DE102019135794A1

DE102019135794A1 - Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial für Kraftfahrzeugaufhängungen mit progressiver Federkennlinie und Schraubenfeder

Info

Publication number: DE102019135794A1
Application number: DE102019135794.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Gerhards; Alberto Girelli Consolaro
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial, für Kraftfahrzeugaufhängungen. In dem Verfahren werden ein Federkern (10) und eine Wickelvorrichtung (28) mit einer Vielzahl von Bevorratungseinrichtungen (301-309; 301-3012) mit einer Bevorratung an einem Fasermittel (32) bereitgestellt. Erfindungsgemäß wird eine Zwischenschicht (14) aus einer vorbestimmten Anzahl von ein Fasermittel aufweisenden Lagen auf den Federkern (10) in zumindest einem Teilabschnitt (16, 18, 20) des Federkerns (10) aufgebracht; Enden der in den Bevorratungseinrichtungen (301-309; 301-3012) bevorrateten Fasermittel (32) werden an dem Federkern (10) bzw. an einer Außenseite der Zwischenschicht (14) befestigt; eine vorbestimmte Anzahl von Lagen der bevorrateten Fasermittel (32) wird auf den Federkern (10) bzw. die Außenseite der Zwischenschicht (14) aufgebracht; und der mit der Zwischenschicht (14) und dem Fasermittel (32) ausgestattete Federkern (10) wird auf einen Formkörper aufgebracht, der an die endgültige Form der Schraubenfeder angepasst ist. Ein Matrixmaterial des Faser-Kunststoff-Verbundmaterials wird abschließend ausgehärtet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial, für Kraftfahrzeugaufhängungen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Schraubenfeder einer Kraftfahrzeugaufhängung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Federelemente mit Schraubenfederanordnung finden unzählige Anwendungen auf allen Gebieten der Technik. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Schraubenfedern aus Stahl zwecks Gewichtsersparnis durch Schraubenfedern aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial (FKV), auch kurz als „Verbundschraubenfeder“ bezeichnet, zu ersetzen.
Beispielsweise beschreibt die US 7,168,117 B2 eine Schraubenfederanordnung mit einer wendelförmigen Wicklung, die aus einer mehrsträngigen Schnur gebildet ist. Die Schraubenfederanordnung beinhaltet eine Vielzahl von Strängen, die als mehrsträngige Schnur konfiguriert sind. Die mehrsträngige Schnur ist zu einer ersten Schraubenfeder mit vier oder mehr aktiven Windungen gewickelt, wobei mindestens eine inaktive Windung ein geschlossenes Ende bildet. Die erste Schraubenfeder weist eine freie Länge von mindestens etwa vier Zoll auf. Die Schraubenfederanordnung beinhaltet ein Umhüllungsmaterial, das um die erste Schraubenfeder herum ausgebildet ist, wobei die erste Schraubenfeder eine Taschenfeder enthält und das Umhüllungsmaterial die Tasche bildet. Die mehrsträngige Schnur kann aus Stahl, beispielsweise C-Stahl, aus Aluminium, Kunststoff, Kupfer, Titan, Bronze, Gummi oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein.
Die mehrsträngigen Schraubenfederanordnungen können beispielsweise in Federkernmatratzen oder Taschenfederkernmatratzen verwendet werden. Sie können auch in Sitzkissen, Autositzkissen und Sofas verwendet werden. In einer Verwendung für eine Matratze kann eine Vielzahl von Schraubenfedern einen Federkern bilden. Die den Kern bildenden Schraubenfedern können Schraubenfedern aus einem Einzelstrang oder aus einer mehrsträngigen Schnur sein, und die Schraubenfedern können unterschiedliche Federraten aufweisen. Die Schraubenfedern können auch eine variable, beispielsweise nichtlineare und/oder progressive Federkennlinie aufweisen. Zumindest eine Teilmenge der Schraubenfedern kann aus zusammengesetzten Schraubenfedern bestehen, wobei ein erster Abschnitt einer zusammengesetzten Schraubenfeder aus mehreren Strängen hergestellt wird und ein zweiter Abschnitt der zusammengesetzten Schraubenfeder aus einem Einzelstrang hergestellt wird, der in einer Längsfederrichtung an den ersten Abschnitt angrenzt. Aneinandergrenzende Endabschnitte des ersten und zweiten Abschnitts sind starr miteinander verbunden.
