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WO2019020703A1 - Verfahren zum herstellen einer schraubenfeder - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer schraubenfeder Download PDF

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WO2019020703A1
WO2019020703A1 PCT/EP2018/070204 EP2018070204W WO2019020703A1 WO 2019020703 A1 WO2019020703 A1 WO 2019020703A1 EP 2018070204 W EP2018070204 W EP 2018070204W WO 2019020703 A1 WO2019020703 A1 WO 2019020703A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
extruded profile
fibers
longitudinal
layers
longitudinal direction
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2018/070204
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gregor Daun
Jan Wucherpfennig
Christian KORFF
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of WO2019020703A1 publication Critical patent/WO2019020703A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/02—Bending or folding
    • B29C53/12—Bending or folding helically, e.g. for making springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
    • F16F1/366—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers made of fibre-reinforced plastics, i.e. characterised by their special construction from such materials
    • F16F1/3665—Wound springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/10—Cords, strands or rovings, e.g. oriented cords, strands or rovings
    • B29K2105/101—Oriented
    • B29K2105/103—Oriented helically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
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    • B29L2031/7732—Helical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/774—Springs
    • B29L2031/7742—Springs helical springs

Definitions

  • Fiber-reinforced materials contain as essential components fibers as reinforcing material and a matrix system in which the fibers are embedded.
  • the fibers are based on glass, carbon, aramid, polyacrylonitrile, polyester or polyamide.
  • Thermosetting polymers for example polyester resins, vinyl ester resins, polyurethane resins or epoxy resins, or thermoplastic polymers such as polyamides, polypropylenes or polyethylenes are usually used as the matrix system.
  • Various processes are known for the production of fiber-reinforced extruded profiles.
  • the fibers are unwound from bobbins, soaked in the matrix system or otherwise wetted, formed into the desired profile shape and cured.
  • the fibers themselves may form the profile shape or they may be applied to a base body.
  • the process is usually carried out continuously by continuously drawing the workpiece formed by the impregnated fibers through the plant.
  • the fibers are also unrolled from bobbins and impregnated with the matrix system or otherwise wetted.
  • this is a discontinuous process in which a core or body to be coated rotates and the fibers are guided by an axial reciprocation on the workpiece and wound on this until the desired thickness of the fiber-plastic Layer is reached.
  • the so-called Pullwinding vide represents a combination of pultrusion and
  • a strand-shaped workpiece is pulled through the plant, while fiber coils rotate around the workpiece, the fibers are soaked or wetted and the wetted fibers are deposited on the workpiece. In this case, the wetting can also take place only on the workpiece
  • the strand-shaped workpiece may be a preformed body, such as a tube, but it may also be formed by fibers, which are brought in a first stage, for example in the pultrusion in a profile shape.
  • extruded profiles are produced by such methods by wrapping several layers made of the composite around a core.
  • the composite layers are made of fibers embedded in a polymer matrix.
  • the extruded profile produced in this way can optionally be encased.
  • WO 2012/066246 A1 describes a method for producing a from a
  • fiber-reinforced composite produced coil spring, in which an extruded profile in the form of a coil spring on an inflatable inner mold is cured.
  • Disposable molds must be thermosetting and must be prepared, destroyed and disposed of for each coil spring, so that these forms are not suitable for a larger manufacturing scale of coil springs for cost reasons.
  • Many coil springs also deviate from the cylindrical shape in the direction of a banana shape, S shape or barrel shape, which makes the design and manufacture of the inner molds even more complex.
  • a basic idea of the present invention is the use of a suitable fiber arrangement in the composite material of the extruded profile for the production of the coil spring, so that it is possible to dispense with an internal shape for fixing the coil spring during curing, and instead an external shape is sufficient for positioning the coil spring, since these extruded profiles are in the Press the mold outwards into the mold and do not move inward and avoid positioning.
  • An inventive method for producing a coil spring, in particular a coil spring for a chassis of a motor vehicle comprising:
  • an extruded profile is understood to be a workpiece which is formed by unwinding fibers, impregnating the fibers with a matrix material and shaping the fibers into a predetermined profile.
  • the extruded profile is in particular a by a Strangzieh compiler,
  • Filament winding or Pullwinding manufactured workpiece can also be made with another process such as winding preimpregnated fiber webs into tubes.
  • the workpiece can be pre-cut to a certain length, but it can also be used as a piece of tubing initially unspecified
  • the cross-sectional profile of the workpiece may be constant or variable over its length.
  • the cross-sectional profile is limited only in that its largest
  • Expansion must be smaller than a cross section of a through hole of a device for producing the extruded profile.
  • the workpiece can be hollow or compact.
  • a longitudinal direction of extension means an extension in a direction parallel to the longest dimension of the respective component, e.g. the axis of the extruded profile, which may possibly also be bent, or the direction of the fibers.
  • a fiber is understood to mean a linear, flexible, elementary structure which consists of a pulp and has an outer fiber shape which is thin in relation to its length.
  • the fiber may be (quasi) endless or limited in length. Fibers can - without the support of an enveloping matrix - absorb no compressive forces in the longitudinal direction, but only tensile forces, since they buckle under pressure.
  • torsion means the effects of a force acting parallel to the base surface and tangential to the side surface of a body, which mainly turns the extruded profile about its longitudinal axis.
  • the hardening process may be solidification by lowering the temperature or in-situ polymerization, and in the case of thermosets by polymerization, in particular
  • Orientations of the fibers differ from each other.
  • the fibers are not oriented parallel to one another but intersect at a predetermined angle when viewed from above. Characterized in that more are provided on train than stress on claimable fibers, in particular such an extruded profile by the prevailing residual stress the inclination relative to the coil spring axis to press outward in the mold. Therefore, no inner mold is needed during curing. An inner mold is possibly only needed for a short time to arrange the extruded profile in the outer mold, but not during the actual curing. In other words, the fibers are oriented in such a way that the
  • Coil spring before curing tends to be in the radial direction with respect to the
  • the coil spring After curing, the coil spring has a length that is smaller than before curing. This shortening of the coil spring in a direction parallel to the helical spring axis is due to the special arrangement of the fibers. This effect is all the more pronounced the more tension is provided on fibers than on compression-loadable fibers.
  • the method produces a helical spring with a screw diameter that is slightly larger than before hardening, which must be taken into account when designing the shape.
  • Such a structure of the extruded profile also has the advantage that the helical spring produced is designed to be stronger on torsion resilient than coil springs, which are made of a composite material with an identical number of fibers, which are loaded on train and pressure.
  • the extruded profile may have a first layer structure of a first plurality of layers and a second layer structure of a second plurality of layers around the first layer structure.
  • Each layer of the first layer structure may comprise a plurality of fibers.
  • Each layer of the second layer structure may comprise a plurality of fibers.
  • the Fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers may each extend in the longitudinal extension directions.
  • Longitudinal directions of the fibers of the first plurality of layers and the fibers of the second plurality of layers may differ from the longitudinal direction of the extruded profile.
  • the fibers of the first plurality of layers may extend relative to the longitudinal extension direction of the extruded profile in such a way that they are subjected to longitudinal pressure in the longitudinal direction when the torsion load of the extruded profile is set.
  • the fibers of the second plurality of layers may extend relative to the longitudinal extension direction of the extruded profile in such a way that they are subjected to longitudinal tension when the torsion load of the extruded profile is set in their longitudinal directions.
  • the second layer structure may comprise more fibers than the first layer structure.
  • a layer is to be understood as meaning a uniform mass of areal extent with a specific thickness which is significantly smaller than the dimensions which form the areal extent.
  • a layer may also be referred to as a layer in the field of the present invention.
  • a layer structure is understood to mean a design or a construction in which a plurality of layers are arranged one above the other or in which several layers are arranged one above the other.
  • Layer structure is surrounded to the outside by a second layer structure.
  • Both the first layer structure and the second layer structure are formed from a plurality of layers arranged one above the other. Each of the layers in turn has multiple fibers.
  • the first layer structure is surrounded by the layers of the second layer structure.
  • the turns or slopes of the fibers of the layers of the first layer structure differ from the turns or slopes to the fibers of the layers of the second
  • the fibers of the layers of the first layer structure are right-ascending and the fibers of the layers of the second layer structure are left-increasing or reverse-oriented. Accordingly, instead of a so-called fine-layered structure in which the layers of fibers of different turns are alternately stacked, a coarse-layered structure is proposed in which a first arrangement of layers with fibers of the same turn is provided one above the other, and then on this first arrangement a second arrangement of layers of fibers of the same turn is provided, wherein the turns of the fibers of the first arrangement differ from the turns of the fibers of the second arrangement.
  • Such a construction increases fatigue strength and reduces the shear modulus.
  • the outer mold may have a circumferential groove on an inner side, wherein the groove has a width which is greater than an outer diameter of the extruded profile when using a rigid material of the outer shape. Accordingly, the extruded profile is not flush the edges of the groove, but only in the radial direction with respect to the
  • Coil spring axis This excess facilitates Entform availability after curing.
  • the coil spring would not be removed because of undercuts.
  • the necessary size of the oversize depends not only on the number of moldings, but also on the position relative to the parting plane.
  • the groove in the demoulding direction, in the case of a two-shell structure perpendicular to the parting plane, the groove can be adapted to the profile.
  • the expansion for the undercut must be in accordance with the angle to the parting plane at the other positions between the parting plane and the demolding direction. An undercut is always created only on one side of the profile.
  • the method may further wind the extruded profile about an inner shape of the
  • Forming tool arranging the outer mold on the inner mold such that the extruded profile of the outer mold and the inner mold is surrounded, and removing the inner mold before
  • Curing the wound extruded profile include.
  • the inner mold can be removed, for example, by pulling out of the outer mold. Previously, the extruded profile is sandwiched by the outer mold and the inner mold. The inner mold serves only as an aid to correctly arrange the extruded profile in the outer mold and is not needed for fixing during curing.
  • the outer mold may be formed in several parts from a plurality of outer mold parts, wherein the extruded profile is arranged in at least one of the outer mold parts and to harden the extruded profile all outer moldings are interconnected.
  • the bonding is preferably not fixed, but releasable, such as by screwing.
  • the use of a multi-part outer mold facilitates demolding.
  • the outer moldings can be detached from each other.
  • the outer moldings can be easily removed, for example by
  • the inner mold can be removed non-reusable. This can be realized, for example, by irreversible destruction, disassembly, dissolution, melting out or the like. Non-reusable removal may facilitate or simplify removal because comparatively few operations are required.
  • the inner mold is removed reusable.
  • Hardening process can be used a new inner mold, which reduces the manufacturing cost of larger quantities.
  • the extruded profile can be arranged by unwinding from a support element and / or rotating in the outer mold.
  • the extruded profile can be adapted to different ones Arrange ways in the outer form.
  • the support element previously used only as an aid for a winding process to transport the extruded profile space saving after its production and can temporarily store.
  • the extruded profile can be formed as a clockwise-rotating compression spring, wherein the
  • Extruded profiles are claimed in their longitudinal directions to longitudinal pressure, are oriented clockwise to the longitudinal direction of the extruded profile, wherein the longitudinal extension directions of those fibers, the target torsional load of
  • the extruded profile can be formed as a left-handed compression spring, wherein the longitudinal extension directions of those fibers, the target torsional load of the
  • Extruded profiles are claimed in their longitudinal extension directions to longitudinal pressure, are oriented counterclockwise to the longitudinal direction of the extruded profile, wherein the longitudinal extension directions of those fibers, the target torsional load of the
  • a right-handed helical spring is to be understood as meaning a helical spring which, when viewed in the direction of the helical spring axis, is wound in a clockwise direction.
