG. 6 shows a side view of an extruded profile according to a fourth embodiment,
Figuren 7A bis 7D verschiedene Schritte eine Verfahrens zum Herstellen eines Strangprofils, Figur 8 Ergebnisse für das Schubmodul, die Schubfestigkeit und das Verhältnis von FIGS. 7A to 7D show various steps of a method for producing an extruded profile, FIG. 8 shows results for the shear modulus, the shear strength and the ratio of
Schubmodul zu der quadrierten Schubfestigkeit, Shear modulus to the squared shear strength,
Figur 9 die ertragbare Schubspannung Tmax in Abhängigkeit von tan a und. Figur 10 die ertragbare Schubspannung Tmax für zwei Laminat-Typen in Federn mit ähnlichem Profil und unterschiedlicher Chemie für die verwendeten Materialien. FIG. 9 shows the transmittable shear stress T max as a function of tan a and. Figure 10 shows the yieldable shear stress T max for two types of laminates in springs with similar profile and different chemistry for the materials used.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen Detailed description of the embodiments
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Strangprofils 10, das in Form einer rechtsdrehenden Schraubenfeder 12 gebogen ist. Entsprechend ist das Strangprofil 10 rechtsdrehend um eine Symmetrieachse 14 gewunden. Zu Erläuterungszwecken sind bestimmte Kenngrößen der Schraubenfeder 12 in Figur 1 angegeben. Die Schraubenfeder 12 weist einen Figure 1 shows a side view of an extruded profile 10 which is bent in the form of a clockwise helical spring 12. Accordingly, the extruded profile 10 is wound in a clockwise direction about an axis of symmetry 14. For purposes of explanation, certain characteristics of the coil spring 12 are shown in FIG. The coil spring 12 has a
Außendurchmesser de des Strangprofils 10 auf. Das Strangprofil 10 kann rohrförmig ausgebildet sein und somit einen Innendurchmesser d, aufweisen. Die Schraubenfeder 12 weist weiterhin eine Steigung H, einen Federdurchmesser D und einen Steigungswinkel a auf. Die Steigung H ist dabei als Abstand von Mittelpunkten benachbarter Windungen in einer Richtung parallel zur Symmetrieachse 14 definiert. Der Federdurchmesser D ist dabei als Abstand von Mittelpunkten benachbarter Windungen in einer Richtung senkrecht zurOutside diameter d e of the extruded profile 10. The extruded profile 10 may be tubular and thus have an inner diameter d. The coil spring 12 also has a pitch H, a spring diameter D and a pitch angle a. The slope H is defined as the distance from centers of adjacent turns in a direction parallel to the axis of symmetry 14. The spring diameter D is as a distance from centers of adjacent turns in a direction perpendicular to
Symmetrieachse 14 definiert. Der Steigungswinkel a ist als Winkel zwischen einer Mittellinie 16 des Strangprofils 10 und einer Ebene 18 senkrecht zur Symmetrieachse 14 definiert. Symmetry axis 14 defined. The pitch angle a is defined as an angle between a center line 16 of the extruded profile 10 and a plane 18 perpendicular to the axis of symmetry 14.
Figur 2 zeigt eine Seitenansicht eines Strangprofils 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Strangprofil 10 ist in Form einer rechtsdrehenden FIG. 2 shows a side view of an extruded profile 10 according to a first embodiment of the present invention. The extruded profile 10 is in the form of a clockwise
Schraubenfeder 12 gebogen. Die Schraubenfeder 12 weist eine Steigung H, einen Helical spring 12 bent. The coil spring 12 has a slope H, a
Federdurchmesser D und einen Steigungswinkel a auf, wobei ein Verhältnis tan a = Η/(π* D) nicht größer als 0,22 und bevorzugt nicht größer als 0,21 ist. Die Schraubenfeder 12 ist eine rechtsdrehende Druckfeder, wie durch Pfeile 20 angedeutet ist. Das Strangprofil 10 erstreckt sich in einer Längserstreckungsrichtung 22. Das Strangprofil 10 weist einen um die Spring diameter D and a pitch angle a, wherein a ratio tan a = Η / (π * D) is not greater than 0.22 and preferably not greater than 0.21. The coil spring 12 is a right-handed compression spring, as indicated by arrows 20. The extruded profile 10 extends in a longitudinal extension direction 22. The extruded profile 10 has one around the
Längserstreckungsrichtung 22 angeordneten ersten Schichtaufbau 24 auf. Der erste Longitudinal direction 22 arranged first layer structure 24. The first
Schichtaufbau 24 weist eine erste Mehrzahl von Schichten 26 auf, von denen in Figur 2 lediglich eine angedeutet ist. Bevorzugt besteht der erste Schichtaufbau 24 aus der ersten Mehrzahl von Schichten 26. Jede Schicht 26 des ersten Schichtaufbaus 24 weist mehrere Fasern 28 auf. Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 erstrecken sich jeweils in Längserstreckungsrichtungen 30. Die Längserstreckungsrichtungen 30 der Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 sind jeweils zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 30° bis 60° und bevorzugt in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 erstrecken sich derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Layer structure 24 has a first plurality of layers 26, of which only one is indicated in FIG. The first layer structure 24 preferably consists of the first plurality of layers 26. Each layer 26 of the first layer structure 24 has a plurality of fibers 28. The fibers 28 of the first plurality of layers 26 each extend in the longitudinal extension directions 30. The longitudinal extension directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are each to the longitudinal extension direction 22 of the extruded profile 10 at an angle with an amount in the range of 30 ° 60 ° and preferably oriented in a range of 40 ° to 50 °. The fibers 28 of the first plurality of layers 26 extend so relative to the longitudinal extension direction 22 of FIG
Strangprofils 10, dass sie bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils 10 in ihren Extruded profile 10, that they at target torsional load of the extruded profile 10 in their
Längserstreckungsrichtungen 30 auf Längsdruck beansprucht sind. Bei der ersten Longitudinal directions 30 are claimed on longitudinal pressure. In the first
Ausführungsform sind die Längserstreckungsrichtungen 30 der Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 rechtsgängig zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Embodiment, the longitudinal extension directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are right-handed to the longitudinal extension direction 22 of FIG
Strangprofils 10 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Das Strangprofil 10 weist weiterhin einen den ersten Schichtaufbau 24 umgebenden zweiten Schichtaufbau 32 auf. Der zweite Schichtaufbau 32 weist eine zweite Mehrzahl von Extruded profile 10 at an angle with an amount in the range of 40 ° to 50 ° oriented. The extruded profile 10 furthermore has a second layer structure 32 surrounding the first layer structure 24. The second layer structure 32 has a second plurality of
Schichten 34 auf, von denen in Figur 2 lediglich eine angedeutet ist. Bevorzugt besteht der zweite Schichtaufbau 32 aus der zweiten Mehrzahl von Schichten 34. Jede Schicht 34 des zweiten Schichtaufbaus 32 weist mehrere Fasern 36 auf. Die Fasern 36 der zweiten Layers 34, of which only one is indicated in Figure 2. The second layer structure 32 preferably consists of the second plurality of layers 34. Each layer 34 of the second layer structure 32 has a plurality of fibers 36. The fibers 36 of the second
Mehrzahl von Schichten 34 erstrecken sich jeweils in Längserstreckungsrichtungen 38. Die Längserstreckungsrichtungen 38 der Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 sind jeweils zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 30° bis 60° und bevorzugt in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 erstrecken sich derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10, dass sie bei Soll- Torsionsbelastung des Strangprofils 10 in ihren Längserstreckungsrichtungen 38 auf Längszug beansprucht sind. Bei der ersten Ausführungsform sind die  The plurality of layers 34 each extend in the longitudinal extension directions 38. The longitudinal extension directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are each to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 at an angle in an amount in the range of 30 ° to 60 ° and preferably in a range of 40 ° to 50 ° oriented. The fibers 36 of the second plurality of layers 34 extend in such a way relative to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 that they are subjected to longitudinal tension in the longitudinal directions of extension of the extruded profile 10 in the longitudinal direction of extension. In the first embodiment, the
Längserstreckungsrichtungen 38 der Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 linksgängig zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 22 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Longitudinal directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 oriented left-handed to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 22 at an angle with an amount in the range of 40 ° to 50 °.
Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 und die Fasern 36 der zweiten The fibers 28 of the first plurality of layers 26 and the fibers 36 of the second
Mehrzahl von Schichten 34 sind Glasfasern. Der zweite Schichtaufbau 32 umfasst mehr Fasern 36 als der erste Schichtaufbau 24. So ist die Anzahl der Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 um einen Faktor 1 ,5 bis 9, bevorzugt 1 ,5 bis 4, besonders bevorzugt 2 bis 3 größer als die Anzahl der Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26. Die erste Mehrzahl von Schichten 26 und die zweite Mehrzahl von Schichten 34 weisen unterschiedliche Faservolumenanteile auf. So weist die erste Mehrzahl von Schichten 34 einen Faservolumenanteil von 50% bis 70% bezogen auf das Volumen der ersten Multiple layers 34 are glass fibers. The second layer structure 32 comprises more fibers 36 than the first layer structure 24. Thus, the number of fibers 36 of the second plurality of layers 34 is greater by a factor of 1.5 to 9, preferably 1.5 to 4, more preferably 2 to 3 the number of fibers 28 of the first plurality of layers 26. The first plurality of layers 26 and the second plurality of layers 34 have different fiber volume fractions. Thus, the first plurality of layers 34 has a fiber volume fraction of 50% to 70% relative to the volume of the first
Schichtaufbaus 24 auf und die zweite Mehrzahl von Schichten 34 weist einen Layer structure 24 and the second plurality of layers 34 has a
Faservolumenanteil von 35% bis 60% bezogen auf das Volumen der zweiten Schichtaufbaus 32 auf. Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 sind in ein erstes Matrix- Material eingebettet. Die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 sind in ein zweites Matrix-Material eingebettet. Das zweite Matrix-Material unterscheidet sich optional von dem ersten Matrix-Material. Im Fall unterschiedlicher Matrix-Materialien weist das erste Matrix-Material eine hohe Steifigkeit mit einem Zugmodul bevorzugt von mehr als 2,9 GPa auf und das zweite Matrix-Material weist eine hohe Zähigkeit auf. Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 sind mit einem ersten Tränkmittel getränkt und die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 sind mit einem zweiten Tränkmittel getränkt. Der erste Schichtaufbau 24 ist von dem zweiten Schichtaufbau 32 optional durch eine für das erste Tränkmittel und das zweite Tränkmittel undurchlässige Schicht voneinander getrennt. Das erste Tränkmittel unterscheidet sich von dem zweiten Tränkmittel. Die Fasern 36 des zweiten Schichtaufbaus 32 sind als Rovings mit einem Filament-Durchmesser ausgebildet, der optional kleiner als ein Filament-Durchmesser der Fasern 28 des ersten Schichtaufbaus 24 ist. Optional kann das Strangprofil 10 einen Kern aufweisen, auf dem der erste Fiber volume fraction of 35% to 60% based on the volume of the second layer structure 32 on. The fibers 28 of the first plurality of layers 26 are embedded in a first matrix material. The fibers 36 of the second plurality of layers 34 are embedded in a second matrix material. The second matrix material is optionally different from the first matrix material. In the case of different matrix materials, the first matrix material has a high rigidity with a tensile modulus of preferably more than 2.9 GPa and the second matrix material has a high toughness. The fibers 28 of the first plurality of layers 26 are impregnated with a first impregnating agent and the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are impregnated with a second impregnating agent. The first layer structure 24 is optionally separated from the second layer structure 32 by a layer impermeable to the first impregnating agent and the second impregnating agent. The first impregnating agent is different from the second impregnating agent. The fibers 36 of the second layer structure 32 are formed as rovings having a filament diameter that is optionally smaller than a filament diameter of the fibers 28 of the first layer structure 24. Optionally, the extruded profile 10 may have a core on which the first
Schichtaufbau 24 angeordnet ist. Der Kern kann eine Anordnung verdrillter Fasern, ein Vollkern, ein ummantelter Vollkern, ein Hohlkern oder ein ummantelter Hohlkern sein. Der Kern kann im fertigen Werkstück verbleiben oder auch entfernt werden. Layer structure 24 is arranged. The core may be an array of twisted fibers, a Solid core, a sheathed solid core, a hollow core or a sheathed hollow core. The core can remain in the finished workpiece or be removed.
Bei dem Strangprofil 10 unterscheiden sich die Langserstreckungsrichtungen 30 der Fasern 28 benachbarter Schichten 26 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander. Außerdem unterscheiden sich die Langserstreckungsrichtungen 38 der Fasern 36 benachbarter Schichten 34 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander. Dies wird nachstehend anhand des ersten In the extruded profile 10, the longitudinal directions 30 of the fibers 28 of adjacent layers 26 of the first plurality of layers 26 differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° from each other. In addition, the longitudinal directions 38 of the fibers 36 of adjacent layers 34 of the second plurality of layers 34 differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 °. This will be explained below with reference to the first
Schichtaufbaus 24 näher erläutert, wobei die Erläuterungen für den zweiten Schichtaufbau 32 analog gelten.  Layer structure 24 explained in more detail, wherein the explanations for the second layer structure 32 apply analogously.
Die Figuren 3A bis 3E zeigen jeweils eine Draufsicht auf den ersten Schichtaufbau 24 und Beispiele für möglich Orientierungen der Fasern 28 des ersten Schichtaufbaus 24. Gezeigt sind lediglich als Beispiel eine erste Schicht 26a, eine zweite Schicht 26b und eine dritte Schicht 26c des ersten Schichtaufbaus 24, die in der angegebenen Reihenfolge Figures 3A to 3E each show a plan view of the first layer structure 24 and examples of possible orientations of the fibers 28 of the first layer structure 24. Shown by way of example only are a first layer 26a, a second layer 26b, and a third layer 26c of the first layer structure 24 in the order given
übereinander angeordnet sind. Die erste Schicht 26a weist eine erste Mehrzahl von Fasern 28a auf. Die zweite Schicht 26b weist eine zweite Mehrzahl von Fasern 28b auf. Die dritte Schicht 26c weist eine dritte Mehrzahl von Fasern 28c auf. Von den Fasern 28a, 28b, 28c sind aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur eine dargestellt. Alternativ im Fall von lediglich zwei Schichten können die Fasern 28a und 28c um eine imaginäre Symmetrielinie variieren, die den Verlauf der Faser 28b aufweist. In Figur 3A erstrecken sich die zweite Mehrzahl von Fasern 28b in einem Winkel von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° im Uhrzeigersinn gesehen zu der ersten Mehrzahl von Fasern 28a. Außerdem erstrecken sich die dritte Mehrzahl von Fasern 28c in einem Winkel von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° im Uhrzeigersinn gesehen zu der zweiten Mehrzahl von Fasern 28b. are arranged one above the other. The first layer 26a has a first plurality of fibers 28a. The second layer 26b has a second plurality of fibers 28b. The third layer 26c has a third plurality of fibers 28c. Of the fibers 28a, 28b, 28c, only one is shown for reasons of clarity. Alternatively, in the case of only two layers, the fibers 28a and 28c may vary about an imaginary line of symmetry having the profile of the fiber 28b. In Figure 3A, the second plurality of fibers 28b extend at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° clockwise to the first plurality of fibers 28a. In addition, the third plurality of fibers 28c extend to the second plurality of fibers 28b at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° in the clockwise direction.
In Figur 3B erstrecken sich die zweite Mehrzahl von Fasern 28b in einem Winkel von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6°gegen den Uhrzeigersinn gesehen zu der ersten Mehrzahl von Fasern 28a. Außerdem erstrecken sich die dritte Mehrzahl von Fasern 28c in einem Winkel von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° gegen den Uhrzeigersinn gesehen zu der zweiten Mehrzahl von Fasern 28b. In Figure 3B, the second plurality of fibers 28b extend at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° counterclockwise to the first plurality of fibers 28a. In addition, the third plurality of fibers 28c extend to the second plurality of fibers 28b at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° counterclockwise.
In Figur 3C erstrecken sich die zweite Mehrzahl von Fasern 28b in einem Winkel von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6°im Uhrzeigersinn gesehen zu der ersten Mehrzahl von Fasern 28a. Außerdem erstrecken sich die dritte Mehrzahl von Fasern 28c in einem Winkel von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6°gegen Uhrzeigersinn gesehen zu der ersten Mehrzahl von Fasern 28a. In Figur 3D erstrecken sich die zweite Mehrzahl von Fasern 28b in einem Winkel von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6°gegen Uhrzeigersinn gesehen zu der ersten Mehrzahl von Fasern 28a. Außerdem erstrecken sich die dritte Mehrzahl von Fasern 28c in einem Winkel von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6°im Uhrzeigersinn gesehen zu der ersten Mehrzahl von Fasern 28a. In Figure 3C, the second plurality of fibers 28b extend at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° clockwise to the first plurality of fibers 28a. In addition, the third plurality of fibers 28c extend at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 °, and more preferably 2 ° to 6 ° counterclockwise, to the first plurality of fibers 28a. In Figure 3D, the second plurality of fibers 28b extend at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 °, and more preferably 2 ° to 6 ° counterclockwise, to the first plurality of fibers 28a. In addition, the third plurality of fibers 28c extend at an angle of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 °, and more preferably 2 ° to 6 ° clockwise, to the first plurality of fibers 28a.