Ferner kann der Wicklungsdurchmesser der FKV-Schraubenfeder von einem Ende zum anderen Ende den gleichen Durchmesser in der Wicklungslängenrichtung aufweisen. Die FKV-Schraubenfeder kann vom einem Ende zum anderen Ende unterschiedliche Durchmesserabschnitte aufweisen, oder sie kann sich stetig von einem Enddurchmesser zu einem anderen Enddurchmesser ändern. Zudem kann ein geflochtener Kernkörper für die Schraubenfeder von einem geflochtenen Gewebevollkörper oder von einem geflochtenen Gewebehohlkörper gebildet sein.
Aus der WO 2009/027226 A2 ist ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines seilartigen Federelementhalbzeugs und eines spiralförmigen Federelements bekannt, bei dem ein Feder-Kernkörper und eine den Feder-Kernkörper umgebende Verstärkungsfaser-Umhüllung, die wenigstens ein Faser-Filament aufweist, bereitgestellt werden. Der Feder-Kernkörper kann aus einer Faser oder einem Faserbündel gebildet sein, und/oder er kann einen thermoplastischen oder elastomeren Werkstoff aufweisen. Zumindest die Verstärkungsfaser-Umhüllung wird mit einem flüssigen oder pastösen, aushärtbarem Matrixwerkstoff getränkt und dadurch eine vorläufige gegenseitige Anordnung des Feder-Kernkörpers und der Verstärkungsfaser-Umhüllung festgelegt und eine vorbestimmte Querschnittsform des Federelementhalbzeugs ausgebildet. Das Verfahren zur Herstellung eines spiralförmigen Federelementes mittels eines Federelementhalbzeugs beinhaltet die Schritte des Wickelns des getränkten und/oder zumindest teilweise ausgehärteten Federelementhalbzeugs um einen Formgebungskörper mit einer Oberfläche, die auf die endgültige geometrische Form des Federelementes abgestimmt ist und/oder diese abbildet und das das vollständige Aushärten des flüssigen oder pastösen, aushärtbaren Matrixwerkstoffs, wodurch das spiralförmige Federelement gebildet wird. Der Federelementkörper aus Faserverbundwerkstoff kann wenigstens eine Faser oder ein Filamentbündel aus Glas-, Kevlar-, Kohle- oder Borfaser beinhalten.
Im Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik ist es bekannt, Radaufhängungen mit elastischen Federelementen zwischen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs als gefedertem Objekt und Rädern des Fahrzeugs als ungefederten Objekten einzusetzen, um einen Fahrkomfort von Fahrzeuginsassen zu erhöhen, indem von Bodenunebenheiten verursachte Stöße nicht unmittelbar auf die Karosserie übertragen werden. Ferner kann ein für eine Kraftübertragung erforderlicher Bodenkontakt der Räder auch bei Bodenunebenheiten gewährleistet werden. Durch Bodenunebenheiten angeregte Schwingungen der Karosserie werden in bekannter Weise durch eine Verwendung von Stoßdämpfern gedämpft, die zwischen der Karosserie und Radachsen angeordnet sind. Die elastischen Federelemente können dabei beispielsweise von elastischen zylinder-, kegel- oder tonnenförmigen Schraubenfedern gebildet und integraler Bestandteil der Stoßdämpfer sein (Feder-Dämpfer-Einheit, Federbein). Die für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen verwendeten elastischen Federelemente sind aufgrund des Fahrzeuggewichts sowohl einer vergleichsweise hohen statischen mechanischen Last als auch, aufgrund der Fahrbewegungen, einer hohen dynamischen mechanischen Last ausgesetzt.