  • an orientation is at left-handed rotation
  • a left-handed helical spring is to be understood as a helical spring which, when viewed in the direction of the helical spring axis, is wound in a counterclockwise direction.
  • the fibers may be embedded in a matrix material.
  • a matrix material is to be understood as meaning any material which is suitable for fixing the fibers in their position after being deposited.
  • Thermoplastic polymers for example polyester resins, vinyl ester resins, polyurethane resins or epoxy resins, or thermoplastic polymers such as polyamides, polypropylenes or polyethylenes are preferably used as the matrix material, preferably high softening temperature, media resistance, fatigue resistance and ease of processing, adequate availability, resource-saving production, low To arrange purchase costs. It can be used in a layer structure of the fibers and different matrix materials.
  • the fibers of the first plurality of layers may be embedded in a first matrix material and the fibers of the second plurality of layers may be embedded in a second matrix material, wherein the second matrix material is different from the first matrix material.
  • the first matrix material may have a high stiffness to laterally pressurize the longitudinally pressurized fibers
  • the fibers may be impregnated with an impregnating agent.
  • an impregnating agent is basically to be understood as meaning any matrix material which is cured by curing, for example by polymerization, for bonding the fibers and
  • the impregnating agent in the context of the present invention, in particular a monomer or polymer-based liquid is used.
  • the impregnating agent can be a liquid matrix material during processing, such as, for example, a reactive liquid thermosetting system based on, for example, polyurethane, polyester, vinyl ester, epoxy resin, or a reactive thermoplastic system based on caprolactam, polyacrylic, or a thermoplastic Melt be based on polypropylene, polyethylene, polyamide, for example.
  • the fibers are glass fibers.
  • Such fibers are particularly easy to process and permanently stable or have a high fatigue strength.
  • a glass fiber is to be understood as meaning a long thin fiber made of glass. To produce thin threads are drawn from a glass melt.
  • the fibers may be formed as rovings. Under a roving in the present invention, a bundle, strand or multifilament yarn of parallel filaments, i. Continuous fibers, to be understood.
  • filaments produced from glass are preferably combined to form rovings, but other materials can in principle also be used within the scope of the present invention, for example aramids, basalt, polyethylenes or carbon.
  • a helical spring is proposed which is obtainable or obtained according to a method described above. Thus, the coil spring can be produced with the advantages of the method described above.
  • FIG. 1 shows a side view of an extruded profile in the form of a helical spring
  • FIG. 2 shows a further side view of the extruded profile in the form of a helical spring
  • FIG. 3 shows a side view of molded parts of a molding tool
  • FIG. 4 shows a detail of the outer shape of the molding tool
  • FIGS. 6A and 6B show an elastically deformable inner shape of a first exemplary embodiment
  • FIGS. 7A and 7B show an inner shape of a second embodiment
  • FIGS. 8A and 8B show a multi-part inner shape of a third exemplary embodiment
  • FIGS. 9A and 9B show a multi-part inner shape of a fourth exemplary embodiment
  • FIGS. 10A to 10D show various steps of a method for producing a
  • Figure 1 1 is a perspective view of a way to introduce the extruded profile in the outer mold.
  • Figure 1 shows a side view of an extruded profile 10.
  • the extruded profile 10 is bent in the form of a clockwise helical spring 12. Accordingly, the extruded profile 10
  • the coil spring 12 has an outer diameter d e of the extruded profile 10.
  • the extruded profile 10 may be rohrformig and thus have an inner diameter d.
  • the coil spring 12 also has a pitch H, a spring diameter D and a pitch angle a.
  • the Slope H is defined as the distance from centers of adjacent turns in a direction parallel to the helical spring axis 14.
  • the spring diameter D is as a distance from centers of adjacent turns in a direction perpendicular to
  • Coil spring axis 14 defined.
  • the pitch angle a is defined as an angle between a center line 16 of the extruded profile 10 and a plane 18 perpendicular to the helical spring axis 14.
  • Figure 2 shows a further side view of the extruded profile 10.
  • the coil spring 12 is more precisely a clockwise rotating compression spring, as indicated by arrows 20.
  • the extruded profile 10 extends in a longitudinal direction 22.
  • the extruded profile 10 is made of a fiber composite material.
  • the extruded profile 10 has one around the
  • Layer structure 24 has a first plurality of layers 26, of which only one is indicated in FIG.
  • the first layer structure 24 preferably consists of the first plurality of layers 26.
  • Each layer 26 of the first layer structure 24 has several
  • the fibers 28 of the first plurality of layers 26 each extend in longitudinal directions 30.
  • the extruded profile 10 also has a second
  • the second layer structure 32 has a second plurality of layers 34, of which only one is indicated in FIG.
  • the second layer structure 32 preferably consists of the second plurality of layers 34.
  • Each layer 34 of the second layer structure 32 has a plurality of fibers 36.
  • the fibers 36 of the second plurality of layers 34 each extend in longitudinal directions 38. As will be explained in more detail below, the fibers 28, 36 extend into their respective ones
  • Extruded profile 10 such that more fibers 28, 36 are claimed in the longitudinal direction of stretching of the extruded profile 10 in their longitudinal directions of extension 30, 38 on longitudinal tension than on longitudinal pressure.
  • the extruded profile 10 more fibers 36, which are claimed in the longitudinal extension directions 38 on longitudinal tension at nominal torsional load of the extruded profile 10, as fibers 28, which are claimed at nominal torsional load of the extruded profile 10 in their longitudinal directions 30 on longitudinal pressure.
  • the longitudinal extension directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are each oriented to the longitudinal extension direction 22 of the extruded profile 10 at an angle with an amount in the range of 30 ° and 60 °.
  • the fibers 28 of the first plurality of layers 26 extend so relative to the longitudinal extension direction 22 of FIG.
  • the longitudinal extension directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are oriented clockwise to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 at an angle with an amount in the range of 30 ° to 60 °.
  • the longitudinal directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are respectively oriented to the longitudinal extension direction 22 of the extruded profile 10 at an angle with an amount in the range of 30 ° and 60 °.
  • the fibers 36 of the second plurality of layers 34 extend in such relative to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 that they at nominal torsional load of the extruded profile 10 in their
  • the longitudinal extension directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are oriented counterclockwise to the longitudinal extension direction 22 of the extruded profile 22 at an angle with an amount in the range of 30 ° to 60 °.
  • the fibers 28 of the first plurality of layers 26 and the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are glass fibers.
  • the second layer structure 32 surrounds the first
  • the second layer structure 32 comprises more fibers 36 than the first layer structure 24.
  • the number of fibers 36 of the second plurality of layers 34 is a factor of 1.2 to 9, preferably 1.5 to 9 , still
  • the first plurality of layers 26 and the second plurality of layers 34 may have different fiber volume fractions.
  • the first plurality of layers 34 has a fiber volume fraction of 40% to 70% based on the volume of the first layer structure 24 and the second plurality of layers 34 has a fiber volume fraction of 40% to 60% based on the volume of the second layer structure 32
  • the fibers 28 of the first plurality of layers 26 and the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are each embedded in a matrix material.
  • the matrix material for the fibers 36 of the second plurality of layers 34 is optionally different from the matrix material for the fibers 28 of the first plurality of layers 26.
  • the matrix material for the fibers 28 of the first A plurality of layers 26 have a high rigidity and the matrix material for the fibers 36 of the second plurality of layers 34 has a high toughness.
  • the fibers 28 of the first plurality of layers 26 and the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are impregnated with an impregnating agent.
  • the first layer structure 24 is optionally separated from the second layer structure 32 by a layer impermeable to the impregnant layer.
  • the fibers 36 of the second layer structure 32 are formed as rovings having a filament diameter that is optionally smaller than a filament diameter of the fibers 28 of the first layer structure 24.
  • the extruded profile 10 may have a core on which the first layer structure 24 is arranged.
  • the core may be an array of twisted fibers, a solid core, a jacketed solid core, a hollow core, or a jacketed hollow core.
  • the core can remain in the finished workpiece or be removed.
  • the longitudinal extension directions 30 of the fibers 28 of adjacent layers 26 of the first plurality of layers 26 differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 ° from each other.
  • the longitudinal directions 38 of the fibers 36 of adjacent layers 34 of the second plurality of layers 34 differ by an angle in an amount in a range of 0 ° to 10 °, preferably 2 ° to 10 ° and more preferably 2 ° to 6 °.
  • the extruded profile 10 and the coil spring 12 may be modified as follows.
  • the coil spring 12 may be formed as a left-handed compression spring.
  • the longitudinal directions 30 of the fibers 28 of the first plurality of layers 26 are oriented counterclockwise to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 and the longitudinal directions 38 of the fibers 36 of the second plurality of layers 34 are oriented clockwise to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10.
  • the second layer structure 32 does not have to surround the first layer structure 42 in order to form a so-called coarse-layer structure. Instead, it is possible to arrange the layers 26 of the first layer structure 24 and the layers 34 of the second layer structure 32 in alternating order in order to realize a so-called fine-layered structure.
  • FIG. 3 shows a side view of molded parts of a molding tool 40 for producing the coil spring 12.
  • the molding tool 40 has an inner mold 42.
  • the inner mold 42 is formed substantially rod-shaped.
  • the inner mold 42 has a right-handed groove 44.
  • the groove 44 is semicircular and has a radius of half
  • the molding tool 40 further has an outer mold 46.
  • the outer mold 46 is formed in several parts from a plurality of outer mold parts 48. In the embodiment shown, the outer mold 46 has two
  • Outer moldings 48 of which only one is shown.
  • the outer mold 46 has on its inner side 50 a circumferential groove 52.
  • the groove 52 is dextrorotatory.
  • the outer mold 46 has in the region of the groove 52 an inner diameter which is at least as large as the spring diameter D of the coil spring 12 to be formed plus the outer diameter de of the extruded profile 10.
  • 4 shows an enlarged view of the inner side 50 in the region of a groove 52.
  • the groove 52 has a width 54 which, when using a rigid molding material of the extruded profile 10, is greater than an outer diameter de of the extruded profile 10 is.
  • FIG. 5 shows graphs of the groove width as a function of the number of outer moldings 48,
  • Outer diameter d e of the extruded profile 10 corresponds.
  • the Y-axis shows the ratio of groove width to rod radius.
  • the respective curves in the graphs are plotted as a function of spring pitch H relative to spring diameter D.
  • the above-described excess of the width 54 of the groove 52 serves to demould the coil spring 12 as will be described in more detail below and can be reduced with an increasing circumferential pitch of the outer mold 46, so increasing number of outer moldings 48, as the graphs of Figure 5 illustrate.
  • the inner mold 42 In order to remove the inner mold 42 from the outer mold 46 and from the extruded profile 10 prior to a curing process described in more detail below, the inner mold 42 must be changeable or destructible in size. In particular, the outer diameter of the inner mold 42 for removal must be made smaller, unless the inner mold 42 is to be destroyed.
  • FIGS. 6A and 6B show an inner mold 42 of a first exemplary embodiment which is elastically deformable.
  • Figure 6A shows a side view of the inner mold 42 of the first embodiment in an undeformed state.
  • Figure 6B shows a front view of the inner mold 42 of the first embodiment in the undeformed state.
  • the inner mold 42 has an outer diameter 58 which is larger than an outer diameter 60 in the region of the groove 44, as shown in Figures 6A and 6B.
