DE102008057462B4

DE102008057462B4 - Spring made of a fiber composite material and method and apparatus for producing the same

Info

Publication number: DE102008057462B4
Application number: DE102008057462.7A
Authority: DE
Inventors: Matthias Voigt; Heiko Kempe
Original assignee: IFC Composite GmbH
Current assignee: Shandong Sinoma Composite Auto Parts Co Ltd Cn
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2028-11-15
Also published as: DE102008057462A1

Abstract

Feder (1) aus einem Faserverbundwerkstoff, die zwei Endabschnitte (2, 6) und dazwischen angeordnete Windungsabschnitte (4, 5) aufweist, wobei die Endabschnitte (2, 6) und die Windungsabschnitte (4, 5) über Umlenkabschnitte (3) einstückig miteinander verbunden sind, und bei der alle Abschnitte (2, 3, 4, 5, 6) aus wechselweise übereinander gelegte Lagen (14, 15) eines Faserverbundwerkstoffes bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (1) aus Prepreg-Lagen (14, 15) aufgebaut ist, die entlang ihrer Längserstreckung sinus- oder kosinus-förmig verlaufend wechselweise übereinander angeordnet sind.A spring (1) made of a fiber composite material having two end sections (2, 6) and winding sections (4, 5) arranged therebetween, wherein the end sections (2, 6) and the turn sections (4, 5) are integral with one another via deflection sections (3) are connected, and in which all sections (2, 3, 4, 5, 6) consist of mutually superimposed layers (14, 15) of a fiber composite material, characterized in that the spring (1) of prepreg layers (14, 15 ) is constructed, which are arranged along its longitudinal extension sinusoidal or cosinus-shaped alternately one above the other.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feder aus einem Faserverbundwerkstoff, die zwei Endabschnitte und dazwischen angeordnete Windungsabschnitte aufweist, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung derselben.The invention relates to a spring made of a fiber composite material having two end portions and arranged therebetween winding sections, and a method and an apparatus for producing the same.

Federn sind als Konstruktionselemente des Maschinenbaus allgemein bekannt. So gibt es beispielsweise Blattfedern, Tellerfedern, Schraubenfedern oder Spiralfedern, die im Hinblick auf die ihnen zugeteilte Aufgabe in unterschiedlicher Geometrien, Abmessungen und Eigenschaften, beispielsweise als Zugfeder, als Druckfeder oder als Drehfeder, verwendet werden. Derartige Federn sind üblicherweise aus einem Federstahl hergestellt, welcher der Feder eine je nach Auslegung und Abmessung unterschiedliche Federkraft verleiht. Wenngleich derartige Stahl-Federn eine Reihe von Vorteilen aufweisen, so sind diese für einige Anwendungsfälle weniger gut geeignet. Insbesondere bei vergleichsweise großen Federn macht sich deren Gewicht nachteilig bemerkbar. So ist im modernen Fahrzeugbau der Bedarf für Federn entstanden, welche die gleichen oder besseren Eigenschaften als Stahl-Federn haben, aber dennoch leicht sind.Springs are well known as structural elements of mechanical engineering. For example, there are leaf springs, disc springs, coil springs or coil springs, which are used in terms of their assigned task in different geometries, dimensions and properties, such as a tension spring, a compression spring or a torsion spring. Such springs are usually made of a spring steel, which gives the spring a different spring force depending on the design and dimension. Although such steel springs have a number of advantages, these are less well suited for some applications. Especially with comparatively large springs, their weight makes disadvantageous. Thus, in modern vehicle construction, the need for springs has arisen, which have the same or better properties than steel springs, but are still lightweight.

Vor diesem Hintergrund ist aus der DE 30 00 520 A1 eine mit Kohlenstoff-Fasern verstärkte, schraubenförmig gewickelte Feder sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt geworden. Diese Faserverbundwerkstoff-Schraubenfeder besteht aus geflochtenen Kohlenstoff-Fasern und einer Menge eines als Einbettungsmaterial für die geflochtenen Fasern dienenden Harzes, wobei die Kohlenstoff-Fasern in einem Winkel von etwas plus oder minus 30° bis plus oder minus 60° zur Litzenachse geflochten sind.Against this background is from the DE 30 00 520 A1 a carbon fiber reinforced, helically wound spring and a process for their preparation has become known. This fiber composite coil spring is made of braided carbon fibers and an amount of a resin serving as a piling material for the braided fibers, wherein the carbon fibers are braided at an angle of about plus or minus 30 ° to plus or minus 60 ° to the strand axis.

Um eine solche kohlenstofffaserverstärkte Schraubenfeder herzustellen ist gemäß dem aus dieser Druckschrift bekannten Verfahren vorgesehen, dass man eine aus Kohlenstoff-Fasern bestehende Litze, in der Fasern in einem Winkel von etwas plus oder minus 30° bis plus oder minus 60° zur Litzenachse geflochten sind, mit einem als im wesentlichen geschlossenes, zusammenhängendes Einbettungsmaterial dienenden nicht erstarrten Harz tränkt, die so getränkte Litze in eine Nut wickelt, die sich schraubenförmig längs der Oberfläche eines zylindrischen Dorns erstreckt, und hierdurch dem mit Kohlenstoff-Fasern verstärkten Schraubenfederverbundmaterial die Schraubenform verleiht, anschließend das als Einbettungsmaterial der Schraubenfeder dienendes Harz zum Erstarren bringt, und schließlich die feste Feder vom Dorn abnimmt.To make such a carbon fiber reinforced coil spring is provided according to the method known from this document that one braided from carbon fibers strand in which fibers are braided at an angle of about plus or minus 30 ° to plus or minus 60 ° to the strand axis, impregnating a non-solidified resin serving as a substantially closed contiguous encapsulant, wrapping the strand so impregnated into a groove extending helically along the surface of a cylindrical mandrel, thereby giving the carbon fiber reinforced coil spring composite the helical shape, then resin which serves as an embedding material of the coil spring, and finally the solid spring decreases from the mandrel.

Dieses Herstellverfahren wird als wenig praxisgerecht beurteilt, da insbesondere das Ausformen der erstarrten Feder von dem Dorn Schwierigkeiten bereitet. Außerdem lässt sich mit dem bekannten Herstellverfahren kein kontinuierlicher Herstellprozess verwirklichen, wodurch die Herstellkosten bei einem solchen Herstellverfahren vergleichsweise hoch sind.This manufacturing process is judged to be less practical, since in particular the molding of the solidified spring of the mandrel difficulties. In addition, can be realized with the known manufacturing process no continuous production process, whereby the manufacturing costs are relatively high in such a manufacturing process.

Außerdem ist aus der AT 28 924 B eine Faserverbundfeder mit einer oder mehreren nebeneinander angeordneten sowie an ihren axialen Enden miteinander verbundenen zickzackförmigen Federelementen bekannt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der dortigen 7 bestehen diese Federelemente aus faserverstärkten Kunststoffstreifen, die von einem Elastomerwerkstoff umgeben sind. Der Elastomerwerkstoff kann auch Fasern enthalten. Der Elastomerwerkstoff und die faserverstärkten Kunststoffstreifen härten gleichzeitig aus.Moreover, from the AT 28 924 B a fiber composite spring with one or more juxtaposed and at their axial ends interconnected zigzag spring elements known. According to the embodiment of the local 7 these spring elements consist of fiber-reinforced plastic strips which are surrounded by an elastomer material. The elastomeric material may also contain fibers. The elastomer material and the fiber-reinforced plastic strips cure simultaneously.

Schließlich sind aus der DE 10 2008 006 411 A1 und DE 10 2008 024 585 A1 einander recht ähnliche Fahrzeugfedern aus einem Faserverbundwerkstoff bekannt. Auch diese Faserverbundfedern weisen jeweils wenigstens ein Federelement mit einer zickzackförmigen Geometrie auf. Außerdem weisen dieser Faserverbundfedern axiale Endabschnitte, Windungsabschnitte sowie Umlenkabschnitte auf und verfügen über eine zentrale Durchgangsöffnung. Bei den Ausführungsformen mit mehreren, parallel zueinander anordneten Federelementen sind diese axial endseitig oder in einem axial mittleren Abschnitt miteinander verbunden.Finally, from the DE 10 2008 006 411 A1 and DE 10 2008 024 585 A1 each other very similar vehicle springs made of a fiber composite material known. These fiber composite springs also each have at least one spring element with a zigzag-shaped geometry. In addition, these fiber composite springs have axial end sections, turn sections and deflection sections and have a central passage opening. In the embodiments with a plurality of mutually parallel spring elements, these are connected to each other axially end or in an axially central portion.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Feder aus einem Faserverbundwerkstoff vorzuschlagen, mit denen Federn aus einem Faserverbundwerkstoff kontinuierlich und kostengünstig herstellbar sind. Zudem soll eine solche Feder hinsichtlich ihres Aufbaus beschrieben werden.Against this background, the invention has the object to provide a method and an apparatus for producing a spring made of a fiber composite material, with which springs made of a fiber composite material are continuously and inexpensively. In addition, such a spring should be described in terms of their structure.

Die Lösung dieser Aufgaben ist in den unabhängigen Ansprüchen 1, 19 und 30 beschrieben, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen in den jeweils zugeordneten Unteransprüchen definiert sind.The solution to these problems is described in the independent claims 1, 19 and 30, while advantageous embodiments and further developments are defined in the respectively associated subclaims.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich eine Feder aus einem Faserverbundmaterial durch ein mäanderförmiges Falten bzw. Formen eines kontinuierlich einer Fertigungsvorrichtung zugeführten Stranges aus Prepreg-Material herstellen lässt, wobei das Prepreg-Material bekanntermaßen aus Kunstfasern besteht, welche in einer nicht erstarrten Kunstharzmatrix eingebettet sind. Eine darauf aufbauende Erkenntnis besteht darin, dass die einzelnen, durch das geschilderte Falten des Prepreg-Materials entstandenen Windungsabschnitte einer solchen Feder jeweils sequentiell nacheinander Aushärten müssen, bevor der nächste Windungsabschnitt durch Falten hergestellt und ausgehärtet wird. Eine zentrale Bohrung oder Öffnung in der fertig gestellten Feder lässt sich gemäß einer weiteren Erkenntnis durch ein Ablegen von mehreren Prepreg-Lagen vertikal übereinander erzeugen, die wechselweise einem Sinus- bzw. Kosinus-Kurvenverlauf folgen.The invention is based on the finding that a spring made of a fiber composite material can be produced by a meandering folding or shaping of a strand of prepreg material fed continuously to a production device, wherein the prepreg material is known to consist of synthetic fibers which are in a non-solidified synthetic resin matrix are embedded. A knowledge based thereon is that the individual, formed by the described folding of the prepreg material winding sections of such a spring in each case sequentially Curing must be done before the next turn section is made by folding and cured. A central bore or opening in the finished spring can be produced according to a further recognition by depositing a plurality of prepreg layers vertically above each other, which alternately follow a sine or cosine curve.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine erfindungsgemäße Feder aus einem Faserverbundwerkstoff daher zwei Endabschnitte und dazwischen angeordnete Windungsabschnitte auf, wobei die Endabschnitte und die Windungsabschnitte über Umlenkabschnitte einstückig miteinander verbunden sind, und bei der alle genannten Abschnitte aus wechselweise übereinander gelegten, geometrisch unterschiedlich geformten und mäanderförmig gefalteten Lagen eines Faserverbundwerkstoffes bestehen. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass diese Feder aus Prepreg-Lagen aufgebaut ist, die entlang ihrer Längserstreckung sinus- oder kosinus-förmig verlaufend wechselweise übereinander angeordnet sind.According to the features of claim 1, a spring according to the invention consists of a fiber composite material therefore has two end sections and winding sections arranged therebetween, wherein the end sections and the turn sections are integrally connected via deflection sections, and in which all said sections of alternately superimposed, geometrically different shaped and meander-folded layers of a fiber composite material exist. To achieve the object, it is provided that this spring is constructed from prepreg layers, which are arranged alternately one above the other along their longitudinal extent sinusoidal or cosinusoidal.