Insbesondere auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik ist es daher interessant und bekannt, Schraubenfedern von Kraftfahrzeugaufhängungen, die konventionell aus Stahl hergestellt werden, durch solche aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial (FKV) zu ersetzen.
In dem Übersichtsartikel von Yahya Kara (2017), A Review: Fiber Reinforced Polymer Composite Helical Springs, J Mater Sci Nanotechnol 5(1): 101. doi: 10.15744/2348-9812.5.101, wurden zwecks Gewichtsersparnis als Alternative zum Werkstoff für Stahlfedern für Kraftfahrzeuge mechanische Eigenschaften von Verbundschraubenfedern aus Faser-Kunststoff-Verbundmaterial (FKV) untersucht, wobei die Fasern als Glasfasern, Karbonfasern oder Aramidfasern ausgebildet sein können Durch das FKV-Material konnte das Gewicht der Schraubenfeder reduziert werden, ohne die Tragfähigkeit zu beeinträchtigen. Die FKV-Schraubenfeder weist ein höheres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, eine höhere Steifigkeit, eine hohe Aufprallenergieabsorption und geringere mechanische Spannungen auf. Die Studie gibt einen kurzen Überblick über die Eignung von FKV-Schraubenfedern für entsprechende mechanische Systeme und präsentiert eine Bewertung von Konstruktion, Analyse und Herstellung von FKV-Schraubenfedern.
Ferner schlägt die US 7,311,124 B2 ein Verfahren zur Herstellung von als Zylinder geformten Federdrähten vor. Der Draht enthält mindestens eine erste Vielzahl von Lagen gewickelter Fasern, wobei die Lagen übereinander angeordnet und mit einer Matrix imprägniert sind. Die erste Vielzahl von Lagen enthält mindestens zwei gestapelte Schichten von Fasern, die in entgegengesetzten Richtungen entlang zweier koaxialer Wendeln um dieselbe Achse links und rechts davon gewickelt sind. Die Tangenten an die beiden Wendeln bilden zusammen mit der Achse jeweils zwei Winkel mit Werten ß_x-1 und ß_x, die jeweils gleich Δ + k · y und -Δ - k · γ sind, wobei γ eine Funktion des Wertes des Elastizitätsmoduls für die herzustellende Feder und k ein Faktor zwischen 0 und 1 ist. Das Verfahren eignet sich zur Herstellung von schraubenförmigen zylindrischen Federdrähten für die Aufhängungssysteme von Kraftfahrzeugen. Dabei ist es bevorzugt, dass der Draht weiterhin eine Schutzhülle umfasst, die die Außenseite des Drahtes umgibt und mit der letzten Schicht der ersten Vielzahl von Faserlagen in Kontakt steht.
Die Fasern können dabei von unterschiedlicher Art sein, beispielsweise Fasern aus Kohlenstoff, Kevlar®, Deenema®, Bor usw. Es handelt sich jedoch vorteilhafterweise um Glasfasern. Die Matrix kann auch von verschiedener Art sein, beispielsweise aus einer Leichtmetalllegierung oder einem Metall auf der Basis von Aluminium, Magnesium usw. oder aus einem Polymermaterial, das thermoplastisch, wärmehärtend usw. ist. Wenn die Fasern jedoch Glasfasern sind, ist die Matrix vorteilhafterweise ein wärmehärtbares polymerisierbares Harz vom Typ Epoxy, Polyester, Vinylester usw.
Das Verfahren besteht aus der Vorbereitung einer Vielzahl von Vorräten, die jeweils eine oder mehrere Fasern enthalten, wobei ein Ende jeder Faser mit einem zylindrischen Primärkörper verbunden ist, und wobei die Vielzahl von Fasern durch eine große Öffnung eines Trichter in diesen eindringt, und aus einem Bewirken, dass sich die Vorräte mit der gleichen Rotationsgeschwindigkeit um die Achse des Primärkörpers drehen, während gleichzeitig der Primärkörper sich translatorisch mit einer Geschwindigkeit in Richtung einer kleinen Öffnung des Trichters bewegt.