  • the outer diameter 60 in the region of the groove 44 is determined based on the radially opposite points of the groove 44.
  • the inner mold 42 is shown in its elastically relaxed or undeformed state.
  • the inner mold 42 can be reduced at least in the region of the groove 44 in its outer diameter.
  • the inner mold 42 has in its reduced or deformed state (not shown in detail) a
  • the inner mold 42 of the first embodiment is made of an elastic material.
  • the inner mold is made of a foamed material such as foam or silicone. It is explicitly emphasized that the inner mold can be made in place of a deformable design such that these from the extruded profile 10 in front of a
  • Curing can be removed only by destroying, for example by dissolving
  • FIGS. 7A and 7B show an inner mold 42 of a second exemplary embodiment.
  • the same or comparable components compared to the previous embodiment are given the same reference numerals.
  • Figure 7A shows a side view of the inner mold 42 of the second embodiment.
  • Figure 7A shows a front view of the inner mold 42 of the second embodiment.
  • the inner mold 42 is formed in two parts and has a solid round core 62 and a flexible outer shell 64, which is arranged around the core 62 and in which the groove 44 is formed.
  • the outer jacket 64 is made of an elastic material.
  • the outer jacket 64 is made of a foamed material such as flexible foam or a cast material such as flexible silicone.
  • the inner mold 42 has an outer diameter 58 which is larger than that Outside diameter 60 in the region of the groove 44 is.
  • the core 62 has an outer diameter 66 which is smaller than the outer diameter 60 in the region of the groove 44.
  • the core 62 In order to remove the inner mold 42 from the extruded profile 10 before curing, the core 62 must first be removed from the outer jacket 64, for example by pulling out. Then, the outer jacket 64 can be compressed to remove it from the extruded profile 10, for example by pulling out.
  • FIGS. 8A and 8B an inner mold 42 of a third exemplary embodiment is shown, which is designed in several parts. The same or comparable components in comparison to the previous embodiments are given the same reference numerals.
  • Figure 8A shows a side view of the inner mold 42 of the third embodiment.
  • FIG. 8B shows a
  • the inner mold 42 is formed of nine inner moldings 68, which form a circular cross section in an assembled state. In this case, eight inner mold parts 68 are arranged around a middle inner mold part 68 around. In order to remove the inner mold 42 from the extruded profile 10 before curing, the middle inner mold part 68 is first removed,
  • FIGS. 9A and 9B an inner mold 42 of a fourth exemplary embodiment is shown, which is designed in several parts. The same or comparable components in comparison to the previous embodiments are given the same reference numerals.
  • Figure 9A shows a side view of the inner mold 42 of the fourth embodiment.
  • FIG. 9B shows a
  • the inner mold 42 is formed of six wedge-shaped inner moldings 68, which in a
  • Internal moldings 68 are radially displaceable.
  • the inner mold 42 is inflatable, so that the inner mold parts 68 are movable radially outward. By discharging the air or the like, the inner moldings 68 are movable radially inwardly. In order to remove the inner mold 42 from the extruded profile 10 before curing, the inner moldings 68 are moved radially inwardly.
  • the radial movement may also be e.g. be initiated by mechanical levers.
  • Figs. 10A to 10D show various steps of a method of manufacturing a coil spring 12.
  • the extruded profile 10 having the structure described above is provided.
  • the extruded profile 10 is made of a fiber-reinforced
  • the extruded profile 10 has a plurality of layers 26, 34, each having a plurality of fibers 28, 36, wherein the fibers 28 each extend in longitudinal directions 30, 36 relative to the longitudinal direction 22 of the extruded profile 10 such that more fibers at nominal torsional load of the extruded profile 10 in their
  • the Extruded profile 10 is then bent in the form of a coil spring 12, for example in the form of a clockwise rotating compression spring 12.
  • the bending can be done by means of free-form tools. Bending may include winding onto the inner mold 42 of the mold 40 such that the extruded profile 10 is located in the groove 44 of the inner mold 42, as shown in Figure 10A.
  • the outer mold 46 is arranged on the inner mold 42 such that the extruded profile 10 is surrounded by the outer mold 46 and the inner mold 42.
  • the extruded profile 10 is arranged in at least one of the outer moldings 48 and all outer moldings 48 are joined together, for example screwed, as shown in Figure 10B.
  • the extruded profile 10 is also located in the groove 52 on the inner side 50 of the outer mold 46. Accordingly, the extruded profile 10 is sandwiched by the outer mold 46 and the inner mold 42.
  • the inner mold 42 is removed, as shown in Figure 10C.
  • the inner mold 42 is removed in particular prior to curing of the wound extruded profile 10.
  • the inner mold 42 by an elastic deformation or reduction of the
  • the extruded profile 10 due to the particular arrangement of the fibers 28, 36 presses radially outward with respect to the helical spring axis 14, the extruded profile 10 can be removed from the groove 44 of the inner mold 42. Once the inner mold 42 is removed, the curing of the extruded profile 10 takes place in the outer mold 46. To cure the extruded profile 10, all outer moldings 48 are connected together. During curing, the extruded profile 10 is held exclusively by the outer mold 46 in its spring form. The curing process takes place in thermoplastic materials by solidification by temperature reduction or in situ polymerization. In the case of thermoset materials, the curing takes place by free-radical, catalytic or otherwise suitably initiated polymerization. The curing also take place thermally or be supported,
  • temperatures of 80 ° C to 150 ° C for a period of 1 hour to 6 hours wherein the temperature can be gradually increased or decreased.
  • the outer moldings 48 are released from each other, as shown in Figure 10D.
  • the outer moldings 48 are released from each other, as shown in Figure 10D.
  • the outer moldings 48 are released from each other, as shown in Figure 10D.
  • the extruded profile 10 may be formed as a spring bar, ie as an extruded profile with solid material, or spring tube, ie hollow inside, optionally including inner core.
  • the extruded profile 10 can be bent in the form of a left-handed helical spring 12.
  • the groove 44 of the inner mold 42 and the groove 52 of the outer mold 46 are also formed left-handed.
  • the inner mold 42 may be removed prior to curing of the extruded profile 10 instead of by elastic deformation reversibly deforming by pressure change similar to a bellows or sandbag, disassembly, twisting, mechanical twisting or displacements.
  • the inner mold 42 may be non-reusably removed prior to curing the extruded profile 10, for example by melting, dissolving or rinsing.
  • the extruded profile 10 can be arranged by unwinding from a support element and / or rotating in the outer mold 46, for example by unwinding from a pipe and controlled depositing in the grooves 44, 52 or spinning the outer mold 46 and the
  • Figure 1 1 shows a perspective view of an alternative possibility for introducing the extruded profile 10 in the outer mold 46, in which no inner mold 42 is required.
  • the extruded profile 10 is stored controlled by means of a rotating member 70 of an elongated or rectilinear shape in the groove 52 of the outer mold 46 and thus provided with a helical spring shape.
  • a spring-composite tube with an outer diameter d e 18.4 mm and an inner diameter d, 10 mm was produced as an extruded profile.
  • the following materials were used for the tested extruded profiles.
  • the fiber was a roving weighing 2400 g / km (2400 tex).
  • the system consisted of the resin bisphenol A diglycidyl ether with 22 wt .-% butanediol diglycidyl ether and the hardener diethylmethylbenzenediamine in
  • the fiber mass fraction was calculated by the amount of glass material used, core material, auxiliary materials and the total weight of the profiles for the system at 67% +/- 2%.
  • a predominantly dextrorotatory laminate of 3 plies each having 24 rovings with an orientation of -45 ° (i.e., dextrorotatory), + 45 °, + 45 ° (i.e., levorotatory) of the fibers was made with respect to the longitudinal direction of the extruded profile. The curing took place over 5 hours at 150 ° C.
  • the coil spring was formed with 4.5 turns.
  • the spring length before / after curing was 269 mm / 251 mm, which corresponds to a change in length of -7%.
  • the outer diameter d e before / after curing was 128 mm / 129 mm, which corresponds to a change in diameter of + 1%.
  • the outer diameter d e has therefore remained virtually constant.
  • the spring hose has twisted during curing so that the coil spring expanded outward and shortened in length.
  • the spring is round in cross-section and has been impressed evenly in the outer shape without collapsing inwards or buckling. Curing exclusively in the outer mold was successful without support.
  • an extruded profile with identical laminate orientation of the fibers was wound as a levorotatory spring on an inner mandrel having an outer diameter d e of 80 mm.
  • the spring length before / after curing was 269 mm / 289 mm, which is one
  • Length change of + 7% corresponds.
  • the inner diameter d before / after curing was 80 mm / 80 mm, which corresponds to a diameter change of 0%, i. the diameter has not changed.
  • the spring tube has twisted during curing so that the coil spring clamped inwards on the inner mold and stretched in length. Curing exclusively in an outer mold would not be possible with this combination of spring-rotation direction and laminate orientation, since only the inner mandrel prevented the spring from moving inwards and thus from an outer shape to move uncontrolled inward.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder (12), insbesondere einer Schraubenfeder (12) für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst Bereitstellen eines Strangprofils (10), wobei das Strangprofil (10) aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff hergestellt ist, wobei sich das Strangprofil (10) in einer Längserstreckungsrichtung (22) erstreckt, wobei das Strangprofil (10) mehrere Schichten (26, 34) mit jeweils mehreren Fasern (28, 36) aufweist, wobei sich die Fasern (28, 36) jeweils in Längserstreckungsrichtungen (30, 38) relativ zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) derart erstrecken, dass mehr Fasern (28, 36) bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils (10) in ihren Längserstreckungsrichtungen (30, 38) auf Längszug als auf Längsdruck beansprucht sind, Anordnen des Strangprofils (10) in einer Außenform (46) eines Formwerkzeugs (40) zum Herstellen der Schraubenfeder (12), und Aushärten des Strangprofils (10) in der Außenform (46), wobei das Strangprofil (10) während des Aushärtens ausschließlich von der Außenform (46) in der Federform gehalten wird.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder
Beschreibung In vielen technischen Bereichen kommen Schraubenfedern zum Einsatz. So werden
beispielsweise im kraftfahrzeugtechnischen Bereich metallische Strangprofile in Form einer Schraubenfeder gebogen. Es gibt jedoch Bedarf, das Gewicht von Schraubenfedern zu verringern. Beispielsweise besteht Bedarf das Gewicht von Federn für Kraftfahrzeuge zu verringern, um auf diese Weise das Gewicht des Fahrzeugs insgesamt zu verringern, was wiederum den Energieverbrauch und Schadstoffausstoß des Fahrzeugs reduzieren kann.
Gewicht lässt sich beispielsweise durch die Verwendung faserverstärkter Werkstoffe, sogenannte Faserverbundwerkstoffe, verringern. Faserverstärkte Werkstoffe enthalten als wesentliche Komponenten Fasern als Verstärkungsmaterial und ein Matrixsystem, in das die Fasern eingebettet sind. Typischerweise basieren die Fasern auf Glas, Kohlenstoff, Aramid, Polyacrylnitril, Polyester oder Polyamid. Als Matrixsystem kommen meist duroplastische Polymere, beispielsweise Polyesterharze, Vinylesterharze, Polyurethanharze oder Epoxidharze, oder thermoplastische Polymere wie Polyamide, Polypropylene oder Polyethylene zum Einsatz. Zur Herstellung von faserverstärkten Strangprofilen sind verschiedene Verfahren bekannt. Beim typischen Strangziehverfahren (Pultrusionsverfahren) werden die Fasern von Spulen abgerollt, mit dem Matrixsystem getränkt oder anderweitig benetzt, in die gewünschte Profilform gebracht und ausgehärtet. Dabei können die Fasern selbst die Profilform bilden oder sie können auf einen Grundkörper aufgebracht werden. Das Verfahren wird üblicherweise kontinuierlich durchgeführt, indem das durch die getränkten Fasern gebildete Werkstück kontinuierlich durch die Anlage gezogen wird.