Eine solche Feder weist, grob betrachtet, in etwa die gleiche Form auf wie ein entlang seiner Längserstreckung mäanderförmig gefaltetes, rechteckiges Stück Papier, wobei die gefalteten Abschnitte alle von einem zentralen Loch durchdrungen sind. Sie weist dennoch alle wesentlichen Eigenschaften einer Feder, insbesondere einer Druck- oder Zugfeder, auf.Roughly speaking, such a spring has approximately the same shape as a rectangular piece of paper folded meander-shaped along its longitudinal extension, the folded sections all being penetrated by a central hole. Nevertheless, it has all the essential properties of a spring, in particular a compression or tension spring on.

Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass mehrere Schichten von sinus- oder kosinus-förmig verlaufenden Prepreg-Lagen vertikal derart übereinander gelegt sind, und dass die jeweiligen Prepreg-Lagen wechselweise dem Verlauf der gleichen Sinuskurve oder dem Verlauf der gleichen Kosinus-Kurve folgen.In this case, it is preferably provided that a plurality of layers of prepreg layers extending in a sinusoidal or cosine-shaped manner are vertically superposed on one another, and that the respective prepreg layers alternately follow the course of the same sinusoid or the course of the same cosine curve.

Ein solchermaßen gebildeter Strang eines noch nicht abgebundenen Faserverbundmaterials weist in einer Draufsicht betrachtet entlang seiner Längserstreckung zwei Prepreg-Hauptstränge auf, die jeweils dem Verlauf einer Sinus-Kurve bzw. einer Kosinus-Kurve folgen. Dabei wechseln die beiden Prepreg-Hauptstränge jeweils von rechts nach links und umgekehrt, wobei diese in den Überlagerungspunkten wechselweise oben oder unten liegen. Hierauf wird noch detaillierter im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel eingegangen.A strand of a composite fiber material that has not yet hardened in such a way, viewed in a plan view, has along its longitudinal extent two prepreg main strands, each of which follows the course of a sine curve or a cosine curve. The two prepreg main strands change from right to left and vice versa, whereby these are alternately at the top or bottom in the overlapping points. This will be discussed in more detail in connection with an embodiment.

Bei dieser Feder ist bevorzugt vorgesehen, dass dort, wo sich Lagen des Faserverbundwerkstoffes kreuzen, die jeweiligen Umlenkabschnitte der Feder gebildet sind.In this spring, it is preferably provided that, where layers of the fiber composite material intersect, the respective deflection sections of the spring are formed.

Sofern die technischen Randbedingungen es erfordern, kann gemäß einer Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Feder vorgesehen sein, dass deren Endabschnitte und Windungsabschnitte als Flächengebilde mit weitgehend planen Oberflächen und die Umlenkabschnitte gekrümmt ausgebildet sind. Durch eine solche gekrümmte, und demnach nicht scharfkantig gefaltete Ausbildung der Umlenkabschnitte werden vorteilhaft Spannungsspitzen in dem Material der fertigen Feder vermieden.If the technical boundary conditions so require, it can be provided according to a further development of a spring according to the invention that its end sections and turn sections are designed to be curved as a flat structure with largely planar surfaces and the deflection sections. By such a curved, and therefore not sharp-edged folded design of the deflecting advantageous voltage peaks are avoided in the material of the finished spring.

Um geradflächige sowie horizontal ausgerichtete Lagerstellen der Feder auszubilden ist bevorzugt vorgesehen, dass die Endabschnitte der Feder entlang einer Querachse Ly rechtwinklig zur Längsachse Lx der Feder ausgerichtet angeordnet sind.To form straight and horizontally oriented bearings of the spring is preferably provided that the end portions of the spring along a transverse axis Ly are arranged at right angles to the longitudinal axis Lx of the spring aligned.

Abweichend davon weisen die Windungsabschnitte einen Steigungswinkel in Richtung der Längserstreckung der Feder auf, so dass diese Windungsabschnitte entsprechend der Faltung unter einem Winkel α in Bezug zu den Endabschnitten angeordnet sind, der größer als 0° und kleiner als 45° ist.Deviating from this, the turn portions have a pitch angle in the direction of the longitudinal extension of the spring, so that these turn portions are arranged according to the folding at an angle α with respect to the end portions, which is greater than 0 ° and less than 45 °.

Wie bereits kurz angedeutet weist eine erfindungsgemäß hergestellte Feder zwei Endabschnitte auf, die zeitlich nacheinander ausgehärtet sind. Ein weiteres Merkmal einer solchen erfindungsgemäß hergestellten Feder besteht darin, dass die Endabschnitte und die Windungsabschnitte über die Längserstreckung der Feder gesehen jeweils zeitlich nacheinander ausgehärtet sind. In Weiterentwicklung dieses Merkmals kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Endabschnitt und ein genau diesem Endabschnitt zugeordneter Umlenkabschnitt gleichzeitig ausgehärtet sind. Außerdem kann ein strukturelles Merkmal einer erfindungsgemäß hergestellten Faserverbundmaterial-Feder darin bestehen, dass die Windungsabschnitte jeweils mit einem zugeordneten Umlenkabschnitt gleichzeitig ausgehärtet sind.As already briefly indicated, a spring produced according to the invention has two end sections which are cured successively in time. Another feature of such a spring according to the invention is that the end sections and the winding sections over the longitudinal extension of the spring are cured in each case chronologically successively. In a further development of this feature it can be provided that at least one end section and a deflection section assigned to this end section are cured at the same time. In addition, a structural feature of a fiber composite spring produced according to the invention may be that the turn sections are cured simultaneously with an associated deflection section.

Abweichend hiervon kann in einer als schlechter eingeschätzten, weil diskontinuierlich hergestellten Feder vorgesehen sein, dass bei dieser Feder sowohl die Endabschnitte als auch die Umlenk- und Windungsabschnitte gleichzeitig ausgehärtet sind. Dieses gleichzeitige Aushärten kann beispielsweise nach einem Ablegen eines Abschnittes des Faserverbund-Materialstrangs auf einer gefalteten Oberfläche einer Form sowie ein anschließendes Pressen des Faserverbund-Materialstranges unter Wärmeeinwirkung erfolgen.Notwithstanding this, it may be provided in a spring which is considered to be of a poorer design because it has been produced discontinuously, that in this spring both the end sections and the deflecting and winding sections are cured simultaneously. This simultaneous curing can take place, for example, after laying down a section of the fiber composite material strand on a folded surface of a mold and then pressing the fiber composite material strand under the action of heat.

Als weniger vorteilhaft wird die gerade beschriebene Feder sowie das zugehörige Herstellverfahren deswegen beurteilt, weil bei diesem diskontinuierlichen Herstellverfahren die Fasern des Faserverbund-Materialstranges nicht unter einer Zugbelastung ausgehärtet werden können. Hierdurch sind die Fasern des Faserverbund-Materialstranges der Feder zu wenig gerichtet geordnet, so dass nicht optimale Eigenschaften einer solchen Feder erwartet werden.As less advantageous the spring just described and the associated manufacturing method is therefore judged because in this discontinuous manufacturing process, the fibers of the fiber composite material strand can not be cured under a tensile load. As a result, the fibers of the fiber composite material strand of the Spring arranged too little directed, so that not optimal properties of such a spring are expected.

Daher ist bei einer nach einem bevorzugten Herstellverfahren produzierten Faserverbundmaterial-Feder vorgesehen, dass deren einander zugeordneten Abschnitte, nämlich jeweils Endabschnitt und Umlenkabschnitt sowie Windungsabschnitt und Umlenkabschnitt, unter einer Zugbelastung der Fasern des Faserverbundwerkstoffs ausgehärtet sind. Diese Zugbelastung ist zur Erhaltung des Sinus- bzw. Kosinus-Verlaufs der Prepreg-Lagen nicht sonderlich hoch, sie reicht aber aus, damit die Fasern der Feder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, wodurch auch ein optimales Verhältnis von Faseranteil zu Harzanteil in der fertigen Feder erzeugt ist. Dies liegt unter anderem daran, dass sich das Kunstharz bei parallel zueinander ausgerichteten Fasern besonders gut zwischen den Fasern verteilen sowie überschüssiges Kunstharz leichter abfließen kann.Therefore, it is provided in a produced according to a preferred manufacturing fiber composite spring that their mutually associated sections, namely each end and deflection and winding section and deflection are cured under a tensile load of the fibers of the fiber composite material. This tensile load is not particularly high for maintaining the sine or cosine course of the prepreg layers, but it is sufficient so that the fibers of the spring are aligned substantially parallel to one another, whereby an optimal ratio of fiber content to resin content in the finished Spring is generated. Among other things, this is due to the fact that the synthetic resin can be distributed particularly well between the fibers when fibers are aligned parallel to one another and excess synthetic resin can flow off more easily.

Damit eine erfindungsgemäß hergestellte Faserverbundmaterial-Feder gewünschte mechanische Eigenschaften hat kann vorgesehen sein, dass die Materialdicke der Umlenkabschnitte größer als die Materialdicke der Endabschnitte und der Windungsabschnitte ist.In order for a fiber composite spring produced according to the invention to have desired mechanical properties, it can be provided that the material thickness of the deflection sections is greater than the material thickness of the end sections and the turn sections.

Noch wichtiger ist die Einstellung des Faservolumenanteils in den jeweiligen Federquerschnitten, also in den Endabschnitten, den Windungsabschnitten und den Umlenkabschnitten der Feder, wodurch die dort vorliegenden Federeigenschaften bestimmt sind. Der Faservolumenanteil ist dabei der prozentuale Anteil der Fasern in einem jeweiligen Bauteilquerschnitt des Faserverbundwerkstoffes. Beträgt beispielsweise der Anteil des Kunstharzes in einem solchen Bauteilquerschnitt 34%, so beträgt der Faservolumenanteil an dieser Stelle 66%. Je höher der Faservolumenanteil in einem bestimmten Federabschnitt ist, desto steifer ist die Faserverbundfeder an dieser Stelle. Andererseits ist dieser Federabschnitt umso weicher eingestellt, je geringer der Anteil der Fasern in dem betrachteten Bauteilquerschnitt ist.Even more important is the adjustment of the fiber volume fraction in the respective spring cross sections, ie in the end sections, the turn sections and the deflection sections of the spring, whereby the spring properties present there are determined. The fiber volume fraction is the percentage of the fibers in a respective component cross-section of the fiber composite material. If, for example, the proportion of the synthetic resin in such a component cross-section is 34%, then the fiber volume fraction at this point is 66%. The higher the fiber volume fraction in a particular spring section, the stiffer the fiber composite spring is at this point. On the other hand, this spring portion is set the softer, the smaller the proportion of fibers in the considered component cross-section.

So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Faservolumenanteil in den Umlenkabschnitten größer ist als in den Endabschnitten und in den Windungsabschnitten, so dass in den dynamisch besonders stark beanspruchten Umlenkabschnitten der Feder eine erhöhte Steifigkeit realisiert ist.For example, it may be provided that the fiber volume fraction in the deflection sections is greater than in the end sections and in the turn sections, so that increased stiffness is realized in the deflection sections of the spring that are subjected to particularly high dynamic loads.