Neben dem Wickeln von Fasern als Verstärkungsmaterial um einen Kern können einzelne Fasern oder Faserstränge auch miteinander verflochten sein.
So ist aus der CN 1480658 A eine geflochtene Verbundschraubenfeder-Struktur bekannt, die ein Kernmaterial beinhaltet, das aus einem stoßabsorbierenden Material gebildet ist. Das Kernmaterial ist von einer mittleren Schicht bedeckt, die aus einem mit einem Harz imprägnierten Kohlefaser-Prepreg besteht. Die mittlere Schicht ist durch eine äußere Schicht bedeckt, die aus einem mit Harz imprägnierten Geflecht, beispielsweise aus Kohle- oder Aramidfasern, besteht. Das Kohlefaser-Prepreg kann als unidirektionales Karbonfaser-Prepreg ausgebildet, mit vorimprägniertem Harz beschichtet und mit einem positiven und negativen Winkel von 45° zu einer Außenkante des Kernmaterials aus Gummi oder Schaumstoff (PU, EVA usw.) angeordnet sein.
Zudem beschreibt die US 4,380,483 A ein Verfahren zur Herstellung von mit Kohlenfasern verstärkten Verbundschraubenfedern. Die kohlenstofffaserverstärkte Verbundschraubenfeder ist aus einem Geflecht hergestellt, das aus Kohlenstofffasern besteht, die in einem bevorzugten Winkel zu einer Achse des Geflechts von ungefähr plus oder minus 45° ausgerichtet und mit einem Harz imprägniert sind, das als im Wesentlichen kontinuierliche Matrixphase dient. Längsverstärkungsfasern können in das Geflecht eingearbeitet werden, um zu verhindern, dass es sich unter Längsspannung streckt. Die kohlefaserverstärkte Verbundschraubenfeder wird gebildet, indem das mit einem nicht verfestigten Harz imprägnierte Geflecht in eine Nut gewickelt wird, die sich wendelförmig entlang der Oberfläche eines Dorns erstreckt, und das Harzmatrixmaterial verfestigt wird, und dann die feste Verbundschraubenfeder vom Wendeldorn entfernt wird. Als Längsverstärkungsfasern können Glasfasern, Kohlenstofffasern, vollaromatische Polyamidfasern, Polyesterfasern, Naturfasern wie z. B. Baumwollfasern sowie Mischungen verschiedener Arten von Verstärkungsfasern verwendet werden.
Als eine Lösung insbesondere für kohlefaserverstärkte Verbundschraubenfedern wird von der JPS 5891940 A vorgeschlagen, zur Verringerung des Gewichts einer Schraubenfeder und zur Erhöhung ihrer Stoßfestigkeit ein Verstärkungsmaterial abwechselnd in einem diagonalen Winkel sowie nahezu senkrecht zur Achse eines Drahtkörpers anzuordnen. Das Verstärkungsmaterial besteht aus dreiachsig angeordneten, miteinander verflochtenen Litzen, die aus Karbonfasern gebildet sein können. Infolgedessen wird im Fall des Aufbringens einer Kraft F in der Richtung einer Axiallinie der Schraubenfeder eine Kraft f1, f2 in einer Torsionsrichtung auf den Drahtkörper ausgeübt. In diesem Fall ist die Richtung der Kraft f1, f2 nahezu in der Anordnungsrichtung zweier der Litzen ausgerichtet, die eine entsprechende Gegenkraft vollständig entfalten können. Im Falle einer momentanen, übermäßigen Kraft, die auf die Axiallinie der Schraubenfeder einwirkt, kommt es häufig vor, dass die Kraft F auf die Spulenachse direkt von den Rändern aufgebracht wird, die Teile der Schraubenfeder bilden und dabei miteinander in Kontakt kommen. In einem solchen Fall besteht die Gefahr eines Brechens einer konventionell hergestellten Schraubenfeder aus einem zweiachsig angeordneten Geflecht aus zwei Litzen, da die auf die Ränder ausgeübte Spannung zusätzlich zu der durch Torsion erzeugten Kraft f1 oder f2 mit F auf die Schraubenfederachse ausgeübt wird. Trotz ihrer Größe kann die Kraft F jedoch in die dritte Litze eingeleitet werden, die eine entsprechende Gegenkraft entwickeln kann, so dass eine erhöhte Stoßfestigkeit der Schraubenfeder erreicht werden kann.