Beim so genannten Filamentwindingverfahren werden die Fasern ebenfalls von Spulen abgerollt und mit dem Matrixsystem getränkt oder anderweitig benetzt. Hierbei handelt es sich allerdings standardmäßig um ein diskontinuierliches Verfahren, bei dem ein zu ummantelnder Kern oder Grundkörper rotiert und die Fasern durch eine axiale Hin- und Herbewegung so lange auf das Werkstück geführt und auf dieses aufgewickelt werden, bis die gewünschte Dicke der Faser-Kunststoff-Schicht erreicht ist. Das so genannte Pullwindingverfahren stellt eine Kombination des Strangziehens und
Filamentwindingverfahrens dar. Ein strangförmiges Werkstück wird durch die Anlage gezogen, während Faserspulen um das Werkstück rotieren, die Fasern getränkt oder benetzt werden und die benetzten Fasern auf dem Werkstück abgelegt werden. Dabei kann die Benetzung auch erst auf dem Werkstück stattfinden Das strangförmige Werkstück kann ein vorgeformter Grundkörper sein, beispielsweise ein Rohr, es kann aber auch durch Fasern gebildet werden, die in einer ersten Stufe, beispielsweise im Strangziehverfahren in eine Profilform gebracht werden.
l Allgemein werden mittels solcher Verfahren Strangprofile dadurch hergestellt, dass mehrere Schichten, die aus dem Verbundwerkstoff bestehen, um einen Kern gewickelt werden. Die Verbundwerkstoffschichten bestehen aus Fasern, die in eine Polymermatrix eingebettet sind. Das so hergestellte Strangprofil kann optional ummantelt werden. Weiterhin wird das
Strangprofil in Form einer Schraubenfeder gebogen.
Herkömmlich aufgebaute und ungehärtete faserverstärkte Werkstoffe sind derart elastisch, dass diese nicht in eine neue Form, wie beispielsweise eine Feder, gebogen werden können, ohne dass sie in dieser Form während eines Aushärteprozesses fixiert sein müssen, da sie sich ansonsten verformen würden. Dies wird üblicherweise mit einer inneren Form oder inneren und äußeren Form zum Fixieren der Form des Werkstücks realisiert. Um nach dem Aushärten die Schraubenfeder zu entformen, müssen die äußeren und inneren Formen entfernt werden. Die US 4,260,143 A beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff hergestellten Schraubenfeder, bei dem ein Strangprofil in Form einer Schraubenfeder auf einer zerlegbaren Innenform ausgehärtet wird.
Die WO 2012/066246 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer aus einem
faserverstärkten Verbundwerkstoff hergestellten Schraubenfeder, bei dem ein Strangprofil in Form einer Schraubenfeder auf einer aufblasbaren Innenform ausgehärtet wird.
Trotz der durch die bekannten Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern aus
Faserverbundwerkstoffen bewirkten Vorteile besteht nach wie vor ein Verbesserungsbedarf. Insbesondere gestaltet sich das Entformen solcher Schraubenfedern kompliziert oder aufwändig, da die innere Form nicht ohne zusätzliche Arbeitsschritte, wie beispielsweise Zerlegen, Kollabieren, Zerstören, von der Schraubenfeder entfernt werden kann. Zerleg- oder kollabierbare Innenformen sind als wiederverwendbare Formen oft mechanisch aufwändig und teuer. Außerdem sind solche Innenformen üblicherweise während des gesamten
Aushärteprozesses in Benutzung und unter Temperaturbelastung. Einmalformen müssen aushärtetemperaturbeständig sein und müssen für jede einzelne Schraubenfeder hergestellt, zerstört und entsorgt werden, so dass sich aus Kostengründen diese Formen für einen größeren Herstellungsmaßstab von Schraubenfedern nicht eignen. Viele Schraubenfedern weichen zudem von der zylindrischen Form in Richtung einer Bananenform, S-Form oder Fassform ab, was die Gestaltung und Herstellung der Innenformen noch aufwändiger macht.
Es stellt sich daher die Aufgabe, bekannte Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern zu vereinfachen und kosteneffektiver zu machen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Schraubenfeder mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer geeigneten Faseranordnung im Verbundwerkstoff des Strangprofils für die Herstellung der Schraubenfeder, so dass beim Aushärten auf eine Innenform zum Fixieren der Schraubenfeder verzichtet werden kann und stattdessen eine Außenform zur Positionierung der Schraubenfeder genügt, da diese Strangprofile in der Form nach außen in die Form drücken und nicht nach innen wandern und sich der Positionierung entziehen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder, insbesondere einer Schraubenfeder für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, umfasst:
(i) Bereitstellen eines Strangprofils, wobei das Strangprofil aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff hergestellt ist, wobei sich das Strangprofil in einer Längserstreckungsrichtung erstreckt, wobei das Strangprofil mehrere Schichten mit jeweils mehreren Fasern aufweist, wobei sich die Fasern jeweils in Längserstreckungsrichtungen relativ zu der
Längserstreckungsrichtung des Strangprofils derart erstrecken, dass mehr Fasern bei Soll- Torsionsbelastung des Strangprofils in ihren Längserstreckungsrichtungen auf Längszug als auf Längsdruck beansprucht sind,
(ii) Anordnen des Strangprofils in einer Außenform eines Formwerkzeugs zum Herstellen der Schraubenfeder, und
(iii) Aushärten des Strangprofils in der Außenform, wobei das Strangprofil während des Aushärtens ausschließlich von der Außenform in der Federform gehalten wird.
Unter einem Strangprofil ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Werkstück zu verstehen, das durch Abwickeln von Fasern, Tränken der Fasern mit einem Matrixmaterial und Formen der Fasern zu einem vorbestimmten Profil gebildet ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das Strangprofil insbesondere ein durch ein Strangziehverfahren,
Filamentwindingverfahren oder Pullwindingverfahren hergestelltes Werkstück. Es kann aber auch mit einem anderen Prozess wie zum Beispiel dem Aufwickeln von vorimprägnierten Fasergelegen zu Rohren hergestellt werden. Das Werkstück kann vorab auf eine bestimmte Länge zugeschnitten sein, es kann aber auch als Schlauchware in zunächst unbestimmter
Länge vorliegen. Das Querschnittsprofil des Werkstücks kann über seine Länge konstant oder variabel sein. Beschränkt ist das Querschnittsprofil lediglich dadurch, dass seine größte
Ausdehnung kleiner sein muss als ein Querschnitt einer Durchgangsbohrung einer Vorrichtung zum Herstellen des Strangprofils. Das Werkstück kann hohl oder kompakt sein.
Unter einer Längserstreckungsrichtung ist im Rahmen der vorliegenden eine Erstreckung in einer Richtung parallel zur längsten Abmessung des jeweiligen Bauteils zu verstehen, z.B. der Achse des Strangprofils, die ggf. auch gebogen sein kann, oder der Richtung der Fasern.
Unter einer Faser ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein lineares, flexibles, elementares Gebilde zu verstehen, das aus einem Faserstoff besteht und eine äußere Faserform hat, die im Verhältnis zu ihrer Länge dünn ist. Die Faser kann (quasi-) endlos oder längenbegrenzt sein. Fasern können - ohne Abstützung durch eine umhüllende Matrix - in Längsrichtung keine Druckkräfte, sondern nur Zugkräfte aufnehmen, da sie bei Druckbelastung knicken.
Unter Torsion sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Auswirkungen einer parallel zur Grundfläche und tangential zur Seitenfläche eines Körpers wirkenden Kraft zu verstehen, die das Strangprofil hauptsächlich um seine Längsachse verdreht.
Unter Soll-Torsionsbelastung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine
beanspruchungsgerechte Belastung des Strangprofils durch Torsion zu verstehen. Mit anderen Worten wirkt die Belastung durch Torsion in einer Drehrichtung, für die das Strangprofil ausgelegt ist, durch Torsion in dieser Drehrichtung belastet zu werden.
Der Aushärteprozess kann bei Thermoplasten ein Erstarren durch Temperaturabsenkung oder In-situ-Polymerisation sein und bei Duroplasten durch Polymerisation, insbesondere
radikalische oder katalytische Polymerisation, oder Polyaddition erfolgen.
Entsprechend wird ein Aufbau für die Schraubenfeder vorgeschlagen, bei dem sich die
Orientierungen der Fasern voneinander unterscheiden. Mit anderen Worten sind die Fasern nicht parallel zueinander orientiert, sondern schneiden sich in einem vorbestimmten Winkel bei einer Draufsicht gesehen. Dadurch, dass mehr auf Zug als auf Druck beanspruchbare Fasern vorgesehen werden, hat insbesondere ein solches Strangprofil durch die vorherrschende Eigenspannung die Neigung bezogen auf die Schraubenfederachse nach außen in dem Formwerkzeug zu drücken. Daher wird während des Aushärtens keine Innenform benötigt. Eine Innenform wird gegebenenfalls lediglich kurzzeitig zum Anordnen des Strangprofils in der Außenform benötigt, nicht jedoch während des eigentlichen Aushärtens. Mit anderen Worten werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Fasern derart orientiert, dass die
Schraubenfeder vor dem Aushärten dazu neigt, sich in radialer Richtung bezüglich der
Schraubenfederachse auszudehnen. Nach dem Aushärten weist die Schraubenfeder eine Länge auf, die kleiner als vor dem Aushärten ist. Dieses Verkürzen der Schraubenfeder in einer Richtung parallel zur Schraubenfederachse ist durch die spezielle Anordnung der Fasern bedingt. Dieser Effekt tritt umso deutlicher auf desto mehr auf Zug als auf Druck belastbare Fasern vorgesehen werden. In Abhängigkeit von der Faserorientierung entsteht mit dem Verfahren eine Schraubenfeder mit einem Schraubendurchmesser, der geringfügig größer als vor dem Aushärten ist, was beim Design der Form zu berücksichtigen ist. Ein solcher Aufbau des Strangprofils hat darüber hinaus den Vorteil, dass die hergestellte Schraubenfeder stärker auf Torsion belastbar ausgebildet wird als Schraubenfedern, die aus einem Verbundwerkstoff mit identischer Anzahl von Fasern, die auf Zug und Druck belastbar sind.
Das Strangprofil kann einen ersten Schichtaufbau aus einer ersten Mehrzahl von Schichten und einen zweiten Schichtaufbaus aus einer zweiten Mehrzahl von Schichten um den ersten Schichtaufbau aufweisen. Jede Schicht des ersten Schichtaufbaus kann mehrere Fasern aufweisen. Jede Schicht des zweiten Schichtaufbaus kann mehrere Fasern aufweisen. Die Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten und die Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten können sich jeweils in Längserstreckungsrichtungen erstrecken. Die
Längserstreckungsrichtungen der Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten und der Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten können sich von der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils unterscheiden. Die Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten können sich derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils erstrecken, dass sie bei Soll- Torsionsbelastung des Strangprofils in ihren Längserstreckungsrichtungen auf Längsdruck beansprucht sind. Die Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten können sich derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils erstrecken, dass sie bei Soll- Torsionsbelastung des Strangprofils in ihren Längserstreckungsrichtungen auf Längszug beansprucht sind. Der zweite Schichtaufbau kann mehr Fasern als der erste Schichtaufbau aufweisen.