Bei einer anderen Auslegung kann vorgesehen sein, dass der Faservolumenanteil in den Umlenkabschnitten kleiner ist als in den Endabschnitten und in den Windungsabschnitten, so dass in den Umlenkabschnitten der Feder eine geringere Bauteilsteifigkeit vorliegt.In another design, it can be provided that the fiber volume fraction in the deflection sections is smaller than in the end sections and in the turn sections, so that a lower component rigidity is present in the deflection sections of the spring.

Bei einer weiteren Auslegung kann vorgesehen sein, dass der Faservolumenanteil in den Umlenkabschnitten gleich ist wie in den Endabschnitten und in den Windungsabschnitten, so dass überall in der Faserverbundfeder die gleiche Bauteilsteifigkeit vorliegt.In a further design it can be provided that the fiber volume fraction in the deflection sections is the same as in the end sections and in the turn sections, so that the same component stiffness is present everywhere in the fiber composite spring.

Schließlich können die Umlenkabschnitte, die Endabschnitte und die Windungsabschnitte der Feder mit jeweils unterschiedlichen Faservolumenanteilen ausgebildet sein.Finally, the deflection sections, the end sections and the winding sections of the spring can each be formed with different fiber volume components.

Die jeweilige Einstellung des Faservolumenanteils lässt sich durch ein mehr oder weniger starkes Herauspressen von noch nicht abgebundenem Kunstharz aus den Abschnitten der Faserverbundmaterial-Bahn erreichen.The respective adjustment of the fiber volume fraction can be achieved by a more or less strong pressing out of not yet hardened synthetic resin from the sections of the fiber composite material web.

Ein weiteres Merkmal einer erfindungsgemäß hergestellten Feder besteht darin, dass die Umfangskontur der Feder an jedem Endabschnitt und Windungsabschnitt im Bereich der Umlenkabschnitte geradlinig und in den dazwischen liegenden Bereichen der End- und Windungsabschnitte kreisbogenförmig ausgebildet ist. Die Geradlinigkeit der Umlenkabschnitte ist durch ein geradliniges Umlegen oder Falten des Faserverbund-Materialstranges erzeugt, während die kreisbogenförmige Geometrie der anderen Umfangsabschnitte durch den sinus- bzw. kosinusförmigen Verlauf der Prepreg-Lagen erzeugt wurde.Another feature of a spring made according to the invention is that the circumferential contour of the spring at each end portion and turn portion in the region of the deflection is rectilinear and in the intermediate regions of the end and turn sections circular arc. The straightness of the deflection sections is produced by a rectilinear folding or folding of the fiber composite material strand, while the arcuate geometry of the other peripheral sections was produced by the sinusoidal or cosinusoidal course of the prepreg layers.

Weiter besteht ein weiteres vorteilhaftes Merkmal einer erfindungsgemäß ausgebildeten Feder darin, dass diese aufgrund des gewählten Sinus- bzw. Kosinus-Verlaufs und der gewählten Breite der Prepreg-Lagen quer zu deren Längserstreckung nach ihrem Aushärten eine zentrale Bohrung oder Ausnehmung aufweist, welche alle Endabschnitte und Windungsabschnitte der Feder durchdringt.Further, another advantageous feature of a spring according to the invention is that it has a central bore or recess transverse to its longitudinal extent after its curing due to the selected sine or cosine curve and the selected width of the prepreg layers, which all end portions and Winding sections of the spring penetrates.

Als Grundmaterialien für die Prepreg-Lagen kommen Fasern aus Glas, Kohlenstoff oder beispielsweise Aramid in Frage. Zur Erzeugung der Harzmatrix der Prepreg-Lagen werden vorzugsweise duroplastische Harze verwendet, die mit Härtern und Beschleunigern gemischt sind.Possible base materials for the prepreg layers are fibers made of glass, carbon or, for example, aramid. To form the resin matrix of the prepreg sheets, it is preferable to use thermosetting resins mixed with hardeners and accelerators.

Weiter sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Faserverbundmaterial-Feder vor, welcher folgende Verfahrensschritt aufweist:
S1: Zuführen von wenigstens zwei Prepreg-Bahnen zu einer Transportvorrichtung.
S2: Wechselweises Ablegen der wenigstens zwei Prepreg-Bahnen auf der Transportvorrichtung derart, dass eine Prepreg-Bahn einer Sinus-Kurve und die andere Prepreg-Bahn einer Kosinus-Kurve folgt, die eine gemeinsame, nicht ausgehärtete Faserverbundwerkstoff-Bahn bilden.
S3: Zuführen der nicht ausgehärteten Faserverbundwerkstoff-Bahn zu einem Heizgerät und Einziehen der Faserverbundwerkstoff-Bahn in einen Spalt zwischen zwei Heizwalzen, die in Förderrichtung gesehen hinter dem Heizgerät angeordnet sind.
S4: Umlenken der Faserverbundwerkstoff-Bahn um eine der beiden Heizwalzen um weniger als 181°.
S5: Stopp des Transports der Faserverbundwerkstoff-Bahn.
S6: Betätigen des Heizgerätes sowie der Heizung der von der Faserverbundwerkstoff-Bahn teilweise umschlungenen Heizwalze.
S7: Aushärten eines Endabschnitts oder eines Windungsabschnitts unter dem Heizgerät und gleichzeitiges Aushärten eines Umlenkabschnitts auf der Heizwalze.
S8: Weitertransport des ausgehärteten Endabschnitts oder des ausgehärteten Windungsabschnitts durch den Spalt der beiden Heizwalzen und gleichzeitiger Weitertransport des ausgehärteten Umlenkabschnitts durch Abheben des Umlenkabschnitts von der Heizwalze.
S9: Zuführen und Umlenken eines noch nicht ausgehärteten Abschnitts der Faserverbundwerkstoff-Bahn um die gegenüberliegende Heizwalze um weniger als 181°.
S10: Weiter mit Schritt S5 bis Schritt S9, solange, bis die gewünschte Länge der Feder erreicht ist.
S11: Abtrennen der Feder bei Erreichen einer bestimmten Länge.
S12: Abtransport der Feder und weiter mit Schritt S6.Furthermore, the invention provides a method for producing a fiber composite material spring according to the invention, comprising the following method step:
S1: feeding at least two prepreg webs to a transport device.
S2: alternately depositing the at least two prepreg webs on the transport device such that one prepreg web follows a sine curve and the other prepreg web follows a cosine curve forming a common uncured fiber composite web.
S3: feeding the uncured fiber composite web to a heater and drawing the fiber composite web into a nip between two heating rolls arranged behind the heater as seen in the conveying direction.
S4: Redirecting the fiber composite web around one of the two heating rollers by less than 181 °.
S5: Stop the transport of the fiber composite web.
S6: Actuation of the heater as well as the heating of the heating roller partially wrapped by the fiber composite web.
S7: curing of an end portion or a winding portion under the heater and simultaneous curing of a deflecting portion on the heating roller.
S8: further transport of the cured end portion or the hardened Windungsabschnitts through the gap of the two heating rollers and simultaneous further transport of the hardened deflection section by lifting the deflection of the heating roller.
S9: feeding and redirecting an uncured portion of the fiber composite web about the opposite heating roll by less than 181 °.
S10: Go to step S5 to step S9 until the desired length of the spring is reached.
S11: separating the spring when reaching a certain length.
S12: removal of the spring and continue with step S6.

Mit diesem Herstellverfahren lassen sich erfindungsgemäß ausgebildete Federn aus einem Faserverbundwerkstoff in einem kontinuierlichen Herstellprozess sehr kostengünstig produzieren. Das Aushärten der Faserverbundmaterial-Bahn unter dem Heizgerät und auf den Heizwalzen erfolgt zur Erzielung kurzer Taktzeiten vorzugsweise nur solange, bis diese Abschnitte der Feder ausreichend steif sind, um ihre dann vorliegende geometrische Form beizubehalten. Die in diesen Federabschnitten enthaltende Restwärme dient im weiteren Verfahrensablauf zum vollständigen Aushärten derselben.With this manufacturing method, springs formed according to the invention can be produced very cost-effectively from a fiber composite material in a continuous production process. The curing of the fiber composite web under the heater and on the heating rollers is preferably to achieve short cycle times only until these portions of the spring are sufficiently stiff to maintain their then existing geometric shape. The residual heat contained in these spring sections is used in the further procedure for complete curing of the same.

Gemäß einer Weiterbildung dieses Herstellverfahrens ist vorgesehen, dass unter dem Heizgerät ein planer oder nur gering gekrümmter Abschnitt der Faserverbundmaterial-Bahn zu einem Endabschnitt oder zu einem Windungsabschnitt aushärtet wird. Wenngleich dieses Herstellmerkmal bevorzugt wird, so ist es nicht ausgeschlossen, die End- und Windungsabschnitte mehr oder weniger stark gekrümmt auszuhärten, sofern die gewünschte Geometrie der herzustellenden Feder dies erfordert.According to a development of this manufacturing method, it is provided that a planar or only slightly curved section of the fiber composite material web is hardened to an end section or to a winding section under the heater. Although this manufacturing feature is preferred, so it is not excluded, the end and winding sections harder curved more or less, if required by the desired geometry of the spring to be produced.

Um zu Beginn der Produktion von erfindungsgemäßen Federn einen Federabschnitt vorliegend zu haben, mit dem die zukünftige Feder unter Zugspannung gehalten und mit einem noch nicht ausgehärteten Abschnitt leicht um die jeweilige Heizwalze geschlungen wird, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass zu Beginn der Herstellverfahrens ausschließlich unter dem Heizgerät und vor den Heizwalzen ein planer oder nur gering gekrümmter Abschnitt der Faserverbundmaterial-Bahn zu einem Endabschnitt aushärtet wird.In order to have present at the beginning of the production of springs according to the invention a spring section with which the future spring is held under tension and wrapped with a not yet cured section around the respective heating roller is provided according to a further embodiment, that at the beginning of the manufacturing process exclusively under the heater and before the heating rollers, a flat or slightly curved portion of the fiber composite web is cured to an end portion.

Außerdem ist vorgesehen, dass das Umlenken und ein Anpressen der noch nicht ausgehärteten Faserverbundmaterial-Bahn auf der jeweils zugeordneten Heizwalze mit Hilfe wenigstens einer Anpress- und Umlenkwalze erfolgt. Durch diesen Verfahrensschritt wird erreicht, dass die Faserverbundmaterial-Bahn glatt und vollflächig auf der jeweiligen Heizwalze aufliegt sowie unter dem Einfluss einer Zugspannung unter dem Heizgerät und der auf der Heizwalze aushärten kann.In addition, it is provided that the deflection and pressing of the not yet cured fiber composite material web on the respectively associated heating roller by means of at least one pressing and deflection roller takes place. This process step ensures that the fiber composite material web rests smoothly and over the entire area on the respective heating roller and can harden under the influence of a tensile stress under the heating device and that on the heating roller.

Um eine Umfangsgeometrie der herzustellenden Feder erzeugen zu können, die weitgehend der einer konventionellen Schraubenfeder aus einem Federstahl entspricht und um einen gewünschten Faservolumenanteil in bestimmten Querschnitten der Feder einzustellen, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Führung und Formgebung der noch nicht ausgehärteten Faserverbundmaterial-Bahn vor dem Heizgerät und/oder auf den Heizwalzen so erfolgt, dass die Feder eine Umfangsgeometrie mit an den Umlenkabschnitten geraden Verlauf und zwischen diesen Umlenkabschnitten einen kreisabschnittförmigen Verlauf aufweist. Der sinus- bzw. kosinusförmige Verlauf der Prepreg-Lagen bietet hierzu die besten Voraussetzungen.In order to be able to produce a circumferential geometry of the spring to be produced, which largely corresponds to that of a conventional spring made of spring steel and to set a desired fiber volume fraction in certain cross sections of the spring, it is provided according to a further embodiment that the guidance and shaping of the not yet cured Faserverbundmaterial- Path in front of the heater and / or on the heating rollers so that the spring has a circumferential geometry with straight at the deflection sections and between these deflection sections a circular segment-shaped course. The sinusoidal or cosinusoidal course of the prepreg layers offers the best conditions for this.