Unabhängig von einer Ausgestaltungsform ist für die Federung von Kraftfahrzeugen eine progressive Kennlinie der verwendeten Schraubenfedern erwünscht, um bei einer normalen Last einen hohen Fahrkomfort bereitstellen und bei einer hohen Last, beispielsweise bei einer unebenen Fahrbahn und/oder einer hohen Gewichtsbelastung, eine Auslenkung der Federung bis zu einem Endanschlag vermeiden zu können, damit Schlaglöcher nicht bis zum Fahrzeugchassis „durchschlagen“ .
Als Lösung schlägt die JP 3760994 B2 eine Schraubenfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) vor. Bei der Herstellung der durch Flechten gebildeten FKV-Feder unter Verwendung einer Flechtvorrichtung werden unterschiedliche Federkonstanten erhalten, indem der Flechtwinkel des Geflechts während des Flechtprozesses geändert wird. Flechtfäden mit einem vorbestimmten Flechtwinkel von ± θ in Bezug auf eine Axiallinie und Mittelfäden, deren Winkel 0° in Bezug auf die Axiallinie beträgt, werden selektiv kombiniert, um eine geflochtene Struktur zu bilden. Eine Vielzahl von Schichten wird laminiert, um die geflochtene Struktur herzustellen. Das Herstellungsverfahren für eine FKV-Feder beinhaltet einen Flechtschritt zum Setzen von vorimprägnierten Verstärkungsfasern auf einen geflochtenen Kernkörper und zum Weben der Flechtstruktur durch Flechten, einen Wickelschritt zum kontinuierlichen Wickeln eines wärmeschrumpfbaren Bandes um die Flechtstruktur, während die Flechtstruktur gewoben wird, und einen Spiralformungsschritt zum wendelförmigen Wickeln der eingewickelten Flechtstruktur und zum Aushärten der eingewickelten Flechtstruktur, um diese zu einer wendelförmigen Federstruktur zu formen. Abschließend wird das wärmeschrumpfbare Band entfernt.
Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Bereich der Herstellverfahren für Verbundschraubenfedern von Kraftfahrzeugaufhängungen noch Raum für Verbesserungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Verbundschraubenfedern mit progressiver Federkennlinie für Kraftfahrzeugaufhängungen bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch eine Schraubenfeder einer Kraftfahrzeugaufhängung gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die abhängigen Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder, die für Kraftfahrzeugaufhängungen vorgesehen ist, aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial beinhaltet folgende, an sich bekannte Schritte:

- Bereitstellen eines Federkerns, der parallel zu seiner Erstreckungsrichtung bewegbar ist, und
- Bereitstellen einer Wickelvorrichtung und einer Vielzahl von Bevorratungseinrichtungen, die jeweils eine Bevorratung an einem Fasermittel beinhalten, wobei die Wickelvorrichtung zur Abwicklung des Fasermittels zumindest eine relative Rotationsbewegung der jeweiligen Bevorratungseinrichtung um den Federkern herum ermöglicht.