Es versteht sich, dass die jeweiligen Winkel in ihrem Betrag nicht identisch sein müssen. It is understood that the respective angles need not be identical in their amount.
Figur 3E zeigt eine Anordnung, bei der sich jeweils die Fasern 28a, 28c jeder zweiten Schicht 26a, 26c des gleichen Schichtaufbaus 24 parallel zueinander erstrecken. FIG. 3E shows an arrangement in which the fibers 28a, 28c of each second layer 26a, 26c of the same layer structure 24 extend parallel to each other.
Entsprechend überlappen die Fasern 28a, 28c in der Draufsicht der Figur 3E. Accordingly, the fibers 28a, 28c overlap in the plan view of FIG. 3E.
Figur 4 zeigt eine Seitenansicht eines Strangprofils 10 gemäß einer zweiten FIG. 4 shows a side view of an extruded profile 10 according to a second
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Embodiment of the present invention. Below are only the
Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Strangprofil 10 ist in Form einer linksdrehenden Schraubenfeder 12 gebogen. Die Schraubenfeder 12 ist eine linksdrehende Druckfeder, wie durch Pfeile 20 angedeutet ist. Bei der zweiten Ausführungsform sind die Differences from the first embodiment described and the same components are provided with the same reference numerals. The extruded profile 10 is bent in the form of a left-handed helical spring 12. The coil spring 12 is a left-handed compression spring, as indicated by arrows 20. In the second embodiment, the
Langserstreckungsnchtungen 30 der Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 linksgängig zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Außerdem sind bei der zweiten Ausführungsform die Längserstreckungsrichtungen 38 der Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 rechtsgängig zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 22 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Longitudinal stretching 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 oriented left-handed to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 at an angle with an amount in a range of 40 ° to 50 °. In addition, in the second embodiment, the longitudinal extension directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are oriented right-handed to the longitudinal extension direction 22 of the extruded profile 22 at an angle with an amount in a range of 40 ° to 50 °.
Figur 5 zeigt eine Seitenansicht eines Strangprofils 10 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Strangprofil 10 ist in Form einer rechtsdrehenden Schraubenfeder 12 gebogen. Die Schraubenfeder 12 ist eine rechtsdrehende Zugfeder, wie durch Pfeile 20 angedeutet ist. Bei der dritten Ausführungsform sind die Längserstreckungsrichtungen 30 der Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 linksgängig zu der FIG. 5 shows a side view of an extruded profile 10 according to a third embodiment of the present invention. Hereinafter, only the differences from the first embodiment will be described, and like components are given the same reference numerals. The extruded profile 10 is bent in the form of a clockwise helical spring 12. The coil spring 12 is a right-handed tension spring, as indicated by arrows 20. In the third embodiment, the longitudinal extension directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are left-handed
Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Außerdem sind bei der dritten Ausführungsform die Längserstreckungsrichtungen 38 der Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 rechtsgängig zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 22 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 at an angle with an amount in the range of 40 ° to 50 ° oriented. In addition, in the third embodiment, the longitudinal extension directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are oriented right-hand to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 22 at an angle with an amount in a range of 40 ° to 50 °.
Figur 6 zeigt eine Seitenansicht eines Strangprofils 10 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Strangprofil 10 ist in Form einer linksdrehenden Schraubenfeder 12 gebogen. Die Schraubenfeder 12 ist eine linksdrehende Zugfeder, wie durch Pfeile 20 angedeutet ist. Bei der vierten Ausführungsform sind die Langserstreckungsnchtungen 30 der Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 rechtsgängig zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Außerdem sind bei der vierten Ausführungsform die Langserstreckungsnchtungen 38 der Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 linksgängig zu der FIG. 6 shows a side view of an extruded profile 10 according to a fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, only the differences from the first embodiment will be described, and like components are given the same reference numerals. The extruded profile 10 is bent in the form of a left-handed helical spring 12. The coil spring 12 is a left-handed tension spring, as indicated by arrows 20. In the fourth embodiment, the longitudinal directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are oriented to the right longitudinal to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 at an angle with an amount in the range of 40 ° to 50 °. In addition, in the fourth embodiment, the longitudinal directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are left-handed with respect to FIG
Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 22 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert.  Longitudinal direction 22 of the extruded profile 22 at an angle with an amount in the range of 40 ° to 50 ° oriented.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen eines Strangprofils 10 beschrieben. Das Verfahren wird dabei unter Bezugnahme auf eine Herstellung eines Strangprofils 10 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Das Verfahren eignet sich jedoch ebenso zur Herstellung eines Strangprofils gemäß der zweiten bis vierten Ausführungsform. Hereinafter, a method for producing a strand profile 10 will be described. The method is described with reference to a production of an extruded profile 10 according to the first embodiment. However, the method is also suitable for producing an extruded profile according to the second to fourth embodiments.
Die Figuren 7A bis 7D zeigen dabei verschiedene Schritte des Verfahrens. Wie in Figur 7A gezeigt, wird zunächst ein Kern 40 bereitgestellt. Der Kern 40 erstreckt sich zum Definieren der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 in einer Längserstreckungsrichtung. Der Kern 40 erstreckt sich beispielsweise gerade. Der Kern 40 kann eine Anordnung verdrillter Fasern, ein Vollkern, ein ummantelter Vollkern, ein Hohlkern oder ein ummantelter Hohlkern sein. Wie in Figur 7B gezeigt wird auf den Kern 40 um die FIGS. 7A to 7D show different steps of the method. As shown in Figure 7A, a core 40 is first provided. The core 40 extends to define the longitudinal extension direction 22 of the extruded profile 10 in a longitudinal direction. The core 40 extends straight, for example. The core 40 may be an array of twisted fibers, a solid core, a jacketed solid core, a hollow core, or a jacketed hollow core. As shown in FIG. 7B, the core 40 is around the
Längserstreckungsrichtung 22 der erste Schichtaufbau 24 angeordnet. Der erste Longitudinal direction 22 of the first layer structure 24 is arranged. The first
Schichtaufbau 24 weist die erste Mehrzahl von Schichten 26 auf. Bevorzugt besteht der erste Schichtaufbau 24 aus der ersten Mehrzahl von Schichten 26. Jede Schicht 26 des ersten Schichtaufbaus 24 weist mehrere Fasern 28 auf, von denen in Figur 7B lediglich eine dargestellt ist. Die Fasern 28 können beispielsweise mittels Filamentwinding auf dem Kern 40 angeordnet werden. Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 erstrecken sich jeweils in Längserstreckungsrichtungen 30. Die Längserstreckungsrichtungen 30 der Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 werden jeweils zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 30° bis 60° und bevorzugt in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Die Fasern 28 der ersten  Layer structure 24 has the first plurality of layers 26. Preferably, the first layer structure 24 consists of the first plurality of layers 26. Each layer 26 of the first layer structure 24 has a plurality of fibers 28, of which only one is shown in FIG. 7B. The fibers 28 can be arranged on the core 40, for example by means of filament winding. The fibers 28 of the first plurality of layers 26 each extend in longitudinal directions 30. The longitudinal directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are respectively to the longitudinal extension direction 22 of the extruded profile 10 at an angle in an amount in the range of 30 ° 60 ° and preferably oriented in a range of 40 ° to 50 °. The fibers 28 of the first
Mehrzahl von Schichten 26 erstrecken sich derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10, dass sie bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils 10 in ihren Längserstreckungsrichtungen 30 auf Längsdruck beansprucht sind. Bei der gezeigten Ausführungsform werden die Längserstreckungsrichtungen 30 der Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 rechtsgängig zu der Längserstreckungsrichtung 22 des A plurality of layers 26 extend in such a way relative to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 that they are subjected to longitudinal compression under nominal torsional loading of the extruded profile 10 in their longitudinal extension directions 30. In the embodiment shown, the longitudinal extension directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are right-handed to the longitudinal extension direction 22 of FIG
Strangprofils 10 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Extruded profile 10 at an angle with an amount in the range of 40 ° to 50 ° oriented.