In diesem Zusammenhang wird es daher als vorteilhaft betrachtet, wenn das Herstellverfahren so betrieben wird, dass die Führung und Formgebung sowie die Einstellung des Faservolumenanteils der noch nicht ausgehärteten Faserverbundmaterial-Bahn vor dem Heizgerät und/oder auf den Heizwalzen so erfolgt, dass die Materialdicke der Umlenkabschnitte größer ist als die Materialdicke der Endabschnitte sowie der Windungsabschnitte.In this context, it is therefore considered advantageous if the manufacturing process is operated so that the guidance and shaping and the adjustment of the fiber volume fraction of the not yet cured fiber composite material web before the heater and / or on the heating rollers takes place so that the material thickness of Deflection sections is greater than the material thickness of the end portions and the winding sections.

In Weiterbildung dieses zuletzt genannten Verfahrensschrittes ist bevorzugt vorgesehen, dass die noch nicht ausgehärteten Faserverbundmaterial-Bahn vor dem Heizgerät und/oder auf den Heizwalzen derartig quer zu ihrer Längserstreckung zusammengedrückt wird, dass die Materialdicke der Umlenkabschnitte größer ist als die Materialdicke der Endabschnitte sowie der Windungsabschnitte.In a further development of this last-mentioned method step, it is preferably provided that the not yet cured fiber composite material web is compressed transversely to its longitudinal extent in front of the heater and / or on the heating rollers such that the material thickness of the deflection sections is greater than the material thickness of the end sections and the turn sections ,

Die Feder wird zur Einstellung der konkreten Federeigenschaften von Abschnitten der Feder so hergestellt, dass der Faservolumenanteil der jeweiligen Umlenkabschnitte, Endabschnitte und Windungsabschnitte kleiner, gleich oder größer ist als der Faservolumenanteil der jeweils benachbarten Umlenkabschnitte, Endabschnitte und Windungsabschnitte. Die Einstellung des jeweiligen Faservolumenanteils wird vorzugsweise durch ein abschnittweises Herauspressen von noch nicht abgebundenem Kunstharz aus der zugeführten Faserverbundmaterial-Bahn erreicht.The spring is made to adjust the specific spring characteristics of portions of the spring such that the fiber volume fraction of the respective deflection portions, end portions and turn portions is less than, equal to or greater than the fiber volume portion of the adjacent ones Turning sections, end sections and turn sections. The adjustment of the respective fiber volume fraction is preferably achieved by a section-wise pressing out of not yet hardened synthetic resin from the supplied fiber composite material web.

Zur Einstellung und Fixierung des Steigungswinkels α der Windungsabschnitte der Feder kann gemäß einem weiteren Verfahrensschritt vorgesehen sein, dass der Steigungswinkel α der Windungsabschnitte durch ein Verschwenken der Heizwalzen um einen bestimmten Verschwenkweg über oder unter diejenige Ebene erfolgt, in der die Faserverbundmaterial-Bahn unter dem Heizgerät liegt.To set and fix the pitch angle α of the winding sections of the spring can be provided according to a further method step, that the pitch angle α of the Windungsabschnitte by pivoting the heating rollers to a certain Verschwenkweg above or below that plane in which the fiber composite material web under the heater lies.

Um das beschriebene Herstellverfahren durchführen zu können ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer Feder aus einem Faserverbundmaterial notwenig, die nachfolgend kurz beschrieben wird. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch folgende Vorrichtungsbestandteile:

– eine Zuführzone zum Zuführen von wenigstens zwei Prepreg-Bahnen zu einer Transportvorrichtung,
– ein Ablege- und/oder Formwerkwerkzeug zum Ablegen und Formen der wenigstens zwei Prepreg-Bahnen auf der Transportvorrichtung, mit dem die Prepreg-Bahnen wechselweise dem Verlauf einer Sinus-Kurve oder dem Verlauf einer Kosinus-Kurve folgend zur Bildung einer gemeinsamen, nicht ausgehärteten Faserverbundwerkstoff-Bahn vertikal übereinander abgelegt werden,
– eine in Transportrichtung folgende und im Wesentlichen geradflächige Heizzone mit einem Heizgerät zum Formen und Aushärten von geradflächigen Endabschnitten und Windungsabschnitten der Feder,
– eine in Transportrichtung nach der Heizzone folgende Umlenkzone zum Formen und Aushärten von gekrümmten Umlenkabschnitten der Feder,
– zwei in der Heizzone gegenüberliegend angeordnete Heizwalzen, die einen Spalt zur Aufnahme der Faserverbundwerkstoff-Bahn zwischen sich bilden,
– ein Anpress- und Umlenkmittel zum wechselseitigen Auflegen und Anpressen von noch nicht ausgehärteten Abschnitten der Faserverbundwerkstoff-Bahn an eine der beiden Heizwalzen,
– und eine Trennvorrichtung zum Abtrennen von Federn vorbestimmter Länge von dem kontinuierlich hergestellten Verlauf der Feder.

In order to carry out the described manufacturing process, an apparatus for producing a spring made of a fiber composite material is necessary, which will be briefly described below. This device is characterized by the following device components:

A feed zone for feeding at least two prepreg webs to a transport device,
A laying and / or forming tool for depositing and forming the at least two prepreg webs on the transport device, with which the prepreg webs alternately following the course of a sinusoidal curve or the course of a cosine curve to form a common uncured Fiber composite web are placed vertically on top of each other,
A heating zone following in the direction of transport and essentially flat, with a heating device for shaping and hardening straight-sided end sections and turn sections of the spring,
A deflection zone following the heating zone in the direction of transport for shaping and curing curved deflecting sections of the spring,
Two heating rolls arranged opposite one another in the heating zone, which form a gap between them for receiving the fiber-composite web,
A pressing and deflecting means for mutual laying on and pressing of not yet cured sections of the fiber composite web to one of the two heating rollers,
- And a separator for separating springs of predetermined length from the continuously produced course of the spring.

Das Anpress- und Umlenkmittel kann durch eine oder mehrere Walzen oder Dorne bzw. Stäbe ausgebildet sein. Zudem kann gemäß einer Abwandlung vorgesehen sein, dass unter dem Heizgerät gekrümmte End- und Windungsabschnitte herstellbar sind. Da der Durchmesser der Heizwalzen den Umlenkradius der Umlenkabschnitte der Faserverbund-Feder bestimmt, sind diese vorzugsweise auswechselbar ausgebildet, um so unterschiedliche Feder-Chargen herstellen zu können.The pressing and deflecting means may be formed by one or more rollers or mandrels or rods. In addition, it can be provided according to a modification that under the heater curved end and turn sections can be produced. Since the diameter of the heating rollers determines the deflection radius of the deflection sections of the fiber composite spring, these are preferably designed to be interchangeable in order to be able to produce different spring charges.

Außerdem wird es als sehr vorteilhaft beurteilt, wenn in dieser Herstellvorrichtung eine Spannvorrichtung vorhanden ist, mit der im Zusammenwirken mit der Vorschubkraft der beiden angetriebenen Heizwalzen eine Zugkraft auf die Faserverbundwerkstoff-Bahn während deren Aushärten erzeugbar ist.In addition, it is judged to be very advantageous if in this manufacturing device, a tensioning device is provided, with which in cooperation with the feed force of the two driven heat rollers, a tensile force on the fiber composite web during their curing can be generated.

Weiter ist bei dieser Herstellvorrichtung bevorzugt vorgesehen, dass im Bereich der Zuführzone und/oder unmittelbar vor den beiden Heizwalzen und/oder auf den beiden Heizwalzen Ablege- und/oder Formwerkzeugzeuge an die noch nicht ausgehärtete Faserverbundwerkstoff-Bahn ansetzbar sind, mit denen sich die Umfangsgeometrie und/oder der Faservolumenanteil von Abschnitten der herzustellenden Feder formen lässt.Further, in this manufacturing device is preferably provided that in the region of the feed zone and / or immediately in front of the two heat rollers and / or on the two heat rollers depositing and / or mold tools can be attached to the not yet cured fiber composite web, with which the circumferential geometry and / or the fiber volume fraction of portions of the spring to be produced.

Hierzu können die Oberflächen der beiden Heizwalzen selbst als Formwerkzeuge zur Formung und/oder Einstellung des Faservolumenanteils der noch nicht ausgehärteten Faserverbundwerkstoff-Bahn ausgebildet sein, so dass sich unterschiedliche Umfangsgeometrien und Federeigenschaften reproduzierbar herbeiführen lassen.For this purpose, the surfaces of the two heating rollers can themselves be designed as forming tools for shaping and / or adjusting the fiber volume fraction of the not yet cured fiber composite web, so that different peripheral geometries and spring properties can be brought about reproducibly.

So können die Oberflächen der beiden Heizwalzen und/oder die genannten Ablege- und/oder Formwerkzeugzeug im Bereich der Zuführzone derartig ausgebildet sein, dass mit ihnen die Faserverbundwerkstoff-Bahn im Bereich der späteren Umlenkabschnitte quer zu deren Längserstreckung in ihrer Breite reduzierbar und in ihre Materialdicke vergrößerbar ist, oder dass der Faservolumenanteil in den Umlenkabschnitten gegenüber den benachbarten Windungsabschnitten vergrößert ist.Thus, the surfaces of the two heat rollers and / or said laying and / or mold tools may be formed in the region of the feed zone such that the width of the fiber composite material can be reduced in width and in its material thickness in the region of the later deflection sections transversely to their longitudinal extent is enlargeable, or that the fiber volume fraction is increased in the Umlenkabschnitten over the adjacent Windungsabschnitten.

Schließlich weist die Herstellvorrichtung bevorzugt eine Schwenkvorrichtung auf, mit der die Heizwalzen über und unter diejenige Ebene verschwenkbar sind, in der die Faserverbundmaterial-Bahn unter dem Heizgerät liegt bzw. welche durch das Transportband der Transportvorrichtung aufgespannt ist. Durch ein solches Verschwenken der Heizwalzen lässt sich der Steigungswinkel α einstellen, unter dem die Windungsabschnitte quer zur Längserstreckung der Feder angestellt sind.Finally, the manufacturing device preferably has a pivoting device, with which the heating rollers are pivotable above and below that plane in which the fiber composite material web lies under the heater or which is spanned by the conveyor belt of the transport device. By such a pivoting of the heating rollers, the pitch angle α can be set, under which the winding sections are employed transversely to the longitudinal extension of the spring.

Nachfolgend werden eine erfindungsgemäß erzeugte Faserverbund-Feder, eine Herstellvorrichtung dafür sowie die zur Herstellung der Feder notwendigen Verfahrensschritte an Ausführungsbeispielen mit Hilfe einer Zeichnung erläutert. In dieser zeigtHereinafter, a fiber composite spring produced according to the invention, a production apparatus therefor and the process steps necessary for producing the spring will be explained with reference to exemplary embodiments with the aid of a drawing. In this shows

1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten und hergestellten Faserverbund-Feder, 1 a schematic side view of an inventively designed and manufactured fiber composite spring,

2 die Feder der 1 in perspektivischen Sicht A auf eine Stirnseite derselben, 2 the spring of 1 in a perspective view A on a front side of the same,

3 eine schematische Darstellung einer Herstellvorrichtung zur Herstellung der Feder gemäß 1 und 2, 3 a schematic representation of a manufacturing apparatus for producing the spring according to 1 and 2 .