Unter einer Schicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine einheitliche Masse von flächenhafter Ausdehnung mit einer bestimmten Dicke zu verstehen, die deutlich kleiner als die die flächenhafte Ausdehnung bildenden Abmessungen ist. Eine Schicht kann auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung auch als Lage bezeichnet werden.
Unter einem Schichtaufbau ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Ausbildung oder ein Aufbau zu verstehen, bei der oder bei dem mehrere Schichten übereinander angeordnet sind.
Entsprechend wird ein Aufbau für das Strangprofil vorgeschlagen, bei dem ein erster
Schichtaufbau nach außen hin von einem zweiten Schichtaufbau umgeben ist. Sowohl der erste Schichtaufbau als auch der zweite Schichtaufbau ist aus mehreren übereinander angeordneten Schichten ausgebildet. Jede der Schichten weist wiederum mehrere Fasern auf. Somit ist der erste Schichtaufbau umgeben von den Schichten des zweiten Schichtaufbaus. Die Windungen oder Steigungen der Fasern der Schichten des ersten Schichtaufbaus unterscheiden sich dabei von den Windungen oder Steigungen zu den Fasern der Schichten des zweiten
Schichtaufbaus. Mit anderen Worten sind die Fasern der Schichten des ersten Schichtaufbaus rechtssteigend und die Fasern der Schichten des zweiten Schichtaufbaus linkssteigend oder umgekehrt orientiert. Entsprechend wird anstelle eines sogenannten feinschichtigen Aufbaus, bei dem die Schichten mit Fasern unterschiedlicher Windung abwechselnd übereinander angeordnet sind, ein grobschichtiger Aufbau vorgeschlagen, bei dem eine erste Anordnung von Schichten mit Fasern gleicher Windung übereinander vorgesehen ist, und dann auf diese erste Anordnung eine zweite Anordnung von Schichten mit Fasern gleicher Windung vorgesehen wird, wobei sich die Windungen der Fasern der ersten Anordnung von den Windungen der Fasern der zweiten Anordnung unterscheiden. Ein solcher Aufbau erhöht die Dauerfestigkeit und verringert den Schubmodul.
Die Außenform kann eine umlaufende Nut auf einer Innenseite aufweisen, wobei die Nut eine Breite aufweist, die bei Verwendung eines steifen Materials der Außenform größer als ein Außendurchmesser des Strangprofils ist. Entsprechend liegt das Strangprofil nicht bündig an den Rändern der Nut an, sondern nur in radialer Richtung bezogen auf die
Schraubenfederachse. Dieses Übermaß erleichtert die Entform barkeit nach dem Aushärten. Bei halbrunden Nuten der Außenform wäre die Schraubenfeder wegen Hinterschneidungen nicht zu entfernen. Mit einer steigenden Umfangsteilung der Außenform, also steigender Anzahl der Formteile der Außenform, kann dieses Übermaß reduziert werden. Die notwendige Größe des Übermaßes hängt nicht nur von der Anzahl der Formteile ab, sondern auch von der Position relativ zur Trennebene. So kann in Entformungsrichtung, bei zweischaligem Aufbau senkrecht zur Trennebene, die Nut auf das Profil angepasst sein. Die Aufweitung für den Hinterschnitt muss entsprechend dem Winkel zur Trennebene an den anderen Positionen zwischen der der Trennebene und der der Entformungsrichtung sein. Ein Hinterschnitt entsteht auch immer nur auf einer Seite des Profils.
Das Verfahren kann weiterhin Wickeln des Strangprofils um eine Innenform des
Formwerkzeugs, Anordnen der Außenform auf der Innenform derart, dass das Strangprofil von der Außenform und der Innenform umgeben ist, und Entfernen der Innenform vor dem
Aushärten des gewickelten Strangprofils umfassen. Die Innenform kann beispielsweise durch Herausziehen aus der Außenform entfernt werden. Zuvor ist das Strangprofil sandwichartig von der Außenform und der Innenform umgeben. Die Innenform dient dabei lediglich als Hilfsmittel, um das Strangprofil korrekt in der Außenform anzuordnen und wird zum Fixieren während des Aushärtens nicht benötigt.
Bei dem Verfahren kann die Außenform mehrteilig aus mehreren Außenformteilen ausgebildet sein, wobei das Strangprofil in zumindest einem der Außenformteile angeordnet wird und zum Aushärten des Strangprofils alle Außenformteile miteinander verbunden werden. Das Verbinden erfolgt dabei bevorzugt nicht fest, sondern lösbar, wie beispielsweise durch Verschrauben. Die Verwendung einer mehrteiligen Außenform erleichtert das Entformen.
Zum Entfernen des Strangprofils können die Außenformteile voneinander gelöst werden. Somit lassen sich die Außenformteile in einfacher Weise entfernen, beispielsweise indem
Schraubverbindungen gelöst werden.
Die Innenform kann nicht-wiederverwendbar entfernt werden. Dies kann beispielsweise durch irreversibles Zerstören, Zerlegen, Auflösen, Ausschmelzen oder dergleichen realisiert werden. Ein nicht-wiederverwendbares Entfernen kann das Entfernen erleichtern oder vereinfachen, da vergleichsweise wenige Arbeitsschritte erforderlich sind.
Bevorzugt wird die Innenform wiederverwendbar entfernt. Somit muss nicht für jeden
Aushärteprozess eine neue Innenform verwendet werden, was die Herstellungskosten bei größerer Stückzahl senkt.
Das Strangprofil kann durch Abwickeln von einem Stützelement und/oder Rotieren in der Außenform angeordnet werden. Entsprechen lässt sich das Strangprofil auf verschiedene Weisen in der Außenform anordnen. Das Stützelement dient zuvor lediglich als Hilfsmittel für einen Wickelvorgang, um das Strangprofil platzsparender nach dessen Herstellung zu transportieren und vorübergehend aufzubewahren können.
Das Strangprofil kann als rechtsdrehende Druckfeder ausgebildet werden, wobei die
Längserstreckungsrichtungen derjenigen Fasern, die bei Soll-Torsionsbelastung des
Strangprofils in ihren Längserstreckungsrichtungen auf Längsdruck beansprucht sind, rechtsdrehend zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils orientiert sind, wobei die Längserstreckungsrichtungen derjenigen Fasern, die bei Soll-Torsionsbelastung des
Strangprofils in ihren Längserstreckungsrichtungen auf Längszug beansprucht sind,
linksdrehend zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils orientiert sind.
Alternativ kann das Strangprofil als linksdrehende Druckfeder ausgebildet werden, wobei die Längserstreckungsrichtungen derjenigen Fasern, die bei Soll-Torsionsbelastung des
Strangprofils in ihren Längserstreckungsrichtungen auf Längsdruck beansprucht sind, linksdrehend zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils orientiert sind, wobei die Längserstreckungsrichtungen derjenigen Fasern, die bei Soll-Torsionsbelastung des
Strangprofils in ihren Längserstreckungsrichtungen auf Längszug beansprucht sind,
rechtsdrehend zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils orientiert sind.
Unter rechtsdrehend ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Orientierung bei
Betrachtung in einer Richtung, insbesondere axialer Richtung, des jeweiligen Bezugsobjekt im Uhrzeigersinn zu verstehen. Beispielsweise ist unter einer rechtsdrehenden Schraubenfeder eine Schraubenfeder zu verstehen, die bei Betrachtung in Richtung der Schraubenfederachse im Uhrzeigersinn gewunden ist.
Unter linksdrehend ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Orientierung bei
Betrachtung in einer Richtung, insbesondere axialer Richtung, des jeweiligen Bezugsobjekt entgegen dem Uhrzeigersinn zu verstehen. Beispielsweise ist unter einer linksdrehenden Schraubenfeder eine Schraubenfeder zu verstehen, die bei Betrachtung in Richtung der Schraubenfederachse entgegen dem Uhrzeigersinn gewunden ist.
Die Fasern können in ein Matrix-Material eingebettet sein. Unter einem Matrix-Material ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes Material zu verstehen, das geeignet ist, die Fasern nach Ablage in ihrer Position zu fixieren. Als Matrix-Material kommen meist duroplastische Polymere, beispielsweise Polyesterharze, Vinylesterharze, Polyurethanharze oder Epoxidharze, oder thermoplastische Polymere wie Polyamide, Polypropylene oder Polyethylene zum Einsatz, die bevorzugt hohe Erweichungstemperatur, Medienbeständigkeit, Ermüdungsfestigkeit und einfache Verarbeitbarkeit, ausreichende Verfügbarkeit, Ressourcen schonende Herstellung, geringe Einkaufskosten vereinbaren. Es können bei einem Schichtaufbau der Fasern auch unterschiedliche Matrix-Materialien verwendet werden. Beispielsweise können die Fasern der ersten Mehrzahl von Schichten in ein erstes Matrix-Material eingebettet sein und die Fasern der zweiten Mehrzahl von Schichten können in ein zweites Matrix-Material eingebettet sein, wobei sich das zweite Matrix-Material von dem ersten Matrix-Material unterscheidet. So kann das erste Matrix-Material eine hohe Steifigkeit aufweisen, um die in Längsrichtung unter Druck gesetzten Fasern seitlich
abzustützen, wohingegen das zweite Matrix-Material eine hohe Zähigkeit aufweisen kann, um bei den in Längsrichtung unter Zug gesetzten Fasern mögliche Mikrorisse zu stoppen. Die Fasern können mit einem Tränkmittel getränkt sein. Unter einem Tränkmittel ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich jedes Matrix-Material zu verstehen, das durch Aushärtung, wie beispielsweise durch Polymerisation, zur Verklebung der Fasern und
Schichten untereinander und damit zu einer Verfestigung des Faserverbundwerkstoffes führt. Als Tränkmittel wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Monomer- oder Polymer-basierte Flüssigkeit verwendet. Insbesondere kann das Tränkmittel ein bei der Verarbeitung flüssiges Matrix-Material, wie beispielsweise ein reaktionsfähiges, flüssiges Duroplast-System auf Basis von beispielsweise Polyurethan, Polyester, Vinylester, Epoxidharz, oder ein reaktionsfähiges Thermoplast-System auf Basis von Caprolactam, Polyacryl, oder eine Thermoplast-Schmelze beispielsweise auf Basis von Polypropylen, Polyethylen, Polyamid sein.
Bevorzugt sind die Fasern Glasfasern. Derartige Fasern sind besonders gut zu verarbeiten und dauerstabil bzw. weisen eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf.
Unter einer Glasfaser ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine aus Glas bestehende lange dünne Faser zu verstehen. Zur Herstellung werden aus einer Glasschmelze dünne Fäden gezogen.
Die Fasern können als Rovings ausgebildet sein. Unter einem Roving ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Bündel, Strang oder Multifilamentgarn aus parallel angeordneten Filamenten, d.h. Endlosfasern, zu verstehen. Bevorzugt werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung aus Glas hergestellte Filamente zu Rovings zusammengefasst, jedoch sind auch andere Materialien grundsätzlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar, wie beispielsweise Aramide, Basalt, Polyethylene oder Kohlenstoff. Erfindungsgemäß wird eine Schraubenfeder vorgeschlagen, die gemäß einem zuvor beschriebenen Verfahren erhältlich oder erhalten ist. Damit lässt sich die Schraubenfeder mit den zuvor beschriebenen Vorteilen des Verfahrens herstellen.