Wie in Figur 7C gezeigt, wird auf dem ersten Schichtaufbau 24 diesen umgebend der zweite Schichtaufbau 32 angeordnet. Der zweite Schichtaufbau 32 weist die zweite Mehrzahl von Schichten 34 auf. Bevorzugt besteht der zweite Schichtaufbau 32 aus der zweiten Mehrzahl von Schichten 34. Jede Schicht 34 des zweiten Schichtaufbaus 32 weist mehrere Fasern 36 auf, von denen in Figur 7C lediglich eine dargestellt ist. Die Fasern 36 können beispielsweise mittels Filamentwinding oder Pullwinding auf dem ersten Schichtaufbau 24 angeordnet werden. Die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 erstrecken sich jeweils in Längserstreckungsrichtungen 38. Die Längserstreckungsrichtungen 38 der Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 werden jeweils zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 30° bis 60° und bevorzugt in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 erstrecken sich derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10, dass sie bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils 10 in ihren As shown in FIG. 7C, the second layer structure 32 is arranged on the first layer structure 24 surrounding it. The second layer structure 32 has the second plurality of layers 34. Preferably, the second layer structure 32 consists of the second plurality of layers 34. Each layer 34 of the second layer structure 32 has a plurality of fibers 36, of which only one is shown in FIG. 7C. For example, the fibers 36 may be disposed on the first layer structure 24 by filament winding or pull-winding become. The fibers 36 of the second plurality of layers 34 each extend in the longitudinal extension directions 38. The longitudinal extension directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are each to the longitudinal extension direction 22 of the extruded profile 10 at an angle in an amount in the range of 30 ° 60 ° and preferably oriented in a range of 40 ° to 50 °. The fibers 36 of the second plurality of layers 34 extend in such relative to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 that they at nominal torsional load of the extruded profile 10 in their
Längserstreckungsrichtungen 38 auf Längszug beansprucht sind. Bei der ersten Longitudinal directions 38 are claimed on longitudinal train. In the first
Ausführungsform werden die Längserstreckungsrichtungen 38 der Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 linksgängig zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Embodiment, the longitudinal extension directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are left-handed to the longitudinal extension direction 22 of FIG
Strangprofils 22 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert. Extruded profile 22 oriented at an angle with an amount in a range of 40 ° to 50 °.
Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 und die Fasern 36 der zweiten The fibers 28 of the first plurality of layers 26 and the fibers 36 of the second
Mehrzahl von Schichten 34 sind Glasfasern. Der zweite Schichtaufbau 32 umfasst mehr Fasern 36 als der erste Schichtaufbau 24. So ist die Anzahl der Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 um einen Faktor 1 ,5 bis 9, bevorzugt 1 ,5 bis 4, besonders bevorzugt 2 bis 3 größer als die Anzahl der Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26. Die erste Mehrzahl von Schichten 26 und die zweite Mehrzahl von Schichten 34 können unterschiedliche Faservolumenanteile aufweisen. So weist die erste Mehrzahl von Schichten 34 einen Faservolumenanteil von 40% bis 70% bezogen auf das Volumen der ersten Schichtaufbaus 24 auf und die zweite Mehrzahl von Schichten 34 weist einen Multiple layers 34 are glass fibers. The second layer structure 32 comprises more fibers 36 than the first layer structure 24. Thus, the number of fibers 36 of the second plurality of layers 34 is greater by a factor of 1.5 to 9, preferably 1.5 to 4, more preferably 2 to 3 the number of fibers 28 of the first plurality of layers 26. The first plurality of layers 26 and the second plurality of layers 34 may have different fiber volume fractions. Thus, the first plurality of layers 34 has a fiber volume fraction of 40% to 70% based on the volume of the first layer structure 24 and the second plurality of layers 34 has one
Faservolumenanteil von 35% bis 60% bezogen auf das Volumen der zweiten Schichtaufbaus 32 auf. Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 werden in ein erstes Matrix- Material eingebettet. Die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 werden in ein zweites Matrix-Material eingebettet. Das zweite Matrix-Material kann sich von dem ersten Matrix-Material unterscheiden. So kann das erste Matrix-Material eine hohe Steifigkeit aufweisen und das zweite Matrix-Material kann eine hohe Zähigkeit aufweisen. Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 und die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 werden jeweils mit einem Tränkmittel getränkt. Der erste Schichtaufbau 24 kann von dem zweiten Schichtaufbau 32 durch eine für die Tränkmittel undurchlässige Schicht voneinander getrennt sein. Die Tränkmittel können sich voneinander unterscheiden. Die Fasern 36 des zweiten Schichtaufbaus 32 werden als Rovings mit einem Filament- Durchmesser ausgebildet, der kleiner als ein Filament-Durchmesser der Fasern 28 des ersten Schichtaufbaus 24 sein kann. Fiber volume fraction of 35% to 60% based on the volume of the second layer structure 32 on. The fibers 28 of the first plurality of layers 26 are embedded in a first matrix material. The fibers 36 of the second plurality of layers 34 are embedded in a second matrix material. The second matrix material may be different from the first matrix material. Thus, the first matrix material may have a high rigidity and the second matrix material may have a high toughness. The fibers 28 of the first plurality of layers 26 and the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are each impregnated with an impregnating agent. The first layer structure 24 may be separated from the second layer structure 32 by a layer impermeable to the impregnant layer. The impregnating agents may differ from each other. The fibers 36 of the second layer structure 32 are formed as rovings having a filament diameter that may be smaller than a filament diameter of the fibers 28 of the first layer structure 24.
Bei dem Strangprofil 10 unterscheiden sich die Längserstreckungsrichtungen 30 der Fasern 28 benachbarter Schichten 26 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander. Außerdem unterscheiden sich die Längserstreckungsrichtungen 38 der Fasern 36 benachbarter Schichten 34 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander, wie oben beschrieben ist. Anschließend kann der Kern 40 entfernt werden oder in dem ersten Schichtaufbau 24 verbleiben. Ein Entfernen des Kerns 40 ist beispielsweise möglich, wenn der Kern 40 aus PTFE hergestellt ist, da dieses Material mit dem Matrixsystem des Faserverbundwerkstoffes nicht verklebt. Wie in Figur 7D gezeigt, wird das Strangprofil 10 anschließend gebogen. Das Strangprofil 10 wird beispielsweise in Form einer rechtsdrehenden Schraubenfeder 12 gebogen, beispielsweise mittels eines Freiformwerkzeugs. Die Schraubenfeder 12 wird mit einer Steigung H, einem Federdurchmesser D und einem Steigungswinkel a ausgebildet, wobei ein Verhältnis tan a = Η/(π* D) nicht größer als 0,22 und bevorzugt nicht größer als 0,21 ist. Anschließend wird die Schraubenfeder 12 ausgehärtet, was unter Wärmezufuhr geschehen kann. In the extruded profile 10, the longitudinal extension directions 30 of the fibers 28 of adjacent layers 26 of the first plurality of layers 26 differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° from each other. Moreover, the longitudinal extension directions 38 of the fibers 36 of adjacent layers 34 of the second plurality of layers 34 differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 °, and more preferably 2 ° to 6 °, as described above. Subsequently, the core 40 be removed or remain in the first layer structure 24. Removal of the core 40 is possible, for example, if the core 40 is made of PTFE, since this material does not stick to the matrix system of the fiber composite material. As shown in Figure 7D, the extruded profile 10 is then bent. The extruded profile 10 is bent, for example in the form of a clockwise-rotating coil spring 12, for example by means of a freeform tool. The coil spring 12 is formed with a pitch H, a spring diameter D and a pitch angle a, wherein a ratio tan a = Η / (π * D) is not greater than 0.22 and preferably not greater than 0.21. Subsequently, the coil spring 12 is cured, which can be done with heat.
Beispiele Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden. EXAMPLES The invention will be explained in more detail with reference to the following examples.
Für die nachstehenden Beispiele wird die folgende Nomenklatur verwendet, die bei der Ermittlung der Versuchsergebnisse verwendet wurde. B Exponent Dauerschwingfestigkeit For the examples below, the following nomenclature used in determining the experimental results is used. B exponential fatigue strength
C Verhältnis DI de C ratio DI d e
de Strangprofil Außendurchmesser de extruded profile outside diameter
di Strangprofil Innendurchmesser di extruded profile inside diameter
D Federdurchmesser  D spring diameter
F Kraft F force
G Schubmodul gemittelt  G shear modulus averaged
H Steigung der Federwindung  H slope of the spring coil
k Verhältnis di/de k ratio di / d e
K Federkonstante  K spring constant
n Anzahl Schwingungen bis zum Bruch n number of vibrations to break
N Anzahl der Federwindungen  N number of spring coils
a Steigungswinkel der Federwindung a pitch angle of the spring coil
δ Auslenkung der Feder aus der unbelasteten Lage δ deflection of the spring from the unloaded position
öB.max Biegespannung am horizontalen Außenrand des Strangprofilquerschnitts öB.max Bending stress at the horizontal outer edge of the extruded profile cross-section
TS Schubspannung durch Scherung T S shear stress due to shear
ττ Schubspannung durch Torsion am Strangprofilumfang bei radial steigender τ τ Shear stress due to torsion on the extruded profile circumference with radially increasing
Spannung  tension
TM AX Erhöhte Schubspannung am inneren Umfang einer dicken Feder infolge von Torsion und Scherung, berechnet nach Waals T M AX Increased shear stress at the inner circumference of a thick spring due to torsion and shear, calculated according to Waals
p Dichte Zur Geometrie der Schraubenfeder gilt folgendes Verhältnis zwischen Steigung H,p density For the geometry of the coil spring, the following relationship between slope H,
Federdurchmesser D und Steigungswinkel a: Spring diameter D and pitch angle a:
H  H
tan(a) =— tan (a) = -
Wie der Standard-Literatur zur Auslegung von Schraubenfedern zu entnehmen ist, wirken auf den Querschnitt einer hohlen Schraubenfeder bei axialer Krafteinleitung Spannungen durch Torsion, Biegung und Scherung. As can be deduced from the standard literature on the design of coil springs, stresses on torsion, bending and shear stress are exerted on the cross-section of a hollow helical spring when the axial force is applied.