3a eine schematisch Draufsicht auf zwei übereinander gelegte Prepreg-Lagen, die dem Verlauf einer Sinus- bzw. Kosinus-Kurve folgen, und 3a a schematic plan view of two superimposed prepreg layers, which follow the course of a sine or cosine curve, and

4 bis 11 schematische Darstellungen von weiteren Produktionsschritten zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Feder. 4 to 11 schematic representations of further production steps for producing a spring according to the invention.

Die 1 und 2 zeigen schematisch in einer Seitenansicht und in einer stirnseitigen Draufsicht A eine Zug- oder Druckfeder 1, die aus einem Faserverbundmaterial hergestellt ist. Die Feder 1 erstreckt sich entlang einer Längsachse Lx sowie zwei senkrecht dazu ausgerichteten Querachsen Ly und Lz, wobei die Querachse Lz in 1 senkrecht auf der Papierebene der Zeichnung steht. Die Feder 1 weist in der Seitenansicht gemäß 1 zwar die Form einer Schraubenfeder auf, sie hat aber keinen von einem axialen Ende bis zum anderen axialen Ende durchgehenden, eine Schraubenlinie folgenden Verlauf. Die Feder 1 hat stattdessen etwa eine ähnliche Geometrie, wie sie ein entlang seiner Längserstreckung regelmäßig mäanderförmig gefaltetes rechteckiges Blatt Papier aufweisen würde.The 1 and 2 show schematically in a side view and in a frontal plan view A a tension or compression spring 1 which is made of a fiber composite material. The feather 1 extends along a longitudinal axis Lx and two perpendicular thereto aligned transverse axes Ly and Lz, wherein the transverse axis Lz in 1 is perpendicular to the paper plane of the drawing. The feather 1 points in the side view according to 1 Although the shape of a coil spring, but it has no continuous from one axial end to the other axial end, a helix following course. The feather 1 Instead, it has approximately the same geometry as a rectangular paper sheet folded regularly along its longitudinal extent.

Demnach verfügt die Feder 1 an den jeweiligen axialen Enden über einen oberen Endabschnitt 2 und einen unteren Endabschnitt 6, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen mit nicht gekrümmten Oberflächen 12, 12' ausgebildet und parallel zu einer durch die Querachsen Ly und Lz aufgespannten Ebene ausgerichtet sind. Ausgehend von dem unteren Endabschnitt 6 folgt ein in Richtung der Längsachse Lx gebogener Umlenkabschnitt 3, der an seinem anderen Ende mit einem Windungsabschnitt 4 einstückig verbunden ist. Daran schließt sich ebenfalls einstückig ein weiterer, im Vergleich zum ersten Umlenkabschnitt entgegengesetzt gebogener Umlenkabschnitt 3 an, welche im Folgenden mit einem zweiten Windungsabschnitt 5 einstückig verbunden ist. Auf diese Weise setzt sich die Feder 1 bis zu ihrem oberen Endabschnitt 2 aus einer regelmäßigen Abfolge von Umlenkabschnitten 3 und Windungsabschnitten 4, 5 zusammen.Accordingly, the spring has 1 at the respective axial ends via an upper end portion 2 and a lower end portion 6 in the illustrated embodiment substantially with non-curved surfaces 12 . 12 ' are formed and aligned parallel to a plane spanned by the transverse axes Ly and Lz plane. Starting from the lower end section 6 follows a deflected in the direction of the longitudinal axis Lx deflection 3 , which at its other end with a meandering section 4 is integrally connected. This is also followed in one piece by another deflection section bent in the opposite direction to the first deflection section 3 which in the following with a second winding section 5 is integrally connected. This is how the spring settles 1 to its upper end portion 2 from a regular sequence of deflecting sections 3 and winding sections 4 . 5 together.

Um im Bereich der Umlenkabschnitte 3 einen gewünschten Faservolumenanteil einzustellen, der die mechanischen Eigenschaften der Feder 1 beeinflusst, kann die Feder 1 an ihrem Außenumfang im Bereich 3c der Endabschnitte 2, 6 und der Windungsabschnitte 4, 5 derartig geformt sein, dass die Umlenkabschnitte 3 im Wesentlichen geradlinig (siehe Ansicht B) und in den dazwischen liegenden Bereichen 3a, 3b im wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildet sind.In the area of the deflection sections 3 To set a desired fiber volume fraction, the mechanical properties of the spring 1 affects the spring 1 on its outer circumference in the area 3c the end sections 2 . 6 and the winding sections 4 . 5 be shaped such that the deflection sections 3 essentially rectilinear (see view B) and in the intervening areas 3a . 3b are formed substantially circular segment-shaped.

Sofern der Faservolumenanteil im Vergleich zu den benachbarten Endabschnitten 2, 6 und Windungsabschnitten 4, 5 gleich bleiben soll, so führt die Überlagerung der Prepreg-Lagen 14, 15 in ihren Kreuzungspunkten in den Umlenkabschnitten 3 zu einer radial größeren Dicke D2 im Vergleich zu der Dicke D1 der Windungsabschnitte 4, 5.If the fiber volume fraction compared to the adjacent end sections 2 . 6 and winding sections 4 . 5 should remain the same, so leads the superposition of prepreg layers 14 . 15 in their crossing points in the deflection sections 3 to a radially greater thickness D2 compared to the thickness D1 of the turn portions 4 . 5 ,

Sofern der Faservolumenanteil im Bereich der Umlenkabschnitte 3 erhöht werden soll, so wird dies in dem Bereich der Umlenkabschnitte 3 durch ein Herauspressen von noch nicht abgebundenem Kunstharz erreicht und dadurch gleichzeitig die Dicke D2 der Umlenkabschnitt beispielsweise gleich oder annähernd gleich wie die der benachbarten Federabschnitte gehalten.If the fiber volume fraction in the region of the deflection sections 3 is to be increased, this is in the range of the deflection 3 achieved by squeezing out not yet set resin and thereby simultaneously the thickness D2 of the deflection section, for example, the same or approximately the same as that of the adjacent spring sections held.

Durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren und hierbei insbesondere durch die wechselweise sich kreuzenden sinus- bzw. kosinusförmigen Prepreg-Lagen 14, 15 wird erreicht, dass automatisch eine zentrale Ausnehmung in der fertigen Feder 1 ausgebildet ist, wie sie beispielsweise von herkömmlichen Schraubenfedern bekannt ist.By the manufacturing method according to the invention and in particular by the alternating intersecting sinusoidal or cosinusoidal prepreg layers 14 . 15 is achieved that automatically has a central recess in the finished spring 1 is formed, as is known for example from conventional coil springs.

2 zeigt in einer stirnseitigen Ansicht der Feder 1, dass diese aus mehreren Prepreg-Lagen 14, 15 bzw. zwei Prepreg-Hauptsträngen mit jeweils einer Vielzahl von Prepreg-Lagen besteht, die im Bereich der Umlenkabschnitte 3 wechselweise übereinander gelegt sind. Um dies zu weiter zu verdeutlichen, ist die eine Prepreg-Lage 14 mit einer gepunkteten Stirnseite und die andere Prepreg-Lage 15 mit einer nicht gepunkteten Stirnseite dargestellt. Die beiden gestrichelten Linen markieren den Verlauf der einen Prepreg-Lage, die durch die andere Pepreg-Lage überdeckt ist. 2 shows in an end view of the spring 1 in that these consist of several prepreg layers 14 . 15 or two prepreg main strands each having a plurality of prepreg layers, which in the region of the deflection sections 3 alternately superimposed. To illustrate this further, which is a prepreg layer 14 with a dotted face and the other prepreg layer 15 shown with a non-dotted face. The two dashed lines mark the course of a prepreg layer which is covered by the other Pepreg layer.

In 3 ist eine Produktionsanlage zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Feder 1 aus Faserverbundmaterial schematisch dargestellt. Wie die rechte Zeichnungshälfte veranschaulicht, werden von zwei Prepreg-Rollen 16 und 17 Prepreg-Bahnen 14 bzw. 15 abgerollt. Zwischen zwei Prepreg-Lagen auf den Prepreg-Rollen 16, 17 befindliches Trennmittel 26, 27 (wie beispielsweise Papier) wird ebenfalls von den Rollen 16 und 17 abgenommen und gesondert aufgerollt. Die beiden Prepreg-Bahnen 14 und 15 werden anschließend von einer Spannrolle 25 beaufschlagt und dann derartig zusammengeführt, dass die eine Prepreg-Bahn 14 einen sinusförmigen und die andere Prepreg-Bahn 15 einen kosinusförmigen Verlauf aufweist. Daher überlagern sich beide Prepreg-Bahnen 14, 15 in Überlagerungspunkten der so gebildeten Faserverbundwerkstoff-Bahn 8, die im späteren Produktionsverlauf die Umlenkabschnitte 3 der Feder 1 bilden (siehe auch 3a). Über die Spannrolle 25 wirkt zumindest eine Gewichtskraft Fg und eine axiale Zugkraft Fx auf die Faserverbundwerkstoff-Bahn 8, wodurch die Fasern der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 parallel zueinander ausgerichtet gehalten bleiben, ohne dass dabei die gerade beschriebene und in 3a dargestellte Geometrie der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 beeinträchtigt wird.In 3 is a production plant for producing a spring according to the invention 1 made of fiber composite material shown schematically. As the right half of the drawing illustrates, there are two prepreg rolls 16 and 17 Prepreg sheets 14 respectively. 15 unrolled. Between two prepreg layers on the prepreg rollers 16 . 17 present release agent 26 . 27 (such as paper) is also used by the rollers 16 and 17 removed and rolled up separately. The two prepreg webs 14 and 15 are then followed by a tensioner 25 acted upon and then merged so that the one prepreg web 14 one sinusoidal and the other prepreg web 15 has a cosinusoidal course. Therefore, both prepreg sheets overlap 14 . 15 in superposition points of the fiber composite web thus formed 8th , which in the later production process the deflection sections 3 the feather 1 form (see also 3a ). about the tension roller 25 At least one weight force Fg and an axial tensile force Fx act on the fiber composite web 8th , whereby the fibers of the fiber composite web 8th keep aligned parallel to each other without causing the just described and in 3a illustrated geometry of the fiber composite web 8th is impaired.

Die Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 wird im mittleren Abschnitt der 3 von einer Transportvorrichtung 19 in Richtung zu einem Heizgerät 10 und zwei in Transportrichtung gesehen hinter dem Heizgerät 10 angeordneten, gegenüber liegenden Heizwalzen W1 und W2 transportiert. Die Transportvorrichtung 19 besteht aus einem wärmebeständigen Transportband 20, welches auf Rollen 22 geführt und von diesen in der Transportrichtung 21 angetrieben wird. Zwischen der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 und dem Transportband 20 kann wie im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Trenn- und Isolationsbahn 18 angeordnet sein, welche von einer Rolle 23 abgewickelt und nach dem Verlassen des Transportbandes 20 auf der gleichen oder einer anderen Rolle 24 aufgewickelt wird.The fiber composite web 8th is in the middle section of the 3 from a transport device 19 towards a heater 10 and two in the direction of transport behind the heater 10 arranged, opposite heating rollers W1 and W2 transported. The transport device 19 consists of a heat-resistant conveyor belt 20 which on rollers 22 guided and of these in the transport direction 21 is driven. Between the fiber composite web 8th and the conveyor belt 20 can, as in the embodiment shown, a separation and isolation track 18 be arranged, which of a roll 23 unwound and after leaving the conveyor belt 20 on the same or a different role 24 is wound up.