Erfindungsgemäß wird die Verwendung einer zuvor beschriebenen Schraubenfeder als Feder in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Damit kann in dem Kraftfahrzeug eine Feder verwendet werden, die von vergleichsweise geringem Gewicht und dennoch betriebsfest ist. Die Erfindung wird im Folgenden mit Verweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Die
Zeichnungen sind als Prinzipdarstellungen zu verstehen. Sie stellen keine Beschränkung der Erfindung dar, beispielsweise im Hinblick auf konkrete Abmessungen oder
Ausgestaltungsvarianten.
Es zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht eines Strangprofils in Form einer Schraubenfeder,
Figur 2 eine weitere Seitenansicht des Strangprofils in Form einer Schraubenfeder,
Figur 3 eine Seitenansicht von Formteilen eines Formwerkzeugs, Figur 4 ein Detail der Außenform des Formwerkzeugs,
Figur 5 Grafiken der Nutbreite in Abhängigkeit von der Anzahl der Außenformen, Nuttiefe und Federsteigung H relativ zu Federdurchmesser D, Figuren 6A und 6B eine elastisch verformbare Innenform eines ersten Ausführungsbeispiels,
Figuren 7A und 7B eine Innenform eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Figuren 8A und 8B eine mehrteilige Innenform eines dritten Ausführungsbeispiels,
Figuren 9A und 9B eine mehrteilige Innenform eines vierten Ausführungsbeispiels
Figuren 10A bis 10D verschiedene Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer
Schraubenfeder und
Figur 1 1 eine perspektivische Darstellung einer Möglichkeit zum Einbringen des Strangprofils in die Außenform.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Strangprofils 10. Das Strangprofil 10 ist in Form einer rechtsdrehenden Schraubenfeder 12 gebogen. Entsprechend ist das Strangprofil 10
rechtsdrehend um eine Schraubenfederachse 14 gewunden. Zu Erläuterungszwecken sind bestimmte Kenngrößen der Schraubenfeder 12 in Figur 1 angegeben. Die Schraubenfeder 12 weist einen Außendurchmesser de des Strangprofils 10 auf. Das Strangprofil 10 kann rohrformig ausgebildet sein und somit einen Innendurchmesser d, aufweisen. Die Schraubenfeder 12 weist weiterhin eine Steigung H, einen Federdurchmesser D und einen Steigungswinkel a auf. Die Steigung H ist dabei als Abstand von Mittelpunkten benachbarter Windungen in einer Richtung parallel zur Schraubenfederachse 14 definiert. Der Federdurchmesser D ist dabei als Abstand von Mittelpunkten benachbarter Windungen in einer Richtung senkrecht zur
Schraubenfederachse 14 definiert. Der Steigungswinkel a ist als Winkel zwischen einer Mittellinie 16 des Strangprofils 10 und einer Ebene 18 senkrecht zur Schraubenfederachse 14 definiert.
Figur 2 zeigt eine weitere Seitenansicht des Strangprofils 10. Die Schraubenfeder 12 ist genauer eine rechtsdrehende Druckfeder, wie durch Pfeile 20 angedeutet ist. Das Strangprofil 10 erstreckt sich in einer Längserstreckungsrichtung 22. Das Strangprofil 10 ist aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt. Das Strangprofil 10 weist einen um die
Längserstreckungsrichtung 22 angeordneten ersten Schichtaufbau 24 auf. Der erste
Schichtaufbau 24 weist eine erste Mehrzahl von Schichten 26 auf, von denen in Figur 1 lediglich eine angedeutet ist. Bevorzugt besteht der erste Schichtaufbau 24 aus der ersten Mehrzahl von Schichten 26. Jede Schicht 26 des ersten Schichtaufbaus 24 weist mehrere
Fasern 28 auf. Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 erstrecken sich jeweils in Langserstreckungsrichtungen 30. Das Strangprofil 10 weist weiterhin einen zweiten
Schichtaufbau 32 auf. Der zweite Schichtaufbau 32 weist eine zweite Mehrzahl von Schichten 34 auf, von denen in Figur 2 lediglich eine angedeutet ist. Bevorzugt besteht der zweite Schichtaufbau 32 aus der zweiten Mehrzahl von Schichten 34. Jede Schicht 34 des zweiten Schichtaufbaus 32 weist mehrere Fasern 36 auf. Die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 erstrecken sich jeweils in Langserstreckungsrichtungen 38. Wie nachstehend ausführlicher erläutert wird, erstrecken sich die Fasern 28, 36 jeweils in ihren
Längserstreckungsrichtungen 30, 38 relativ zu der Längserstreckungsrichtung 22 des
Strangprofils 10 derart, dass mehr Fasern 28, 36 bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils 10 in ihren Längserstreckungsrichtungen 30, 38 auf Längszug als auf Längsdruck beansprucht sind. Mit anderen Worten weist das Strangprofil 10 mehr Fasern 36 auf, die bei Soll- Torsionsbelastung des Strangprofils 10 in ihren Längserstreckungsrichtungen 38 auf Längszug beansprucht sind, als Fasern 28, die bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils 10 in ihren Längserstreckungsrichtungen 30 auf Längsdruck beansprucht sind.
Die Längserstreckungsrichtungen 30 der Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 sind jeweils zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 30° und 60° orientiert. Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 erstrecken sich derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung 22 des
Strangprofils 10, dass sie bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils 10 in ihren
Längserstreckungsrichtungen 30 auf Längsdruck beansprucht sind. Bei der ersten
Ausführungsform sind die Längserstreckungsrichtungen 30 der Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 rechtsdrehend zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 30° bis 60° orientiert. Die Langserstreckungsrichtungen 38 der Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 sind jeweils zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 30° und 60° orientiert. Die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 erstrecken sich derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10, dass sie bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils 10 in ihren
Langserstreckungsrichtungen 38 auf Längszug beansprucht sind. Bei der ersten
Ausführungsform sind die Längserstreckungsrichtungen 38 der Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 linksdrehend zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 22 in einem Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 30° bis 60° orientiert.
Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 und die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 sind Glasfasern. Der zweite Schichtaufbau 32 umgibt den ersten
Schichtaufbau 24. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst der zweite Schichtaufbau 32 mehr Fasern 36 als der erste Schichtaufbau 24. So ist die Anzahl der Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 um einen Faktor von 1 ,2 bis 9, bevorzugt 1 ,5 bis 9, noch
bevorzugter 1 ,5 bis 6, besonders bevorzugt 2 bis 4 größer als die Anzahl der Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26, beispielsweise Faktor 2,5. Die erste Mehrzahl von Schichten 26 und die zweite Mehrzahl von Schichten 34 können unterschiedliche Faservolumenanteile aufweisen. So weist die erste Mehrzahl von Schichten 34 einen Faservolumenanteil von 40% bis 70% bezogen auf das Volumen der ersten Schichtaufbaus 24 auf und die zweite Mehrzahl von Schichten 34 weist einen Faservolumenanteil von 40% bis 60% bezogen auf das Volumen der zweiten Schichtaufbaus 32 auf. Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 und die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 sind jeweils in ein Matrix-Material eingebettet. Das Matrix-Material für die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 unterscheidet sich optional von dem Matrix-Material für die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26. Im Fall unterschiedlicher Matrix-Materialien weist das Matrix-Material für die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 eine hohe Steifigkeit auf und das Matrix- Material für die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 weist eine hohe Zähigkeit auf. Die Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 und die Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 sind mit einem Tränkmittel getränkt. Der erste Schichtaufbau 24 ist von dem zweiten Schichtaufbau 32 optional durch eine für das Tränkmittel undurchlässige Schicht voneinander getrennt. Die Fasern 36 des zweiten Schichtaufbaus 32 sind als Rovings mit einem Filament-Durchmesser ausgebildet, der optional kleiner als ein Filament- Durchmesser der Fasern 28 des ersten Schichtaufbaus 24 ist. Optional kann das Strangprofil 10 einen Kern aufweisen, auf dem der erste Schichtaufbau 24 angeordnet ist. Der Kern kann eine Anordnung verdrillter Fasern, ein Vollkern, ein ummantelter Vollkern, ein Hohlkern oder ein ummantelter Hohlkern sein. Der Kern kann im fertigen Werkstück verbleiben oder auch entfernt werden.
Bei dem Strangprofil 10 unterscheiden sich die Längserstreckungsrichtungen 30 der Fasern 28 benachbarter Schichten 26 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander. Außerdem unterscheiden sich die Langserstreckungsrichtungen 38 der Fasern 36 benachbarter Schichten 34 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 um einen Winkel mit einem Betrag in einem Bereich von 0° bis 10°, bevorzugt 2° bis 10° und noch bevorzugter 2° bis 6° voneinander.
Das Strangprofil 10 bzw. die Schraubenfeder 12 kann wie folgt modifiziert sein. Alternativ kann die Schraubenfeder 12 als linksdrehende Druckfeder ausgebildet sein. In diesem Fall sind die Langserstreckungsrichtungen 30 der Fasern 28 der ersten Mehrzahl von Schichten 26 linksdrehend zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 orientiert und die Langserstreckungsrichtungen 38 der Fasern 36 der zweiten Mehrzahl von Schichten 34 sind rechtsdrehend zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 orientiert. Der zweite Schichtaufbau 32 muss den ersten Schichtaufbau 42 nicht umgeben, um einen sogenannten grobschichtigen Aufbau zu bilden. Stattdessen ist es möglich die Schichten 26 des ersten Schichtaufbaus 24 und die Schichten 34 des zweiten Schichtaufbaus 32 in alternierender Reihenfolge anzuordnen, um einen sogenannten feinschichtigen Aufbau zu realisieren.
Figur 3 zeigt eine Seitenansicht von Formteilen eines Formwerkzeugs 40 zum Herstellen der Schraubenfeder 12. Das Formwerkzeug 40 weist eine Innenform 42 auf. Die Innenform 42 ist im Wesentlichen stabförmig ausgebildet. Die Innenform 42 weist eine rechtsdrehende Nut 44 auf. Die Nut 44 ist halbkreisförmig ausgebildet und weist einen Radius auf, der dem halben
Außendurchmesser de der Schraubenfeder 12 entspricht. Das Formwerkzeug 40 weist weiterhin eine Außenform 46 auf. Die Außenform 46 ist mehrteilig aus mehreren Außenformteile 48 ausgebildet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Außenform 46 zwei
Außenformteile 48 auf, von denen lediglich eines dargestellt ist. Die Außenform 46 weist auf ihrer Innenseite 50 eine umlaufende Nut 52 auf. Die Nut 52 ist rechtsdrehend. Die Außenform 46 weist im Bereich der Nut 52 einen Innendurchmesser auf, der mindestens so groß wie der Federdurchmesser D der zu formenden Schraubenfeder 12 zuzüglich des Außendurchmessers de des Strangprofils 10 ist. Figur 4 zeigt ein Detail der Außenform 46 des Formwerkzeugs 40. Genauer zeigt Figur 4 eine vergrößerte Ansicht der Innenseite 50 im Bereich einer Nut 52. Die Nut 52 weist eine Breite 54 auf, die bei Verwendung eines steifen Formmaterials des Strangprofils 10 größer als ein Außendurchmesser de des Strangprofils 10 ist. Figur 5 zeigt Grafiken der Nutbreite in Abhängigkeit von der Anzahl der Außenformteile 48,
Nuttiefe und Federsteigung H relativ zu Federdurchmesser D. Dabei sind von links nach rechts gesehen die Grafiken für zwei, vier und sechs Außenformteile 48 dargestellt. Auf der X-Achse ist jeweils das Verhältnis von Nuttiefe zu Stabradius dargestellt, der dem halben
Außendurchmesser de des Strangprofils 10 entspricht. Auf der Y-Achse ist das Verhältnis von Nutbreite zu Stabradius dargestellt. Die jeweiligen Kurven in den Grafiken sind in Abhängigkeit von Federsteigung H relativ zu Federdurchmesser D aufgetragen. Das oben beschriebene Übermaß der Breite 54 der Nut 52 dient der Entformbarkeit der Schraubenfeder 12 wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird und kann mit einer steigenden Umfangsteilung der Außenform 46, also steigender Anzahl der Außenformteile 48, reduziert werden, wie die Grafiken der Figur 5 verdeutlichen. Um die Innenform 42 vor einem nachstehend näher beschriebenen Aushärteprozess aus der Außenform 46 und von dem Strangprofil 10 zu entfernen, muss die Innenform 42 in ihrer Größe veränderbar oder zerstörbar sein. Insbesondere muss der äußere Durchmesser der Innenform 42 zum Entfernen verkleinerbar sein, sofern die Innenform 42 nicht zerstört werden soll.