Scherspannung: Shear stress:
Biegespannung um die Feder-Achse:Bending stress around the spring axis:
°B'max = nd l - k*) ° B ' max = nd l - k *)
Schubspannung durch Torsion am Außenrand bei radialem Spannungsverlauf: Shear stress by torsion at the outer edge with radial stress curve:
8 FD  8 FD
TT = 7T df (l - fc4) TT = 7T df (l - fc 4 )
Bei Federn aus dicken Stäben bzw. Strangprofilen ergibt sich eine erhöhte Schubspannung am inneren Umfang der Federwindung infolge von Torsion und Scherung, die nach Waals approximiert wird mit: For springs made of thick rods or extruded profiles results in an increased shear stress on the inner circumference of the spring coil due to torsion and shear, which is approximated by Waals with:
8 F D 4 C - 1 0,615\  8 F D 4 C - 1 0.615 \
= n de 3 (l - k*) U C - 4 + ~ΊΓ) = nd e 3 (l - k *) UC - 4 + ~ ΊΓ)
Versuche zur Dauerschwingfestigkeit werden oft als Wöhler-Linien gemäß folgender Gleichung wiedergegeben:Endurance tests are often reported as Wöhler lines according to the following equation:
106) = τ{η) (-^)ß 10 6 ) = τ {η) (- ^) ß
Die Auslenkung der Feder berechnet sich als The deflection of the spring is calculated as
8 F D3N 8 FD 3 N
~ G d*(l - /c4) ~ G d * (l - / c 4 )
Die Federkonstante ist die lokale Steigung der Kraft in Abhängigkeit von der Auslenkung: The spring constant is the local slope of the force as a function of the deflection:
AF  AF
Umgekehrt lässt sich aus der Steigung der notwendige Schubmodul ermitteln: Conversely, the required shear modulus can be determined from the slope:
8 D3N 8 D 3 N
G = K d (l - Die Masse einer Schraubenfeder ergibt sich aus den Anforderungen der zulässigen Kraft und gewünschten Auslenkung bei dieser Kraft als Funktion der drei MaterialkennwerteG = K d (l - The mass of a coil spring results from the requirements of the permissible force and desired deflection at this force as a function of the three material characteristics
Schubmodul, Dichte und Schubfestigkeit: Shear modulus, density and shear strength:
1 p G  1 p G
m = 2 —— -FS  m = 2 - FS
1 + k2 ττ 2 1 + k 2 τ τ 2
Um bei einer Feder die Masse m zu minimieren, gilt es, Laminate, d.h. Schichtaufbauten, mit einem geringen Schubmodul G und einer hohen Schubfestigkeit ττ zu entwickeln. To minimize the mass m in a spring, it is necessary to develop laminates, ie layer structures, with a low shear modulus G and a high shear strength τ τ .
Untersucht wurden rechtsdrehende Schraubenfedern unter Druck mit den Abmessungen D = 99,5mm, de=19,5 mm, d,=10,0 mm. Die Steigung war an den beiden Enden in der Regel flacher, wie bei Schraubenfedern für den kraftfahrzeugtechnischen Bereich üblich. Tabelle 1 zeigt die Steigung der Windungen bei der Formgebung. Die Steigung der Feder-Auflagen ist mit aufgeführt. Die Steigung H ist in Tabelle 1 in mm angegeben. In der ersten Zeile geben die Zahlenwerte Windungsabschnitte an, wobei die Zahl 1 eine vollständige Windung bzw. 360° angibt. We examined right-handed coil springs under pressure with the dimensions D = 99.5 mm, d e = 19.5 mm, d, = 10.0 mm. The slope was generally flatter at the two ends, as is common with coil springs for the automotive industry. Table 1 shows the slope of the turns in the shaping. The pitch of the spring pads is listed. The slope H is given in mm in Table 1. In the first line, the numerical values indicate turns sections, where the number 1 indicates one complete turn or 360 °.
Tabelle 1 Table 1
Laminat: Der Laminataufbau der einzelnen Proben war feinschichtig (F) oder grobschichtig (G) mit unterschiedlichem Verhältnis der in ihrer Längsrichtung druckbelasteten Fasern zu den in ihrer Längsrichtung zugbelasteten Fasern. Feinschichtig bedeutet dabei eine abwechselnde Anordnung der Schichten unterschiedlicher Drehrichtung und grobschichtig bedeutet, dass erst eine Mehrzahl von Schichten mit Fasern gleicher Drehrichtung und dann eine Mehrzahl von Schichten mit Fasern entgegengesetzter bzw. abweichender Laminate: The laminate construction of the individual samples was fine-grained (F) or coarse (G) with different ratios of the fibers subjected to pressure in their longitudinal direction to the fibers loaded in their longitudinal direction. In this case, fine-layered means an alternating arrangement of the layers of different directions of rotation and coarse-layer means that only a plurality of layers with fibers of the same direction of rotation and then a plurality of layers with fibers of opposite or deviating
Drehrichtung aufgebracht wird. So sind in Tabelle 2 in der ersten Spalte Probenvarianten angegeben, die unterschiedliche Laminat- bzw. Schichtaufbauten aufweisen, wobei die Laminat- bzw. Schichtaufbauten in der zweiten Spalte angegeben sind. Dabei werden in der ersten Spalte in den Klammern zuerst die Anzahl der druckbelasteten Schichten und dann die Anzahl der zugbelasteten Schichten angegeben. So bedeutet beispielsweise F(3/7) einen feinschichtigen Aufbau mit drei druckbelasteten und sieben zugbelasteten Schichten. Der genaue Aufbau de Schichten ist in der zweiten Spalte angegeben, wobei (-) eine  Direction of rotation is applied. Thus, in Table 2 in the first column sample variants are given, which have different laminate or layer structures, wherein the laminate or layer structures are given in the second column. The number of pressure-loaded layers and then the number of layers loaded with tension are indicated in the first column in the brackets first. Thus, for example, F (3/7) means a fine-layered structure with three pressure-loaded and seven tensile layers. The exact structure of the layers is given in the second column, where (-) a
Orientierung bzw. einen Winkel zur Längserstreckungsrichtung des Strangprofils für druckbelastetet Schichten und (+) eine Orientierung bzw. einen Winkel zur  Orientation or an angle to the longitudinal extension direction of the extruded profile for pressure-loaded layers and (+) an orientation or an angle to
Längserstreckungsrichtung des Strangprofils für zugbelastetet Schichten angibt. Tabelle 2 Longitudinal direction of the extruded profile for zugbelastetet layers indicates. Table 2
Für die untersuchten Strangprofile wurden die folgenden Materialien verwendet. Die The following materials were used for the tested extruded profiles. The
Glasfaser war ein Roving mit einem Gewicht von 2400 g/km (2400 tex). System A bestand aus dem Harz Bisphenol-A-Diglycidylether mit 22 Gew.-% Butandiol-Diglycidylether und dem Härter Diethylmethylbenzoldiamin im Mischungsverhältnis 100 : 26. System B bestand aus dem Harz Bisphenol-A-Diglycidylether mit 22 Gew.% Butandiol-Diglycidylether und dem Härter Dicyanamid (56 Gew.%) + Methylcyclohexyl-Diamin (26 Gew.-%) + 3,3'-(4-Methyl-1 ,3- Phenylen) bis (1 ,1 -Dimethylharnstoff), erhältlich unter dem Markennamen Uron Dyhard UR500, (18 Gew.%) im Mischungsverhältnis 100 : 1 1. Der Fasermassenanteil wurde rechnerisch über die verwendete Menge an Glasmaterial, Kernmaterial, Hilfsmaterialien und das Gesamtgewicht der Profile für System A bei 67% +/- 2% und für System B bei 65% +/- 2% ermittelt.  Glass fiber was a roving weighing 2400 g / km (2400 tex). System A consisted of the resin bisphenol A diglycidyl ether with 22 wt .-% butanediol diglycidyl ether and the hardener diethylmethylbenzene diamine in the mixing ratio 100: 26. System B consisted of the resin bisphenol A diglycidyl ether with 22 wt.% Butanediol diglycidyl ether and the curing agent dicyanamide (56% by weight) + methylcyclohexyl-diamine (26% by weight) + 3,3 '- (4-methyl-1,3-phenylene) bis (1,1-dimethylurea), available under the trade name Uron Dyhard UR500, (18% by weight) in a mixing ratio of 100: 1 1. The fiber mass fraction was calculated using the amount of glass material, core material, auxiliary materials used and the total weight of profiles for system A at 67% +/- 2% and for system B determined at 65% +/- 2%.