Die Transportvorrichtung 19 weist eine Zuführzone Z und eine sich in Transportrichtung 21 daran anschließende Heizzone H1 auf. In der Zuführzone Z ist ein Ablege- und/oder Formwerkwerkzeug 28 angeordnet, welches auf das Transportband 20 bzw. auf die Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 absenkbar angeordnet ist. Mit diesem Ablege- und/oder Formwerkwerkzeug 28 kann die aus den beiden Prepreg-Bahnen 14 und 15 bestehende Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 so geformt werden, dass eine gewünschte Geometrie der herzustellenden Faserverbundfeder 1 erzeugbar ist bzw. auch unter der wirkenden Zugkraft Fx beibehalten wird. Das Formen der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 kann beispielsweise durch ein zumindest abschnittweises Einschnüren dieser Bahn 8 erfolgen, wodurch sich in bestimmten Abschnitten Materialanhäufungen bzw. Materialreduzierungen in der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 ergeben bzw. erhalten bleiben. Ein solches oder ein anderes bzw. weiteres Ablege- und/oder Formwerkwerkzeug 28 kann zur Erfüllung des gleichen Zwecks auch im Bereich der beiden Heizwalzen W1, W2 angeordnet und auf diese zwecks Formgebung absenkbar sein (nicht dargestellt).The transport device 19 has a feed zone Z and in the transport direction 21 adjoining heating zone H1. In the feed zone Z is a depositing and / or forming tool 28 arranged on the conveyor belt 20 or on the fiber composite web 8th is arranged lowerable. With this depositing and / or forming tool 28 can be made from the two prepreg sheets 14 and 15 existing fiber composite web 8th be shaped so that a desired geometry of the fiber composite spring to be produced 1 can be generated or maintained under the effective tensile force Fx. Forming the fiber composite web 8th For example, by an at least partially constricting this web 8th take place, resulting in certain sections material accumulations or material reductions in the fiber composite web 8th result or remain preserved. Such or another or further depositing and / or forming tool 28 can also be arranged in the region of the two heating rollers W1, W2 and lowered to this purpose for the purpose of shaping (not shown) to fulfill the same purpose.

In der Heizzone H1 ist wie schon erwähnt das Heizgerät 10 angeordnet, welches beispielsweise elektrisch oder auf andere Weise gepunktet gezeichnete Wärmestrahlung auf die Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 abstrahlen kann. Alternativ zu der dargestellten Vorrichtung kann das Heizgerät 10 auch unterhalb des Transportbandes 20 angeordnet sein, und von unten auf die Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 zum zumindest teilweisen Aushärten derselben einwirken. Unabhängig von der Anordnung des Heizgerätes 10 dient dieses dazu, dass der im Bereich dieses Heizgerätes 10 befindliche Abschnitt der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 soweit ausgehärtet wird, dass er ein mechanisch steifes, also zumindest durch Einwirkung der Erdanziehungskraft nicht dauerhaft verformbares Gebilde darstellt.In the heating zone H1, as already mentioned, the heater 10 arranged, which, for example, electrically or in other ways dotted drawn thermal radiation on the fiber composite material web 8th can radiate. As an alternative to the illustrated device, the heater 10 also below the conveyor belt 20 be arranged, and from below on the fiber composite web 8th for at least partially curing the same act. Regardless of the arrangement of the heater 10 This serves to make sure that in the area of this heater 10 located portion of the fiber composite web 8th if it is cured so that it is a mechanically rigid, so at least by the influence of gravity does not permanently deformable structure.

Das freie Ende 13 der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 ist durch den von den beiden Heizwalzen W1 und W2 gebildeten Spalt 9 geführt und ragt durch diesen fern vom Heizgerät 10 hindurch. Die beiden Heizwalzen W1 und W2 werden mit einer Anpresskraft Fp auf die Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 gepresst, die so eingestellt ist, dass einerseits eine gewünschte geometrische Form der zukünftigen Feder 1 erzeugbar ist und andererseits gegebenenfalls überschüssiges Harz aus der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 heraus pressbar ist (4).The free end 13 the fiber composite web 8th is through the gap formed by the two heating rollers W1 and W2 9 guided and protrudes through this far from the heater 10 therethrough. The two heating rollers W1 and W2 are applied to the fiber composite web with a contact force Fp 8th Pressed, which is set so that on the one hand a desired geometric shape of the future spring 1 can be generated and on the other hand, if necessary, excess resin from the fiber composite web 8th can be pressed out ( 4 ).

In einer Umlenkzone U, die den Standort der beiden Heizwalzen W1, W2 mit einschließt, sind zwei Anpress- und Umlenkwalzen W3 und W4 angeordnet, die wechselweise arbeiten und mit deren Hilfe jeweils ein nicht ausgehärteter Abschnitt 11 der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 auf die jeweilige Heizwalze W1 bzw. W2 zur Bildung der Umlenkabschnitt 3 ablegbar und anpressbar ist.In a deflection zone U, which includes the location of the two heating rollers W1, W2, two pressure and deflection rollers W3 and W4 are arranged, which work alternately and with their help each a non-hardened section 11 the fiber composite web 8th on the respective heating roller W1 or W2 to form the deflection section 3 can be stored and pressed.

Die beiden Heizwalzen W1 und W2 können ständig heizend betrieben sein, während das Heizgerät 10 nur während bestimmter Zeiträume Wärme auf die Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 abgibt. Durch diesen Aufbau ist es möglich, dass in der Heizzone H1 im Bereich des Heizgeräts 10 ein Endabschnitt 2, 6 oder ein Windungsabschnitt 4, 5 der zukünftigen Feder 1 ausgehärtet wird, während die in der Zuführzone Z und in der Umlenkzone U befindlichen Abschnitte 11 der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 zunächst nicht ausgehärtet bleiben.The two heating rollers W1 and W2 can be operated continuously heating, while the heater 10 heat only on the fiber composite web during certain periods of time 8th emits. By this construction, it is possible that in the heating zone H1 in the range of the heater 10 an end section 2 . 6 or a winding section 4 . 5 the future spring 1 is cured, while located in the feed zone Z and in the deflection zone U sections 11 the fiber composite web 8th initially not remain cured.

Wenn der unter dem Heizgerät 10 liegende Abschnitt der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 ausgehärtet ist, wird diese Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 soweit in Richtung 21 durch den Spalt 9 der beiden Heizwalzen W1, W2 transportiert, das der zuvor im Zuführzone Z befindliche und noch nicht ausgehärtete Abschnitt der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 im Umlenkabschnitt U angeordnet ist. Hier wird dieser noch nicht ausgehärtete Abschnitt der Bahn 8 durch eine der beiden Anpress- und Umlenkwalzen W3 oder W4 auf die Oberfläche einer der beiden Heizwalzen W1 oder W2 gedrückt und dieser Bahnabschnitt 11 dann auf dieser Heizwalze W1 oder W2 ausgehärtet. Gleichzeitig oder danach kann auch das Heizgerät 10 aktiv sein, so dass auch der im Bereich dieses Heizgerätes 10 befindliche Abschnitt der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 ausgehärtet wird.If the under the heater 10 lying portion of the fiber composite web 8th Hardened, this fiber composite web becomes 8th so far in the direction 21 through the gap 9 the two heating rollers W1, W2 transported, that of the previously located in the feed zone Z and not yet cured section of the fiber composite web 8th is arranged in the deflection section U. Here is this not yet cured section of the web 8th pressed by one of the two pressure and deflection rollers W3 or W4 on the surface of one of the two heating rollers W1 or W2 and this track section 11 then cured on this heat roller W1 or W2. At the same time or after the heater can also 10 be active, so that too in the range of this heater 10 located portion of the fiber composite web 8th is cured.

Durch das wechselweise Anlegen des noch nicht ausgehärteten Abschnitts der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 auf der Heizwalze W1 oder W2 erfolgt eine Faltung der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8, in deren Ergebnis ein kontinuierlicher Produktstrang entsteht, von dem Federn 1, 1' vorbestimmter Länge abschneidbar sind.By alternately applying the not yet cured section of Fiber composite material-Bahn 8th on the heating roller W1 or W2, a folding of the fiber composite web takes place 8th resulting in a continuous product strand from which springs 1 . 1' can be cut off predetermined length.

Die in 1 dargestellte Steigung α der Windungsabschnitte 4, 5 der Feder 1 lässt sich bei der Herstellvorrichtung gemäß 3 durch ein wechselweises Verschwenken der beiden Heizwalzen W1 bzw. W2 einstellen, die um einen Schenkweg V(α) über bzw. unter diejenige Ebene schwenkbar angeordnet sind, in welcher die Faserverbundmaterial-Bahn 8 unter dem Heizgerät 10 liegt bzw. welche durch das Transportband 20 der Transportvorrichtung 19 aufgespannt ist.In the 1 shown slope α of the winding sections 4 . 5 the feather 1 can be according to the manufacturing device 3 set by an alternate pivoting of the two heating rollers W1 and W2, which are arranged pivotable about a Schenkweg V (α) above or below that plane in which the fiber composite material web 8th under the heater 10 lies or which by the conveyor belt 20 the transport device 19 is stretched.

Die 3 bis 12 zeigen die Herstellung einer erfindungsgemäßen Feder 1 in der Herstellvorrichtung gemäß 3 mit den Herstellschritten S1 bis S12 im Detail. In 3 sind die Produktionsschritte S1 bis S3 wie bereits erläutert dargestellt.The 3 to 12 show the production of a spring according to the invention 1 in the manufacturing device according to 3 with the manufacturing steps S1 to S12 in detail. In 3 the production steps S1 to S3 are shown as already explained.

Zu Beginn des Herstellprozesses werden zwei Prepreg-Bahnen 14, 15 von Prepreg-Rollen 16, 17 abgerollt und unter Zugbelastung durch die Spannrolle 25 zu einer in einem Zuführzone Z angeordnete Transportvorrichtung 19 geführt. Dann werden die beiden Prepreg-Bahnen 14, 15 auf dem Transportband 20 der Transportvorrichtung 19 gemäß dem Verlauf einer Sinus-Kurve bzw. dem Verlauf einer Kosinus-Kurve abgelegt, wobei diese im Bereich der zukünftigen Umlenkabschnitte 3 der fertigen Feder 1 wechselweise übereinander liegen und eine noch nicht ausgehärtete Faserverbundmaterial-Bahn 8 bilden.At the beginning of the manufacturing process, two prepreg webs 14 . 15 of prepreg rolls 16 . 17 unrolled and under tensile stress by the tension roller 25 to a arranged in a feed Z transport device 19 guided. Then the two prepreg webs 14 . 15 on the conveyor belt 20 the transport device 19 stored according to the course of a sinusoidal curve or the course of a cosine curve, wherein this in the range of future deflection sections 3 the finished spring 1 alternately superimposed and a not yet cured fiber composite web 8th form.

Anschließend wird die Faserverbundmaterial-Bahn 8 von der Transportvorrichtung 19 zu dem Heizgerät 10 transportiert und sodann mit ihrem freien Ende 13 durch den Spalt 9 der beiden Heizwalzen W1 und W2 gesteckt. Beim Produktionsbeginn wird nur das Heizgerät 10 aktiviert, so dass ein erster, gerader Abschnitt der Faserverbundmaterial-Bahn 8 aushärtet wird.Subsequently, the fiber composite web 8th from the transport device 19 to the heater 10 transported and then with its free end 13 through the gap 9 the two heating rollers W1 and W2 plugged. When starting production, only the heater 10 activated, leaving a first, straight section of the fiber composite web 8th is cured.

Die Einstellung des Faservolumenanteils von Abschnitten der Feder 1 kann in allen Produktionsphasen erfolgen, die vor dem Aushärten des Kunstharzes liegen.The adjustment of the fiber volume fraction of sections of the spring 1 can be done in all production phases, which are before the curing of the resin.