Diesbezüglich werden nachstehend einige bautechnische Ausführungsbeispiele gezeigt.
In den Figuren 6A und 6B ist eine Innenform 42 eines ersten Ausführungsbeispiels dargestellt, die elastisch verformbar ist. Figur 6A zeigt eine Seitenansicht der Innenform 42 des ersten Ausführungsbeispiels in einem unverformten Zustand. Figur 6B zeigt eine Vorderansicht der Innenform 42 des ersten Ausführungsbeispiels im unverformten Zustand. Im Bereich einer Außenfläche 56 weist die Innenform 42 einen Außendurchmesser 58 auf, der größer als ein Außendurchmesser 60 im Bereich der Nut 44 ist, wie in den Figuren 6A und 6B gezeigt ist. Der Außendurchmesser 60 im Bereich der Nut 44 wird anhand der sich radial am nächsten gegenüberliegenden Punkte der Nut 44 bestimmt. In den Figuren 6A und 6B ist die Innenform 42 in ihrem elastisch entspannten bzw. unverformten Zustand dargestellt. Die Innenform 42 ist zumindest im Bereich der Nut 44 in ihrem Außendurchmesser verkleinerbar. Die Innenform 42 weist in ihrem verkleinerten bzw. verformten Zustand (nicht näher dargestellt) einen
Außendurchmesser im Bereich der Nut 44 auf, der kleiner als der Außendurchmesser 60 im Bereich der Nut 44 im unverformten Zustand ist. Somit lässt sich die Innenform 42
komprimieren, um diese von dem Strangprofil 10 vor einem Aushärten zu entfernen. Zu diesem Zweck ist die Innenform 42 des ersten Ausführungsbeispiels aus einem elastischen Material hergestellt. Beispielsweise ist die Innenform aus einem geschäumten Material wie Schaumstoff oder Silikon hergestellt. Es wird explizit betont, dass die Innenform anstelle einer verformbaren Ausbildung derart hergestellt sein kann, dass diese von dem Strangprofil 10 vor einem
Aushärten nur durch Zerstören entfernt werden kann, beispielsweise durch Auflösen,
Ausschmelzen, Zerschlagen oder dergleichen.
In den Figuren 7A und 7B ist eine Innenform 42 eines zweiten Ausführungsbeispiels dargestellt. Gleiche oder vergleichbare Bauteile im Vergleich zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel sind mit gleichen Bezugszeichen angegeben. Figur 7A zeigt eine Seitenansicht der Innenform 42 des zweiten Ausführungsbeispiels. Figur 7A zeigt eine Vorderansicht der Innenform 42 des zweiten Ausführungsbeispiels. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel in Figur 7A und 7B ist die Innenform 42 zweiteilig ausgebildet und weist einen festen runden Kern 62 und einen flexiblen Außenmantel 64 auf, der um den Kern 62 angeordnet ist und in dem die Nut 44 ausgebildet ist. Der Außenmantel 64 ist aus einem elastischen Material hergestellt. Beispielsweise ist der Außenmantel 64 aus einem geschäumten Material wie flexiblem Schaumstoff oder einem Gußmaterial wie flexiblem Silikon hergestellt. Im Bereich der Außenfläche 56 des
Außenmantels 64 weist die Innenform 42 einen Außendurchmesser 58 auf, der größer als der Außendurchmesser 60 im Bereich der Nut 44 ist. Der Kern 62 weist einen Außendurchmesser 66 auf, der kleiner als der Außendurchmesser 60 im Bereich der Nut 44 ist. Um die Innenform 42 von dem Strangprofil 10 vor einem Aushärten zu entfernen, muss zuerst der Kern 62 aus dem Außenmantel 64 entfernt werden, beispielsweise durch Herausziehen. Dann kann der Außenmantel 64 komprimiert werden, um diesen von dem Strangprofil 10 zu entfernen, beispielsweise durch Herausziehen.
In den Figuren 8A und 8B ist eine Innenform 42 eines dritten Ausführungsbeispiels gezeigt, die mehrteilig ausgebildet ist. Gleiche oder vergleichbare Bauteile im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen sind mit gleichen Bezugszeichen angegeben. Figur 8A zeigt eine Seitenansicht der Innenform 42 des dritten Ausführungsbeispiels. Figur 8B zeigt eine
Schnittansicht der Innenform 42 des dritten Ausführungsbeispiels im Bereich einer Nut 44. Die Innenform 42 ist aus neun Innenformteilen 68 ausgebildet, die in einem zusammengesetzten Zustand einen kreisförmigen Querschnitt bilden. Dabei sind acht Innenformteile 68 um ein mittleres Innenformteil 68 herum angeordnet. Um die Innenform 42 vor einem Aushärten von dem Strangprofil 10 zu entfernen, wird zuerst das mittlere Innenformteil 68 entfernt,
beispielsweise durch Herausziehen, und dann können die umgebenden übrigen acht
Innenformteile 68 entfernt werden, da diese nunmehr radial nach innen bewegt werden können. In den Figuren 9A und 9B ist eine Innenform 42 eines vierten Ausführungsbeispiels gezeigt, die mehrteilig ausgebildet ist. Gleiche oder vergleichbare Bauteile im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen sind mit gleichen Bezugszeichen angegeben. Figur 9A zeigt eine Seitenansicht der Innenform 42 des vierten Ausführungsbeispiels. Figur 9B zeigt eine
Schnittansicht der Innenform 42 des vierten Ausführungsbeispiels im Bereich einer Nut 44. Die Innenform 42 ist aus sechs keilförmigen Innenformteilen 68 ausgebildet, die in einem
zusammengesetzten Zustand einen kreisförmigen Querschnitt bilden. Die keilförmigen
Innenformteile 68 sind radial verschiebbar. Beispielsweise ist die Innenform 42 aufblasbar, so dass die Innenformteile 68 radial nach außen bewegbar sind. Durch Auslassen der Luft oder dergleichen, sind die Innenformteile 68 radial nach innen bewegbar. Um die Innenform 42 vor einem Aushärten von dem Strangprofil 10 zu entfernen, werden die Innenformteile 68 radial nach innen bewegt. Alternativ zu einem pneumatischen Aufblasen kann die radiale Bewegung auch z.B. durch mechanische Hebel eingeleitet werden.
Figuren 10A bis 10D zeigen verschiedene Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer Schraubenfeder 12. Zunächst wird das Strangprofil 10 mit dem oben beschrieben Aufbau bereitgestellt. Mit anderen Worten wird das Strangprofil 10 aus einem faserverstärkten
Verbundwerkstoff hergestellt. Das Strangprofil 10 erstreckt sich in der
Längserstreckungsrichtung 22. Das Strangprofil 10 weist mehrere Schichten 26, 34 mit jeweils mehreren Fasern 28, 36 auf, wobei sich die Fasern 28 jeweils in Längserstreckungsrichtungen 30, 36 relativ zu der Längserstreckungsrichtung 22 des Strangprofils 10 derart erstrecken, dass mehr Fasern bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils 10 in ihren
Längserstreckungsrichtungen auf Längszug als auf Längsdruck beansprucht sind. Das Strangprofil 10 wird dann in Form einer Schraubenfeder 12 gebogen, beispielsweise in Form einer rechtsdrehenden Druckfeder 12. Das Biegen kann mittels Freiformwerkzeugen erfolgen. Das Biegen kann ein Aufwickeln auf die Innenform 42 des Formwerkzeugs 40 umfassen, so dass sich das Strangprofil 10 in der Nut 44 der Innenform 42 befindet, wie in Figur 10A gezeigt ist.
Nachfolgend wird das Strangprofil 10 in der Außenform 46 des Formwerkzeugs 40 zum
Herstellen der Schraubenfeder 12 angeordnet. Dazu wird die Außenform 46 derart auf der Innenform 42 angeordnet, dass das Strangprofil 10 von der Außenform 46 und der Innenform 42 umgeben ist. Dazu wird das Strangprofil 10 in zumindest einem der Außenformteile 48 angeordnet und alle Außenformteile 48 werden miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt, wie in Figur 10B gezeigt ist. Das Strangprofil 10 befindet sich dabei auch in der Nut 52 auf der Innenseite 50 der Außenform 46. Entsprechend ist das Strangprofil 10 sandwichartig von der Außenform 46 und der Innenform 42 umgeben.
Nachfolgend wird die Innenform 42 entfernt, wie in Figur 10C gezeigt ist. Die Innenform 42 wird insbesondere vor einem Aushärten des gewickelten Strangprofils 10 entfernt. Beispielsweise wird die Innenform 42 durch eine elastische Verformung bzw. Verkleinerung von dem
Strangprofil 10 und der Außenform 46 entfernt. Entsprechend wird die Innenform 42
wiederverwendbar entfernt. Da sich das Strangprofil 10 aufgrund der besonderen Anordnung der Fasern 28, 36 bezüglich der Schraubenfederachse 14 radial nach außen drückt, lässt sich das Strangprofil 10 dabei aus der Nut 44 der Innenform 42 entfernen. Sobald die Innenform 42 entfernt ist, erfolgt das Aushärten des Strangprofils 10 in der Außenform 46. Zum Aushärten des Strangprofils 10 werden alle Außenformteile 48 miteinander verbunden. Während des Aushärtens wird das Strangprofil 10 ausschließlich von der Außenform 46 in seiner Federform gehalten. Der Aushärteprozess erfolgt bei thermoplastischen Materialien durch ein Erstarren durch Temperaturabsenkung oder In-situ-Polymerisation. Bei duroplastischen Materialien erfolgt das Aushärten durch radikalische, katalytische oder in anderer geeigneter Weise initiierte Polymerisation. Das Aushärten auch thermisch erfolgen bzw. unterstützt werden,
beispielsweise bei Temperaturen von 80°C bis 150°C für eine Dauer von 1 Stunde bis 6 Stunden, wobei die Temperatur schrittweise erhöht oder erniedrigt werden kann.