Die Federstäbe wurden mit Filamentwinding mit 8 Fäden pro Schicht mit einem Mehrfach- Ringfadenauge hergestellt. Gewickelt wurde auf einen 7 mm Stahlkern, umhüllt von einem Polyethylen-Schlauch mit 10 mm Außendurchmesser und 1 mm Wandstärke, der ohne wesentlichen Einfluss auf die Festigkeit und Steifigkeit der Federn ist. Der Stahlkern wurde nach dem Filamentwinding gezogen. Die Federstäbe wurden auf ein Rohr mit 80 mm The spring bars were made with filament winding with 8 threads per layer with a multiple ring thread eye. Wrapped on a 7 mm steel core encased in a polyethylene hose with 10 mm outer diameter and 1 mm wall thickness, which has no significant effect on the strength and rigidity of the springs. The steel core was pulled after filament winding. The spring bars were placed on a tube of 80 mm
Außendurchmesser gewickelt. Die Steigung im Formprozess wurde über Abstandshalter eingestellt. Die Härtung von System A erfolgte für 2 h bei 120°C und für 5 h bei 150°C. Die Härtung von System B erfolgte für 3 h bei 90°C und für 1 h bei 140°C. Die Laminate waren nicht nur unterschiedlich belastbar, sondern auch unterschiedlich torsionssteif. Daher wurden die Versuche zur Schwingfestigkeit von einer minimalen  Outer diameter wound. The slope in the molding process was adjusted by spacers. The cure of System A was at 120 ° C for 2 hours and at 150 ° C for 5 hours. The cure of System B was at 90 ° C for 3 hours and at 140 ° C for 1 hour. The laminates were not only different loadable, but also different torsional stiffness. Therefore, the tests for fatigue strength of a minimum
Haltekraft von 1000 N bis zu einer möglichst hohen Kraft bis kurz vor Blocksatz der Feder gefahren, was je nach Laminat 3 - 5 kN waren. Die Frequenz betrug 3,5 1/s. So wurde bei einer Kraft F eine Zyklenzahl n bis zum Bruch ermittelt.  Holding force of 1000 N up to the highest possible force until just before the block set of the spring driven, depending on the laminate 3 - 5 kN were. The frequency was 3.5 1 / s. Thus, with a force F, a number of cycles n up to the break was determined.
Die Kennzahlen zum Vergleich der Laminate wurden wie folgt berechnet: Aus der The key figures for comparing the laminates were calculated as follows: From
Federkennlinie F(5) wurde bei einer mittleren Auslenkung von 55 mm die Steigung K ermittelt. Das Schubmodul G wurde aus dieser Steigung ermittelt unter der Annahme, dass bei dieser Einfederung 4 freie Windungen tordieren konnten. Die höchste Torsionsspannung und maximale Schubspannung bei der Zyklenzahl n wurde bestimmt als: Spring characteristic F (5), the slope K was determined at a mean deflection of 55 mm. The shear modulus G was determined from this slope assuming that 4 free turns could twist during this deflection. The highest torsional stress and maximum shear stress at the number of cycles n was determined as:
8 F D  8 F D
ττ(η) = τ τ (η) =
d| (l - /c4) d | (l - / c 4 )
8 F D 4 C - 1 0,615\  8 F D 4 C - 1 0.615 \
n d (l - W V4 C - + C ) nd (1-W V4 C - + C)
Mit einem experimentell ermittelten Exponenten B=0,05 wurde zum Vergleich der Laminate die zulässige Torsionsspannung und maximale Schubspannung bei 1 Mio. Zyklen ermittelt: τΓ(106) = τΓ( ) (Ί^)Β With an experimentally determined exponent B = 0.05, the permissible torsional stress and maximum shear stress at 1 million cycles were determined for comparison of the laminates: τ Γ (10 6 ) = τ Γ () ( Ί ^) Β
6 ) ( 71 6 jB 6) ( 71 6 j B
Tmax(10 — Tmax( l) T max (10 - T max (l)
Figur 8 gibt die so ermittelten Ergebnisse für den Schubmodul, die ertragbare FIG. 8 gives the results thus determined for the shear modulus, the sustainable one
Schubspannung bei 1 Mio. Zyklen und das Verhältnis von Schubmodul zu ertragbarer Schubspannung im Quadrat an. Shear stress at 1 million cycles and the ratio of shear modulus to sustainable shear stress in square.
Die Ergebnisse in Figur 8 zeigen die Überlegenheit dieser Laminate bei Torsionsbelastung. Insbesondere das Verhältnis G/ τΤ 2 , das proportional zur notwendigen Federmasse ist, sinkt vom Wert des feinschichtigen Standardlaminates F(5/5) auf 55%, was eine The results in Figure 8 show the superiority of these laminates under torsional loading. In particular, the ratio G / τ Τ 2 , which is proportional to the necessary spring mass, decreases from the value of the fine-layered standard laminate F (5/5) to 55%, which is a
Gewichtsersparnis gegenüber diesem Standardlaminat von 45% ermöglicht. Weight saving compared to this standard laminate of 45% allows.
Mit zunehmender Steigung H bzw. zunehmendem Steigungswinkel a steigt jedoch auch die Biegespannung im Strangprofil. Das Strangprofil kann nicht mehr ausschließlich auf Torsion optimiert werden. Figur 9 zeigt die ertragbare Schubspannung Tmax in Abhängigkeit von tan a. Figur 9 zeigt, dass bei einem Feder-Design mit hoher Steigung H durch die höheren However, with increasing slope H or increasing pitch angle a, the bending stress in the extruded profile also increases. The extruded profile can no longer be optimized exclusively for torsion. FIG. 9 shows the transmittable shear stress T max as a function of tan a. Figure 9 shows that in a high pitch spring design, H is higher
Biegespannungen das torsions-optimierte Laminat schlechter abschneidet. Bending stresses the torsion-optimized laminate cuts off worse.
Tabelle 3 zeigt den Vergleich von Schubfestigkeit und zum Teil Schubmodul für Table 3 shows the comparison of shear strength and partly shear modulus for
verschiedene Laminate für zwei verschiedene Epoxysysteme. different laminates for two different epoxy systems.
Tabelle 3 Table 3
*Versuch ohne Federbruch beendet Figur 10 zeigt die ertragbare Schubspannung Tmax für zwei Laminat-Typen in Federn mit ähnlichem Profil und unterschiedlicher Chemie für die verwendeten Materialien. Genauer ist in Figur 10 die ertragbare Schubspannung Tmax für ein Strangprofil in Form von * Experiment ends without spring break Figure 10 shows the transmittable shear stress T max for two types of laminate in springs with a similar profile and different chemistry for the materials used. More precisely, in FIG. 10, the transmittable shear stress T max for an extruded profile in the form of
Standardlaminat F(5/5) hergestellt mit der Chemie gemäß dem oben beschriebenen Systemen A und B sowie für ein Strangprofil mit einem erfindungsgemäßen Aufbau G(3/7) hergestellt mit der Chemie gemäß dem oben beschriebenen Systemen A und B dargestellt. Aus Figur 10 ist zu erkennen, dass die ertragbare Schubspannung Tmax für das Strangprofil mit einem erfindungsgemäßen Aufbau G(3/7) höher als für das Strangprofil in Form von Standardlaminat F(5/5), wobei die verwendete Chemie einen vernachlässigbaren Einfluss auf die ertragbare Schubspannung imax hat. Anhand Figur 10 ist der vorteilhafte Effekt auf die ertragbare Schubspannung Tmax aufgrund der vorliegenden Erfindung deutlich zu erkennen. Standard laminate F (5/5) prepared with the chemistry according to systems A and B described above and for an extruded profile with a construction G according to the invention (3/7) prepared with the chemistry according to systems A and B described above. From FIG. 10 it can be seen that the transmittable shear stress T max for the extruded profile with a construction G according to the invention (3/7) is higher than for the extruded profile in the form of standard laminate F (5/5), the chemistry used having a negligible influence the transmittable shear stress i max has. With reference to FIG. 10, the advantageous effect on the transmittable shear stress T max can be clearly seen on the basis of the present invention.