4 zeigt den nächsten Produktionsschritt S4, bei dem der bereits ausgehärtete Abschnitt der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 zusammen mit einem noch nicht ausgehärteten Abschnitt 11 mit Hilfe der Anpress- und Umlenkwalze W4 um die Heizwalze W2 umgelenkt sind. Unter dem nicht aktiven Heizgerät 10 ist ebenfalls ein noch nicht ausgehärteter Abschnitt der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 angeordnet. 4 shows the next production step S4, in which the already cured portion of the fiber composite web 8th together with an uncured section 11 are deflected by the heat roller W2 with the help of the pressure and deflection roller W4. Under the non-active heater 10 is also a not yet cured portion of the fiber composite web 8th arranged.

In 5 sind die dann folgenden Verfahrensschritte S5, S6 und S7 dargestellt, bei denen der Transport der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 gestoppt und die Heizwalze W2 sowie das Heizgerät 10 heizen. Dadurch werden der um die Heizwalze W2 geschlungene Abschnitt sowie der unter dem Heizgerät 10 angeordnete Abschnitt der Bahn 8 ausgehärtet. In 5 ist zudem angedeutet, dass das anfänglich freie Ende 13 der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 frühzeitig abgeschnitten wird.In 5 are then the following steps S5, S6 and S7 shown, in which the transport of the fiber composite web 8th stopped and the heating roller W2 and the heater 10 heat. Thereby, the portion wound around the heat roller W2 and that under the heater become 10 arranged section of the railway 8th hardened. In 5 is also hinted that the initially free end 13 the fiber composite web 8th cut off early.

Wie 6 entnehmbar ist, wird nach dem Aushärten des um die Heizwalze W2 geschlungenen Abschnitts und dem Aushärten des unter dem Heizgerät 10 angeordneten Abschnitts der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 die Transportvorrichtung 19 erneut aktiviert, so dass gemäß Produktionsschritt S8 der eine ausgehärtete Bahnabschnitt 3 von der Heizwalze W2 abhebt und der andere ausgehärtete Bahnabschnitt 4 durch den Spalt 9 der beiden Heizwalzen W1, W2 hindurch geschoben wird. 6 verdeutlicht auch, dass die geraden und bereits ausgehärteten Bahnabschnitte den unteren Endabschnitt 6 sowie den ersten Windungsabschnitt 4 der zukünftigen Feder 1 gemäß 1 bilden, während der auf der Heizwalze W2 ausgehärtete Abschnitt den Umlenkabschnitt 3 bildet.As 6 is removed, after curing of the wound around the heating roller W2 section and the curing of the under the heater 10 arranged portion of the fiber composite web 8th the transport device 19 activated again, so that according to production step S8 of a cured web section 3 lifts from the heating roller W2 and the other cured track section 4 through the gap 9 the two heating rollers W1, W2 is pushed through. 6 also illustrates that the straight and already cured track sections the lower end section 6 and the first turn section 4 the future spring 1 according to 1 form during the hardened on the heating roller W2 section the deflection section 3 forms.

In 7 ist der Produktionsschritt S9 dargestellt, bei dem erneut ein noch nicht ausgehärteter Abschnitt der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 durch den Spalt 9 der beiden Heizwalzen W1 und W2 hindurch transportiert und anschließend mit Hilfe der Anpress- und Umlenkwalze W3 auf der Heizwalze W1 abgelegt und aufgepresst wird. Das Heizgerät 10 ist dabei ausgeschaltet.In 7 the production step S9 is shown, in which again a not yet cured section of the fiber composite web 8th through the gap 9 the two heating rollers W1 and W2 transported through and then stored and pressed with the help of the pressure and deflection roller W3 on the heating roller W1. The heater 10 is switched off.

8 zeigt, wie erneut gemäß den Produktionsschritten S5 bis S7 die auf der Heizwalze W1 und unter dem Heizgerät 10 angeordneten und noch nicht ausgehärteten Abschnitte der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 durch Einwirkung von Wärmeenergie (gepunktete Linen) ausgehärtet werden. Oberhalb der Heizwalze W1 sind bereits produzierte und daher schon ausgehärtete Abschnitte der zukünftigen Feder 1 erkennbar. 8th shows how again according to the production steps S5 to S7 on the heating roller W1 and under the heater 10 arranged and not yet cured sections of the fiber composite web 8th be cured by the action of heat energy (dotted lines). Above the heating roller W1 are already produced and therefore already cured sections of the future spring 1 recognizable.

In 9 und 10 sind die Produktionsschritte S8 und S9 dargestellt, bei denen im Schritt S8 der auf der Heizwalze W1 ausgehärtete Abschnitt der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 durch. Weitertransport derselben durch den Spalt 9 der beiden Heizwalzen W1, W2 von der Heizwalze W1 abgehoben hat und der unter dem Heizgerät 10 ausgehärtete Abschnitt durch diesen Spalt 9 hindurchgeführt wurde. Im Schritt S9 wird ein weiterer zugeführter und noch nicht ausgehärteter Abschnitt der Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 mittels der Anpress- und Umlenkwalze W4 auf die Heizwalze W2 aufgelegt und angepresst. Das Heizgerät 10 ist dabei ausgeschaltet und beide Heizwalzen W1, W2 können ebenfalls ausgeschaltet sein.In 9 and 10 the production steps S8 and S9 are shown, in which in step S8 the cured on the heating roller W1 section of the fiber composite web 8th by. Further transport through the gap 9 of the two heating rollers W1, W2 has lifted from the heating roller W1 and under the heater 10 cured section through this gap 9 was passed through. In step S9, another supplied and not yet cured portion of the fiber composite web 8th by means of the pressure and deflection roller W4 placed on the heating roller W2 and pressed. The heater 10 is switched off and both heating rollers W1, W2 can also be switched off.

In 11 ist in einer Übersichtsdarstellung gezeigt, wie die Produktionsschritte 86 und 87 gerade ablaufen, während bereits eine größere Anzahl von Endabschnitten 2, 6, Umlenkungsabschnitten 3 und Windungsabschnitten 4, 5 hergestellt ist. Da die Anzahl dieser Abschnitte 2, 3, 4, 5, 6 für die Herstellung einer Feder 1 mit der Länge L bereits groß genug ist, wird in einem Produktionsschritt S11 eine Trennvorrichtung 29 aktiviert, welche die Feder 1 von dem Verlauf der nächsten, noch in der Herstellung befindlichen Feder 1' abtrennt. Die fertige Feder 1 wird in einem Produktionsschritt S12 abtransportiert und die Fertigungsvorrichtung gemäß 3 kontinuierlich weiter betrieben.In 11 is shown in an overview, as the production steps 86 and 87 just expire while already having a larger number of end sections 2 . 6 , Deflection sections 3 and winding sections 4 . 5 is made. As the number of these sections 2 . 3 . 4 . 5 . 6 for the production of a spring 1 With the length L is already large enough, in a production step S11 is a separator 29 activated, which is the spring 1 from the course of the next, still in the making spring 1' separates. The finished spring 1 is removed in a production step S12 and the manufacturing device according to 3 continuously operated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Federfeather
1'1': Feder während ihrer ProduktionFeather during their production
22: Oberer Endabschnitt der FederUpper end portion of the spring
33: Umlenkungsabschnittdeflection section
3a3a: Umfangsabschnitt der FederPeripheral portion of the spring
3b3b: Umfangsabschnitt der FederPeripheral portion of the spring
3c3c: Umfangsabschnitt der FederPeripheral portion of the spring
44: Windungsabschnittturn section
55: Windungsabschnittturn section
66: Unterer Endabschnitt der FederLower end portion of the spring
77: Axialbohrung in der FederAxial bore in the spring
88th: Faserverbundwerkstoff-BahnFiber composite material-Bahn
99: Spalt zwischen den zwei HeizwalzenGap between the two heating rollers
1010: Heizgerätheater
1111: Noch nicht ausgehärteter Abschnitt der Bahn 8 Unhardened section of the track 8th
1212: Oberfläche des Endabschnitts 2 Surface of the end section 2
12'12 ': Oberfläche des Endabschnitts 6 Surface of the end section 6
1313: Freies Ende der Faserverbundwerkstoff-BahnFree end of the fiber composite web
1414: Prepreg-Bahn, Prepreg-LagePrepreg sheet, prepreg sheet
1515: Prepreg-Bahn, Prepreg-LagePrepreg sheet, prepreg sheet
1616: Prepreg-RollePrepreg role
1717: Prepreg-RollePrepreg role
1818: Trenn- und Isolationsmittel-BahnSeparating and insulating web
1919: Transportvorrichtungtransport device
2020: Transportbandconveyor belt
2121: Transportrichtungtransport direction
2222: Rolle der TransportvorrichtungRole of the transport device
2323: Trenn- und Isolationsmittel-RolleSeparating and insulating agent roll
2424: Trenn- und Isolationsmittel-RolleSeparating and insulating agent roll
2525: Spannrolleidler
2626: Trennmittelrelease agent
2727: Trennmittelrelease agent
2828: Ablegewerkzeug, FormwerkzeugLaying tool, mold
2929: Trennvorrichtungseparating device
3030: Bohrerdrill
3131: Bewegungsrichtung des BohrersDirection of movement of the drill
AA: Stirnseite der FederFront side of the spring
BB: Seitenansicht der FederSide view of the spring
Fgfg: Gewichtskraft der Spannrolle 25 Weight of the tension pulley 25
Fpfp: Presskraft der Heizrollen W1, W2Pressing force of the heating rollers W1, W2
FxFx: Zugkraft auf die Faserverbundwerkstoff-Bahn 8 Tensile force on the fiber composite web 8th
H1H1: Heizzone unter dem HeizgerätHeating zone under the heater
LL: Länge der FederLength of the spring
LxLx: Längsachse der FederLongitudinal axis of the spring
LyLy: Querachse der FederTransverse axis of the spring
UU: Umlenkzonedeflection
S1–S12S1-S12: Verfahrenschrittesteps
V(α)V (α): Schwenkweg der Heizwalzen W1, W2Swing path of the heating rollers W1, W2
W1W1: Heizwalzeheating roller
W2W2: Heizwalzeheating roller
W3W3: Anpress- und Umlenkwalze, Anpress- und UmlenkmittelPressing and deflection roller, pressing and deflection
W4W4: Anpress- und Umlenkwalze, Anpress- und UmlenkmittelPressing and deflection roller, pressing and deflection
ZZ: Zuführzonefeed zone
αα: Steigung eines Windungsabschnitts 4, 5 Gradient of a meandering section 4 . 5

Claims

Feather ( 1 ) of a fiber composite material, the two end sections ( 2 . 6 ) and interposed Windungsabschnitte ( 4 . 5 ), wherein the end sections ( 2 . 6 ) and the winding sections ( 4 . 5 ) via deflection sections ( 3 ) are integrally connected, and in which all sections ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) from alternately superimposed layers ( 14 . 15 ) consist of a fiber composite material, characterized in that the spring ( 1 ) from prepreg layers ( 14 . 15 ) is constructed, which are arranged along its longitudinal extension sinusoidal or cosinus-shaped alternately one above the other.

Spring according to claim 1, characterized in that several layers of sinusoidal or cosine-shaped prepreg layers ( 14 . 15 ) are vertically arranged one above the other, and that the respective prepreg layers ( 14 . 15 ) alternately follow the course of the same sine curve or the course of the same cosine curve.

Spring according to claim 1 or 2, characterized in that through those regions of the spring ( 1 ), in which the prepreg layers ( 14 . 15 ) of the fiber composite material, the respective deflection sections ( 3 ) the feather ( 1 ) are formed.

Spring according to one of claims 1 to 3, characterized in that the end sections ( 2 . 6 ) and the winding sections ( 4 . 5 ) as a sheet with largely flat surfaces ( 12 ) and the deflection sections ( 3 ) are curved.