Nach dem Aushärten werden zum Entfernen des Strangprofils 10 die Außenformteile 48 voneinander gelöst, wie in Figur 10D gezeigt ist. Beispielsweise werden die
Schraubverbindungen der Außenformteile 48 gelöst, so dass das Strangprofil 10 in Form der Schraubenfeder 12 aus der Außenform 46 entnommen werden kann. Aufgrund der besonderen Orientierung der Fasern 28, 36 sind derart orientiert, weist die Schraubenfeder 12 nach dem Aushärten eine Länge auf, die kleiner als vor dem Aushärten ist. Die Länge ist dabei eine Abmessung parallel zur Schraubenfederachse 14. In Abhängigkeit vom jeweiligen Material und der Anordnung der Fasern 28, 36 kann die Schraubenfeder 12 nach dem Aushärten einen Schraubendurchmesser D aufweisen, der größer als vor dem Aushärten ist. Das Verfahren zum Herstellen der Schraubenfeder 12 kann wie folgt modifiziert werden. Das Strangprofil 10 kann als Federstab, d.h. als Strangprofil mit Vollmaterial, oder Federschlauch, d.h. innen hohl, gegebenenfalls inklusive Innenkern, ausgebildet werden. Das Strangprofil 10 kann in Form einer linksdrehenden Schraubenfeder 12 gebogen werden. In diesem Fall sind die Nut 44 der Innenform 42 und die Nut 52 der Außenform 46 ebenfalls linksdrehend ausgebildet. Die Innenform 42 kann vor dem Aushärten des Strangprofils 10 anstelle durch eine elastische Verformung reversibel verformend durch Druckänderung ähnlich eines Blasebalgs oder Sandsacks, Zerlegen, Verdrillen, mechanische Verdrehungen oder Verschiebungen entfernt werden. Alternativ kann die Innenform 42 vor dem Aushärten des Strangprofils 10 nicht- wiederverwendbar entfernt werden, beispielsweise durch Schmelzen, Auflösen oder Ausspülen.
Das Strangprofil 10 kann durch Abwickeln von einem Stützelement und/oder Rotieren in der Außenform 46 angeordnet werden, beispielsweise durch Abwickeln von einem Rohr und gesteuertes Ablegen in den Nuten 44, 52 oder Schleudern der Außenform 46 und des
Strangprofilsl O um eine zentrale Achse, so dass das Composite-Material durch die
Zentrifugalbeschleunigung nach außen in die Nuten 52 gedrückt wird.
Figur 1 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer alternativen Möglichkeit zum Einbringen des Strangprofils 10 in die Außenform 46, bei der keine Innenform 42 benötigt wird.
Beispielsweise wird das Strangprofil 10 mittels eines rotierenden Elements 70 aus einer länglichen bzw. geradlinigen Form in der Nut 52 der Außenform 46 gesteuert abgelegt und so mit einer Schraubenfederform versehen.
Beispiele
Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden.
Als Strangprofil wurde jeweils ein Feder-Composite-Schlauch mit einem Außendurchmesser de 18,4 mm und einem Innendurchmesser d, 10 mm hergestellt. Für die untersuchten Strangprofile wurden die folgenden Materialien verwendet. Die Glasfaser war ein Roving mit einem Gewicht von 2400 g/km (2400 tex). Das System bestand aus dem Harz Bisphenol-A-Diglycidylether mit 22 Gew.-% Butandiol-Diglycidylether und dem Härter Diethylmethylbenzoldiamin im
Mischungsverhältnis 100 : 26. Der Fasermassenanteil wurde rechnerisch über die verwendete Menge an Glasmaterial, Kernmaterial, Hilfsmaterialien und das Gesamtgewicht der Profile für das System bei 67% +/- 2% ermittelt. Es wurde ein überwiegend rechtsdrehendes Laminat von 3 Lagen mit jeweils 24 Rovings mit einer Orientierung von -45° (d.h. rechtsdrehend), +45°, +45° (d.h. linksdrehend) der Fasern bezüglich der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils hergestellt. Die Aushärtung erfolgte über 5 Stunden bei 150°C. Die Schraubenfeder wurde mit 4,5 Windungen ausgebildet.
Als Prozessversuch gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde eine rechtsdrehende Schraubenfeder auf einem flexiblen Innendorn mit einem Außendurchmesser de von 90 mm in eine Außenform eingeführt, die Außendurchmesser de von 128 mm in der Nut hatte. Die flexible bzw. elastisch verformbare Innenform wurde entfernt und das Strangprofil wurde in der Außenform zu einer Schraubenfeder ausgehärtet. Die Federlänge vor / nach Aushärtung war 269 mm / 251 mm, was einer Längenänderung von -7% entspricht. Der Außendurchmesser de war vor / nach Aushärtung 128 mm / 129 mm, was einer Durchmesseränderung von + 1 % entspricht. Der Außendurchmesser de ist also quasi konstant geblieben. Der Federschlauch hat sich beim Aushärten so verdrillt, dass sich die Schraubenfeder nach außen weitete und in der Länge verkürzte. Die Feder ist rund im Querschnitt und hat sich gleichmäßig in die Außenform ohne Kollabieren nach innen oder Einknicken eingeprägt. Die Aushärtung ausschließlich in der Außenform war ohne Abstützung erfolgreich.
Als Beleg für die Abhängigkeit der Verformung während des Aushärtens von der Laminat- Orientierung wurde ein Strangprofil mit identischer Laminat-Orientierung der Fasern als linksdrehende Feder auf einem Innendorn mit einem Außendurchmesser de von 80 mm gewickelt. Die Federlänge vor / nach Aushärtung war 269 mm / 289 mm, was einer
Längenänderung von + 7% entspricht. Der Innendurchmesser d, vor / nach Aushärtung war 80 mm / 80 mm, was einer Durchmesseränderung von 0 % entspricht, d.h. der Durchmesser hat sich nicht verändert. Der Federschlauch hat sich beim Aushärten so verdrillt, dass sich die Schraubenfeder nach innen auf die Innenform aufklemmte und in der Länge dehnte. Eine Aushärtung ausschließlich in einer Außenform wäre mit dieser Kombination von Feder- Drehrichtung und Laminat-Orientierung nicht möglich, da nur der Innendorn die Feder davon abhielt sich nach innen zu bewegen und damit aus einer möglichen Außenform unkontrolliert nach innen zu wandern.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder (12), insbesondere einer
Schraubenfeder (12) für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, umfassend:
(i) Bereitstellen eines Strangprofils (10), wobei das Strangprofil (10) aus einem
faserverstärkten Verbundwerkstoff hergestellt ist, wobei sich das Strangprofil (10) in einer Längserstreckungsrichtung (22) erstreckt, wobei das Strangprofil (10) mehrere Schichten (26, 34) mit jeweils mehreren Fasern (28, 36) aufweist, wobei sich die Fasern (28, 36) jeweils in Längserstreckungsrichtungen (30, 38) relativ zu der Längserstreckungsrichtung (22) des
Strangprofils (10) derart erstrecken, dass mehr Fasern (28, 36) bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils (10) in ihren Längserstreckungsrichtungen (30, 38) auf Längszug als auf
Längsdruck beansprucht sind,
(ii) Anordnen des Strangprofils (10) in einer Außenform (46) eines Formwerkzeugs (40) zum Herstellen der Schraubenfeder (12), und
(iii) Aushärten des Strangprofils (10) in der Außenform (46), wobei das Strangprofil (10) während des Aushärtens ausschließlich von der Außenform (46) in der Federform gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Strangprofil (10) einen ersten Schichtaufbau (24) aus einer ersten Mehrzahl von Schichten (26) und einen zweiten Schichtaufbaus (32) aus einer zweiten Mehrzahl von Schichten (34) um den ersten Schichtaufbau (24) aufweist, wobei jede Schicht (26) des ersten Schichtaufbaus (24) mehrere Fasern (28) aufweist, wobei jede Schicht (34) des zweiten Schichtaufbaus (32) mehrere Fasern (36) aufweist, wobei sich die Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) und die Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von
Schichten (34) jeweils in Längserstreckungsrichtungen (30, 38) erstrecken, wobei sich die Längserstreckungsrichtungen (30, 38) der Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) und der Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) von der
Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) unterscheiden, wobei sich die Fasern (28) der ersten Mehrzahl von Schichten (26) derart relativ zu der Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) erstrecken, dass sie bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils (10) in ihren Längserstreckungsrichtungen (30) auf Längsdruck beansprucht sind, wobei sich die Fasern (36) der zweiten Mehrzahl von Schichten (34) derart relativ zu der
Längserstreckungsrichtung (22) des Strangprofils (10) erstrecken, dass sie bei Soll- Torsionsbelastung des Strangprofils (10) in ihren Längserstreckungsrichtungen (22) auf Längszug beansprucht sind, wobei der zweite Schichtaufbau (32) mehr Fasern (36) als der erste Schichtaufbau (24) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Außenform (46) eine umlaufende Nut (52) auf einer Innenseite (50) aufweist, wobei die Nut (52) eine Breite (54) aufweist, die bei
Verwendung eines steifen Formmaterials des Strangprofils (10) größer als ein
Außendurchmesser des Strangprofils (10) ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend Wickeln des Strangprofils (10) um eine Innenform (42) des Formwerkzeugs, Anordnen der Außenform (46) auf der Innenform (42) derart, dass das Strangprofil (10) von der Außenform (46) und der Innenform (42) umgeben ist, und Entfernen der Innenform (42) vor dem Aushärten des gewickelten Strangprofils (10).
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Außenform (46) mehrteilig aus mehreren Außenformteilen (48) ausgebildet ist, wobei das Strangprofil (10) in zumindest einem der Außenformteile (48) angeordnet wird und zum Aushärten des Strangprofils (10) alle
Außenformteile (48) miteinander verbunden werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zum Entfernen des Strangprofils (10) die
Außenformteile (48) voneinander gelöst werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Innenform (42) nichtwiederverwendbar entfernt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Innenform (42)
wiederverwendbar entfernt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Strangprofil (10) durch Abwickeln von einem Stützelement und/oder Rotieren in der Außenform (46) angeordnet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Anzahl der Fasern (36), die bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils (10) in ihren Längserstreckungsrichtungen (38) auf Längszug beansprucht sind, um einen Faktor von 1 ,2 bis 9 und bevorzugt 1 ,5 bis 9 größer ist als die Anzahl der Fasern (28), die bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils (10) in ihren Längserstreckungsrichtungen (30) auf Längsdruck beansprucht sind.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Strangprofil (10) als rechtsdrehende Druckfeder ausgebildet wird, wobei die Längserstreckungsrichtungen derjenigen Fasern, die bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils in ihren
Längserstreckungsrichtungen auf Längsdruck beansprucht sind, rechtsdrehend zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils orientiert sind, wobei die
Längserstreckungsrichtungen derjenigen Fasern, die bei Soll-Torsionsbelastung des
Strangprofils in ihren Längserstreckungsrichtungen auf Längszug beansprucht sind, linksdrehend zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils orientiert sind.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei das Strangprofil (10) als linksdrehende Druckfeder ausgebildet wird, wobei die Längserstreckungsrichtungen derjenigen Fasern, die bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils in ihren Längserstreckungsrichtungen auf Längsdruck beansprucht sind, linksdrehend zu der Langserstreckungsrichtung des
Strangprofils orientiert sind, wobei die Langserstreckungsrichtungen derjenigen Fasern, die bei Soll-Torsionsbelastung des Strangprofils in ihren Langserstreckungsrichtungen auf Längszug beansprucht sind, rechtsdrehend zu der Längserstreckungsrichtung des Strangprofils orientiert sind.
13. Schraubenfeder (12) erhältlich oder erhalten gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Verwendung einer Schraubenfeder (12) nach Anspruch 13 als Feder in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs.
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