Claims

Patentansprüche  claims
1. Strangprofil (10), wobei sich das Strangprofil (10) in einer Längserstreckungsrichtung (22) erstreckt, wobei das Strangprofil (10) einen um die Längserstreckungsrichtung1. extruded profile (10), wherein the extruded profile (10) in a longitudinal direction of extension (22), wherein the extruded profile (10) extends around the longitudinal direction
(22) angeordneten ersten Schichtaufbau (24) und einen den ersten Schichtaufbau (24) umgebenden zweiten Schichtaufbau (32) aufweist, (22) arranged first layer structure (24) and a first layer structure (24) surrounding the second layer structure (32),
wobei der erste Schichtaufbau (24) eine erste Mehrzahl von Schichten (26) umfasst, wobei jede Schicht (26) des ersten Schichtaufbaus (24) mehrere Fasern (28) aufweist, wobei der zweite Schichtaufbau (32) eine zweite Mehrzahl von Schichten (34) umfasst, wobei jede Schicht (34) des zweiten Schichtaufbaus (32) mehrere Fasern (36) aufweist,  wherein the first layer structure (24) comprises a first plurality of layers (26), each layer (26) of the first layer structure (24) comprising a plurality of fibers (28), the second layer structure (32) comprising a second plurality of layers (34 ), each layer (34) of the second layer structure (32) having a plurality of fibers (36),
wobei sich die Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) und die Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) jeweils in Langserstreckungsnchtungen (30, 38) erstrecken, wobei die Langserstreckungsnchtungen (30) der Fasern (28) der ersten wherein the fibers (28) of the first plurality of layers (26) and the fibers (36) of the second plurality of layers (34) each extend in longitudinal directions (30, 38), wherein the longitudinal extents (30) of the fibers (28) the first
Mehrzahl von Schichten (26) und der Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) jeweils zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 30° bis 60° und bevorzugt in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert sind, A plurality of layers (26) and the fibers (36) of the second plurality of layers (34) each to the longitudinal direction (22) of the extruded profile (10) at an angle in an amount in the range of 30 ° to 60 ° and preferably in are oriented in a range of 40 ° to 50 °,
wobei sich die Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) derart relativ zu der wherein the fibers (28) of the first plurality of layers (26) are so relative to the
Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) erstrecken, dass sie bei Soll- Torsionsbelastung des Strangprofils (10) in ihren Längserstreckungsrichtungen (30) auf Längsdruck beansprucht sind, Longitudinal direction (22) of the extruded profile (10) extend that they are subjected to longitudinal stress in the longitudinal direction of extension (30) in the case of nominal torsional loading of the extruded profile (10),
wobei sich die Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) erstrecken, dass sie bei wherein the fibers (36) of the second plurality of layers (34) extend relative to the longitudinal extension direction (22) of the extruded profile (10) in such a way as to provide
Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils (10) in ihren Längserstreckungsrichtungen (38) auf Längszug beansprucht sind, Desired torsional load of the extruded profile (10) are claimed in their longitudinal directions of extension (38) on longitudinal train,
wobei sich die Längserstreckungsrichtungen (30) der Fasern (28) benachbarter Schichten (26) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander unterscheiden,  wherein the longitudinal extension directions (30) of the fibers (28) of adjacent layers (26) of the first plurality of layers (26) are at an angle in the range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° apart,
wobei sich die Längserstreckungsrichtungen (38) der Fasern (36) benachbarter Schichten (34) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander unterscheiden.  wherein the longitudinal extension directions (38) of the fibers (36) of adjacent layers (34) of the second plurality of layers (34) are at an angle in the range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° apart.
2. Strangprofil (10) nach Anspruch 1 , wobei der zweite Schichtaufbau (32) mehr Fasern (36) als der erste Schichtaufbau (24) umfasst, wobei insbesondere die Anzahl der Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) um einen Faktor 1 ,5 bis 9, bevorzugt 1 ,5 bis 4, besonders bevorzugt 2 bis 3 größer als die Anzahl der Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) ist. 2. An extruded profile (10) according to claim 1, wherein the second layer structure (32) comprises more fibers (36) than the first layer structure (24), wherein in particular the number of fibers (36) of the second plurality of layers (34) around a Factor 1, 5 to 9, preferably 1, 5 to 4, more preferably 2 to 3 is greater than the number of fibers (28) of the first plurality of layers (26).
3. Strangprofil (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) mit einem ersten Tränkmittel getränkt sind und die Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) mit einem zweiten Tränkmittel getränkt sind, wobei der erste Schichtaufbau (24) von dem zweiten Schichtaufbau (32) bevorzugt durch eine für das erste Tränkmittel und das zweite Tränkmittel undurchlässige Schicht voneinander getrennt ist, wobei sich bevorzugt das erste Tränkmittel von dem zweiten Tränkmittel unterscheidet. An extruded profile (10) according to claim 1 or 2, wherein the fibers (28) of the first plurality of layers (26) are impregnated with a first impregnating agent and the fibers (36) of the second plurality of layers (34) are impregnated with a second impregnating agent wherein the first layer structure (24) is preferably separated from the second layer structure (32) by a layer impermeable to the first impregnating agent and the second impregnating agent, preferably wherein the first impregnating agent is different from the second impregnating agent.
4. Strangprofil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Strangprofil (10) einen Kern (40) aufweist, auf dem der erste Schichtaufbau (24) angeordnet ist, wobei der Kern (40) eine Anordnung verdrillter Fasern, ein Vollkern, ein ummantelter Vollkern, ein Hohlkern oder ein ummantelter Hohlkern ist. The extruded profile (10) according to any one of claims 1 to 3, wherein the extruded profile (10) has a core (40) on which the first layer structure (24) is arranged, wherein the core (40) comprises an array of twisted fibers Solid core, a sheathed solid core, a hollow core or a sheathed hollow core is.
5. Strangprofil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Strangprofil (10) in Form einer Schraubenfeder (12) gebogen ist, wobei insbesondere die Schraubenfeder (12) eine Steigung H, einen Federdurchmesser D und einen Steigungswinkel a aufweist, wobei ein Verhältnis tan a = Η/(π* D) nicht größer als 0,22 und bevorzugt nicht größer als 0,21 ist. 5. extruded profile (10) according to one of claims 1 to 4, wherein the extruded profile (10) is bent in the form of a coil spring (12), wherein in particular the helical spring (12) has a pitch H, a spring diameter D and a pitch angle a, wherein a ratio tan a = Η / (π * D) is not greater than 0.22 and preferably not greater than 0.21.
6. Strangprofil (10) nach Anspruch 5, wobei das Strangprofil (10) als rechtsdrehende Druckfeder oder linksdrehende Zugfeder ausgebildet ist, wobei die 6. extruded profile (10) according to claim 5, wherein the extruded profile (10) is designed as a clockwise-rotating compression spring or left-handed tension spring, wherein the
Längserstreckungsrichtungen (30) der Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) rechtsgängig zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert sind, wobei die Längserstreckungsrichtungen (38) der Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) linksgängig zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert sind oder  Longitudinal extension directions (30) of the fibers (28) of the first plurality of layers (26) are oriented right-handed to the longitudinal direction (22) of the extruded profile (10) at an angle with an amount in a range of 40 ° to 50 °, the longitudinal extension directions (38) the fibers (36) of the second plurality of layers (34) are oriented left-handed to the longitudinal extension direction (22) of the extruded profile (10) at an angle in an amount in a range of 40 ° to 50 ° or
wobei das Strangprofil (10) als linksdrehende Druckfeder oder rechtsdrehende  wherein the extruded profile (10) as a left-handed compression spring or clockwise
Zugfeder ausgebildet ist, wobei die Längserstreckungsrichtungen (30) der Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) linksgängig zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert sind, wobei die Längserstreckungsrichtungen (38) der Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) rechtsgängig zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert sind.  Tension spring is formed, wherein the longitudinal extension directions (30) of the fibers (28) of the first plurality of layers (26) left to the longitudinal direction (22) of the extruded profile (10) at an angle in an amount in a range of 40 ° to 50 ° wherein the longitudinal extension directions (38) of the fibers (36) of the second plurality of layers (34) are oriented to the longitudinal direction (22) of the extruded profile (10) at right angles to the longitudinal direction (22) at an angle in the range of 40 ° to 50 ° are.