Spring according to one of claims 1 to 4, characterized in that the end sections ( 2 . 6 ) along a transverse axis (Ly) at right angles to Longitudinal axis (Lx) of the spring ( 1 ) are arranged aligned.

Spring according to one of claims 1 to 5, characterized in that the end sections ( 2 . 6 ) are cured successively in time.

Spring according to one of claims 1 to 6, characterized in that the end sections ( 2 . 6 ) and the winding sections ( 4 . 5 ) over the longitudinal extent of the spring ( 1 ) are each cured in chronological succession.

Spring according to claim 7, characterized in that at least one end portion ( 2 . 6 ) and an associated deflection section ( 3 ) are cured at the same time.

Spring according to claim 7, characterized in that the winding sections ( 4 . 5 ) each with an associated deflection section ( 3 ) are cured at the same time.

Spring according to one of claims 6 to 9, characterized in that the mutually associated sections, namely end section ( 2 . 6 ) and deflection section ( 3 ) and deflection section ( 3 ) and winding section ( 4 . 5 ) under a tensile load (Fx) of the fibers of the fiber composite material.

Spring according to one of claims 1 to 10, characterized in that the fiber volume fraction of the deflection sections ( 3 ) is smaller than the fiber volume fraction of the end sections ( 2 . 6 ) and the winding sections ( 4 . 5 ).

Spring according to one of claims 1 to 10, characterized in that the fiber volume fraction of the deflection sections ( 3 ) is the same size as the fiber volume fraction of the end sections ( 2 . 6 ) and the winding sections ( 4 . 5 ).

Spring according to one of claims 1 to 10, characterized in that the fiber volume fraction of the deflection sections ( 3 ) is greater than the fiber volume fraction of the end sections ( 2 . 6 ) and the winding sections ( 4 . 5 ).

Spring according to one of claims 1 to 10, characterized in that the fiber volume fraction of the deflection sections ( 3 ), the end sections ( 2 . 6 ) and the winding sections ( 4 . 5 ) is different in each case

Spring according to one of claims 1 to 13, characterized in that the material thickness (D2) of the deflection sections ( 3 ) is greater than the material thickness (D1) of the end sections ( 2 . 6 ) and the winding sections ( 4 . 5 ).

Spring according to one of claims 1 to 14, characterized in that the peripheral contour ( 3a . 3b . 3c ) the feather ( 1 ) at each end section ( 2 . 6 ) and winding section ( 4 . 5 ) in the area ( 3c ) of the deflection sections ( 3 ) in a straight line and in the intermediate areas ( 3a . 3b ) is formed circular arc-shaped.

Spring according to one of claims 1 to 14, characterized in that the spring ( 1 ) by the selected sine or cosine curve and the selected width of the prepreg layers ( 14 . 15 ) after its curing transversely to the longitudinal extent of a central bore ( 7 ) or recess, which has all end sections ( 2 . 6 ) and winding sections ( 4 . 5 ) the feather ( 1 ) penetrates.

Spring according to one of claims 1 to 14, characterized in that the winding sections ( 4 . 5 ) at an angle (α) to the end sections ( 2 . 6 ), which is greater than 0 ° and less than 45 °.

Method for producing a spring ( 1 ) of a fiber composite material, characterized by the following method steps: S1: feeding of at least two prepreg webs ( 14 . 15 ) to a transport device ( 19 ). S2: alternately depositing the at least two prepreg webs ( 14 . 15 ) on the transport device ( 19 ) such that a prepreg web ( 14 ) of a sinusoidal curve and the other prepreg sheet ( 15 ) follows a cosine curve that includes a common, uncured fiber composite web ( 8th ) form. S3: feeding the uncured fiber composite web ( 8th ) to a heater ( 10 ) and retraction of the fiber composite web ( 8th ) into a gap ( 9 ) between two heating rollers (W1, W2), seen in the conveying direction behind the heater ( 10 ) are arranged. S4: redirecting the fiber composite web ( 8th ) around one of the two heating rollers (W1, W2) by less than 181 °. S5: Stop the transport of the fiber composite web ( 8th ). S6: Actuating the heater ( 10 ) as well as the heating of the fiber composite web ( 8th ) partially wrapped heat roller (W1, W2). S7: curing of an end section ( 2 . 6 ) or a winding section ( 4 . 5 ) under the heater ( 10 ) and simultaneous curing of a deflection section ( 3 ) on the heating roller (W1, W2). S8: further transport of the hardened end section ( 2 . 6 ) or the hardened turn section ( 4 . 5 ) through the gap ( 9 ) of the two heating rollers (W1, W2) and simultaneous further transport of the hardened deflection section ( 3 ) by lifting off the deflecting section ( 3 ) from the heating roller (W1, W2). S9: feeding and redirecting an uncured section ( 11 ) of the fiber composite web ( 8th ) by the opposing heating roller (W2, W1) by less than 1810. S10: proceeding to step S5 to step S9 until the desired length of the spring (FIG. 1 ) is reached. S11: separating the spring ( 1 ) when reaching a certain length (L). S12: removal of the spring ( 1 ) and continue with step 56 ,

A method according to claim 19, characterized in that below the heater ( 10 ) a plane or only slightly curved portion of the fiber composite web ( 8th ) to an end portion ( 2 . 6 ) or to a winding section ( 4 . 5 ) is cured.

A method according to claim 20, characterized in that at the beginning of the manufacturing process exclusively under the heater ( 10 ) and in front of the heating rollers (W1, W2) a flat or only slightly curved section of the fiber composite material web (FIG. 8th ) to an end portion ( 2 . 6 ) is cured.

Method according to one of claims 19 to 21, characterized in that the deflection and pressing of the not yet cured fiber composite web ( 8th ) on the respectively associated heating roller (W1, W2) by means of at least one pressing and deflection roller (W3, W4).

Method according to one of claims 19 to 22, characterized in that the under the heater ( 10 ) and the portion of the fiber composite web (FIG. 1) on the heating roller (W1, W2) ( 8th ) is exposed during curing of a tensile force (Fx).

Method according to one of claims 19 to 23, characterized in that a guide and shaping of the not yet cured fiber composite material web ( 8th ) in front of the heater ( 10 ) and / or on the heating rollers (W1, W2) by the sinusoidal or cosine-shaped depositing of the prepreg sheets ( 14 . 15 ) and deflecting the fiber composite web ( 8th ) around one of the two heating rollers (W1, W2) takes place such that the finished spring ( 1 ) a circumferential geometry with at the deflecting sections ( 3 ) straight course ( 3c ) and between these deflecting sections ( 3 ) a circular section course ( 3a . 3b ) having.

Method according to one of claims 19 to 24, characterized in that the adjustment of the respective fiber volume fraction of the end sections ( 2 . 6 ), Winding sections ( 4 . 5 ) and deflecting sections ( 3 ) by a section-wise pressing out of not yet hardened synthetic resin from the supplied fiber composite material web ( 8th ), wherein the fiber volume fraction of the respective deflection sections ( 3 ), End sections 2 . 6 ) and turns sections smaller, equal to or greater than the fiber volume fraction of the respective adjacent deflection sections, end sections and turn sections ( 4 . 5 ).

A method according to claim 25, characterized in that the adjustment of the respective fiber volume fraction of the not yet cured fiber composite web ( 8th ) in front of the heater ( 10 ) and / or on the heating rollers (W1, W2) is carried out such that the fiber volume fraction in the deflecting sections ( 3 ) is greater than the fiber volume fraction in the end sections ( 2 . 6 ) and in the winding sections ( 4 . 5 ).

A method according to claim 25, characterized in that the adjustment of the respective fiber volume fraction of the not yet cured fiber composite web ( 8th ) in front of the heater ( 10 ) and / or on the heating rollers (W1, W2) is carried out such that the fiber volume fraction in the deflecting sections ( 3 ) is smaller than the fiber volume fraction in the end sections ( 2 . 6 ) and in the winding sections ( 4 . 5 ).

Method according to one of claims 19 to 27, characterized in that the not yet cured fiber composite material web ( 8th ) in front of the heater ( 10 ) and / or on the heating rollers (W1, W2) is compressed so transversely to its longitudinal extent that the material thickness (D2) of the deflection sections ( 3 ) is greater than the material thickness (D1) of the end sections ( 2 . 6 ) and the winding sections ( 4 . 5 ).

Method according to one of claims 19 to 28, characterized in that the pitch angle (α) of the winding sections ( 4 . 5 ) in the spring ( 1 ) by a pivoting of the heating rollers (W1, W2) about a certain Verschwenkweg (Vα) above or below the plane in which the fiber composite material web ( 8th ) under the heater ( 10 ) lies.

Device for producing a spring from a fiber composite material, characterized by - a feed zone (Z) for feeding at least two prepreg webs ( 14 . 15 ) to a transport device ( 19 ), - a depositing and / or forming tool ( 28 ) for depositing and forming the at least two prepreg webs ( 14 . 15 ) on the transport device ( 19 ), with which the prepreg webs ( 14 . 15 ) alternately following the course of a sinusoidal curve or the course of a cosine curve to form a common, uncured fiber composite web ( 8th ) are placed vertically one above the other, - one in the transport direction ( 21 ) the following and substantially planar heating zone (H1) with a heater ( 10 ) for shaping and curing straight-sided end sections ( 2 . 6 ) and winding sections ( 4 . 5 ) the feather ( 1 ), - one in the transport direction ( 21 ) after the heating zone (H1) the following deflection zone (U) for shaping and curing curved deflection sections (US Pat. 3 ) the feather ( 1 ), - two in the heating zone (H1) opposite arranged heating rollers (W1, W2), the one gap ( 9 ) for receiving the fiber composite web ( 8th ) form between them, - a pressing and deflecting means (W3, W4) for mutual laying and pressing of not yet cured sections ( 11 ) of the fiber composite web ( 8th ) to one of the two heating rollers (W1, W2), - and a separating device ( 29 ) for separating springs ( 1 ) predetermined length (1) of the continuously produced course of the spring ( 1' ).

Apparatus according to claim 30, characterized in that a tensioning device ( 25 ) is present, in conjunction with the feed force of the two driven heating rollers (W1, W2), a tensile force (Fx) on the fiber composite web ( 8th ) is produced during their curing.

Apparatus according to claim 30 or 31, characterized in that in the region of the feed zone (Z) and / or immediately before the two heating rollers (W1, W2) and / or on the two heating rollers (W1, W2) a laying and / or mold tool ( 28 ) to the not yet cured fiber composite web ( 8th ), with which the circumferential geometry and / or the fiber volume fraction of sections ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ) of the spring to be produced ( 1 ).

Device according to one of claims 30 to 32, characterized in that the surfaces of the two heating rollers (W1, W2) as molding tools for forming and / or adjusting the fiber volume fraction of the not yet cured fiber composite web ( 8th ) are formed.

Device according to one of claims 30 to 33, characterized in that the surfaces of the two heating rollers (W1, W2) and / or the depositing and / or forming tool ( 28 ) are formed in the region of the feed zone (Z) such that with them the fiber composite web ( 8th ) in the region of the later deflection sections ( 3 ) can be reduced in width by narrowing transversely to its longitudinal extent and can be increased in its material thickness (D2), or in that the fiber volume fraction in the deflecting sections ( 3 ) with respect to the adjacent turn sections ( 4 . 5 ) by pressing out not yet hardened synthetic resin from the supplied fiber composite material web ( 8th ) is enlargeable.

Device according to one of claims 30 to 34, characterized in that the two heating rollers (W1, W2) for adjusting the pitch angle (α) of the winding sections ( 4 . 5 ) the feather ( 1 ) by means of a pivoting device about a pivoting path (Vα) are pivotable above and below the plane in which the fiber composite material web ( 8th ) under the heater ( 10 ) or which by the conveyor belt ( 20 ) of the transport device ( 19 ) is stretched.