7. Strangprofil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) und die Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) Glasfasern sind. The extruded profile (10) according to any one of claims 1 to 6, wherein the fibers (28) of the first plurality of layers (26) and the fibers (36) of the second plurality of layers (34) are glass fibers.
8. Verfahren zum Herstellen eines Strangprofils (10), bevorzugt eines Strangprofils (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend: (i) Bereitstellen eines Kerns (40), der sich zum Definieren einer 8. A method for producing an extruded profile (10), preferably an extruded profile (10) according to one of claims 1 to 7, comprising: (i) providing a kernel (40) suitable for defining a
Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) in einer  Longitudinal direction (22) of the extruded profile (10) in one
Längserstreckungsrichtung erstreckt,  Extends longitudinal direction,
(ii) Anordnen eines ersten Schichtaufbaus (24) um den Kern (40), wobei der erste Schichtaufbau (24) aus einer ersten Mehrzahl von Schichten (26) ausgebildet wird, wobei jede Schicht (26) des ersten Schichtaufbaus (24) mehrere Fasern (28) aufweist,  (ii) placing a first layer structure (24) around the core (40), the first layer structure (24) being formed from a first plurality of layers (26), each layer (26) of the first layer structure (24) comprising a plurality of fibers (28),
(iii) Anordnen eines zweiten Schichtaufbaus (32) um den ersten Schichtaufbau (24), wobei der zweite Schichtaufbau (32) aus einer zweiten Mehrzahl von Schichten (34) ausgebildet wird, wobei jede Schicht (34) des zweiten  (iii) arranging a second layer structure (32) around the first layer structure (24), wherein the second layer structure (32) is formed from a second plurality of layers (34), each layer (34) of the second
Schichtaufbaus (32) mehrere Fasern (36) aufweist, wobei sich die Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) und die Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) jeweils in Längserstreckungsrichtungen (30, 38) erstrecken, wobei die Längserstreckungsrichtungen (30, 38) der Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) und der Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) jeweils zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 30° bis 60° und bevorzugt in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert sind, wobei sich die Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) erstrecken, dass sie bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils (10) in ihren Längserstreckungsrichtungen (30) auf Längsdruck beansprucht sind, wobei sich die Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) erstrecken, dass sie bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils (10) in ihren  Layer structure (32) has a plurality of fibers (36), wherein the fibers (28) of the first plurality of layers (26) and the fibers (36) of the second plurality of layers (34) each extend in longitudinal extension directions (30, 38) wherein the longitudinal extension directions (30, 38) of the fibers (28) of the first plurality of layers (26) and the fibers (36) of the second plurality of layers (34) at an angle to the longitudinal extension direction (22) of the extruded profile (10) are oriented in an amount in a range of 30 ° to 60 ° and preferably in a range of 40 ° to 50 °, wherein the fibers (28) of the first plurality of layers (26) are so relative to the longitudinal direction (22) of the Extruded profiles (10) extend that they are subjected to longitudinal pressure under nominal torsional loading of the extruded profile (10) in their longitudinal extension directions (30), the fibers (36) of the second plurality of layers (34) being so relative to the longitudinal extent gsrichtung (22) of the extruded profile (10) extend that they at nominal torsional load of the extruded profile (10) in their
Längserstreckungsrichtungen (38) auf Längszug beansprucht sind, wobei sich die Längserstreckungsrichtungen (30) der Fasern (28) benachbarter  Longitudinal directions (38) are claimed on longitudinal train, wherein the longitudinal extension directions (30) of the fibers (28) adjacent
Schichten (26) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander unterscheiden, wobei sich die  Layers (26) of the first plurality of layers (26) differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° apart, wherein the
Längserstreckungsrichtungen (38) der Fasern (36) benachbarter Schichten (34) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander unterscheiden,  Longitudinal directions (38) of the fibers (36) of adjacent layers (34) of the second plurality of layers (34) at an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° apart,
(iv) Entfernen des Kerns (40) oder Belassen des Kerns (40) in dem ersten  (iv) removing the core (40) or leaving the core (40) in the first one
Schichtaufbau (24).  Layer structure (24).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der zweite Schichtaufbau (32) mit mehr Fasern (36) als der erste Schichtaufbau (24) ausgebildet wird, wobei insbesondere die Anzahl der Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) um einen Faktor 1 ,5 bis 9, bevorzugt 1 ,5 bis 4, besonders bevorzugt 2 bis 3 größer als die Anzahl der Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) ist. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) mit einem ersten Tränkmittel getränkt werden und die Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) mit einem zweiten Tränkmittel getränkt werden, wobei der erste Schichtaufbau (24) von dem zweiten Schichtaufbau (32) bevorzugt durch eine für das erste Tränkmittel und das zweite Tränkmittel undurchlässige Schicht voneinander getrennt wird, wobei sich bevorzugt das erste Tränkmittel von dem zweiten Tränkmittel unterscheidet. The method of claim 8, wherein the second layer structure (32) is formed with more fibers (36) than the first layer structure (24), wherein in particular the number of fibers (36) of the second plurality of layers (34) by a factor of 1, 5 to 9, preferably 1, 5 to 4, more preferably 2 to 3 is greater than the number of fibers (28) of the first plurality of layers (26). The method of claim 8 or 9, wherein the fibers (28) of the first plurality of layers (26) are impregnated with a first impregnating agent and the fibers (36) of the second plurality of layers (34) are impregnated with a second impregnating agent, wherein the first layer structure (24) is preferably separated from the second layer structure (32) by a layer impermeable to the first impregnating agent and the second impregnating agent, preferably wherein the first impregnating agent is different from the second impregnating agent.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, weiterhin umfassend Biegen des Strangprofils (10) in Form einer Schraubenfeder (12), wobei insbesondere die Method according to one of claims 8 to 10, further comprising bending the extruded profile (10) in the form of a helical spring (12), wherein in particular the
Schraubenfeder (12) eine Steigung H, einen Federdurchmesser D und einen  Coil spring (12) has a pitch H, a spring diameter D and a
Steigungswinkel a, aufweist, wobei ein Verhältnis tan a = Η/(π* D) nicht größer als 0,22 und bevorzugt nicht größer als 0,21 ist. Slope angle a, wherein a ratio tan a = Η / (π * D) is not greater than 0.22 and preferably not greater than 0.21.
Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei das Strangprofil (10) als rechtsdrehende The method of claim 1 1, wherein the extruded profile (10) as dextrorotatory
Druckfeder oder linksdrehende Zugfeder ausgebildet wird, wobei die  Compression spring or left-handed tension spring is formed, wherein the
Längserstreckungsrichtungen (30) der Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) rechtsgängig zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert werden, wobei die Längserstreckungsrichtungen (38) der Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) linksgängig zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert werden oder  Longitudinal directions (30) of the fibers (28) of the first plurality of layers (26) are oriented right-handed to the longitudinal direction (22) of the extruded profile (10) at an angle with an amount in a range of 40 ° to 50 °, wherein the longitudinal extension directions (38) the fibers (36) of the second plurality of layers (34) are oriented left-handed relative to the longitudinal extension direction (22) of the extruded profile (10) at an angle in an amount in a range of 40 ° to 50 ° or
wobei das Strangprofil (10) als linksdrehende Druckfeder oder rechtsdrehende  wherein the extruded profile (10) as a left-handed compression spring or clockwise
Zugfeder ausgebildet wird, wobei die Längserstreckungsrichtungen (30) der Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) linksgängig zu der  Tension spring is formed, wherein the longitudinal extension directions (30) of the fibers (28) of the first plurality of layers (26) to the left to the
Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert werden, wobei die  Longitudinal extension direction (22) of the extruded profile (10) are oriented at an angle with an amount in a range of 40 ° to 50 °, wherein the
Längserstreckungsrichtungen (38) der Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von  Longitudinal directions (38) of the fibers (36) of the second plurality of
Schichten (34) rechtsgängig zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 40° bis 50° orientiert werden.  Layers (34) are oriented to the right longitudinal to the longitudinal direction (22) of the extruded profile (10) at an angle in an amount in the range of 40 ° to 50 °.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Fasern (28) der ersten 13. The method according to any one of claims 8 to 12, wherein the fibers (28) of the first
Mehrzahl von Schichten (26) und die Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten A plurality of layers (26) and the fibers (36) of the second plurality of layers
(34) Glasfasern sind. (34) are glass fibers.
14. Strangprofil (10), erhalten oder erhältlich gemäß einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13. 14. extruded profile (10), obtained or obtainable according to a method according to any one of claims 8 to 13.
15. Verwendung eines Strangprofils (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 oder gemäß Anspruch 14 als Feder in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs. 15. Use of an extruded profile (10) according to any one of claims 1 to 7 or according to claim 14 as a spring in a chassis of a motor vehicle.
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