Erfindungsgemäß beinhaltet das vorgeschlagene Verfahren weiterhin folgende Schritte:

- Aufbringen einer Zwischenschicht aus einer vorbestimmten Anzahl von ein Fasermittel aufweisenden Lagen auf den Federkern in zumindest einem in der Erstreckungsrichtung zusammenhängenden Teilabschnitt des Federkerns,
- Befestigen eines Endes der in den Bevorratungseinrichtungen bevorrateten Fasermittel an dem Federkern bzw. an einer Außenseite der Zwischenschicht,
- Aufbringen einer vorbestimmten Anzahl von Lagen der bevorrateten Fasermittel auf den Federkern bzw. die Außenseite der Zwischenschicht durch Ausführung der relativen Rotationsbewegung der Bevorratungseinrichtungen,
- Aufbringen des mit der Zwischenschicht und dem Fasermittel ausgestatteten Federkerns auf einen Formkörper, der an die endgültige Form der Schraubenfeder angepasst ist, und
- Aushärten eines Matrixmaterials des Faser-Kunststoff-Verbundmaterials.

Unter einem „Kraftfahrzeug“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein Motorrad, ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Sattelschlepper oder ein Kraftomnibus verstanden werden. Unter dem Begriff „Erstreckungsrichtung“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere die Richtung einer gedachten Linie verstanden werden, welche die Enden des Federkerns miteinander verbindet, wobei die Linie parallel zu einer längsten Kante des Federkerns verläuft. Unter dem Begriff „Vielzahl“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere eine Anzahl von zumindest zwei verstanden werden. Unter dem Begriff „Teilabschnitt“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere ein Abschnitt des Federkerns verstanden werden, dessen Länge in der Erstreckungsrichtung kürzer ist als eine Gesamtlänge des Federkerns in der Erstreckungsrichtung.
Unter dem Begriff „Fasermittel“ sollen im Sinne der Erfindung insbesondere Einzelfasern und Faserbündel, sowohl in einem „trockenen“ Zustand, d.h. ohne Zusatz eines Matrixmaterials, als auch in einem mit einem unausgehärteten Matrixmaterial eines Faser-Kunststoff-Verbundmaterials vorimprägnierten Zustand, eingeschlossen sein. Im Falle einer Verwendung von Fasermitteln im „trockenen“ Zustand ist vor dem Schritt des Aufbringens des mit der Zwischenschicht und dem Fasermittel ausgestatteten Federkerns auf einen Formkörper ein Schritt auszuführen, bei dem ein aushärtbares Matrixmaterial eines Faser-Kunststoff-Verbundmaterials aufgebracht wird.
Durch das Aufbringen einer Zwischenschicht aus Fasermittel aufweisenden Lagen in einem Teilabschnitt des Federkerns kann der Teilabschnitt mit einer gegenüber der übrigen Länge der Schraubenfeder erhöhten Torsionssteifigkeit ausgestattet werden. Da das Material einer Schraubenfeder bei einer mechanischen Belastung bekanntermaßen in der Hauptsache durch Torsion belastet wird, ergeben sich daraus Abschnitte der Schraubenfeder mit unterschiedlicher Federkennlinie, wobei der Teilabschnitt mit der Zwischenschicht aus Fasermittel aufweisenden Lagen eine steifere Federkennlinie (höhere Federkraft pro Länge und Auslenkung) aufweist. Durch das vorgeschlagene Verfahren kann daher eine Schraubenfeder, die insbesondere für Kraftfahrzeugaufhängungen vorgesehen ist, aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial auf einfache Weise hergestellt und mit einer progressiven Federkennlinie ausgestattet werden.
Zudem kann durch das Aufbringen einer vorbestimmten Anzahl von Lagen der bevorrateten Fasermittel auf den Federkern bzw. die Außenseite der Zwischenschicht eine besonders hohe Güte der Oberfläche der Schraubenfeder erreicht werden.
Bevorzugt kann der Federkern entlang der Erstreckungsrichtung eine gleichbleibende Querschnittsfläche aufweisen. Beispielsweise kann der Federkern im Wesentlichen in Form eines Kreiszylinders ausgebildet sein und einen entlang der Erstreckungsrichtung gleichbleibenden Durchmesser aufweisen. Weiterhin bevorzugt kann der Federkern Fasermittel beinhalten, die als in der Erstreckungsrichtung ausgerichtete Längsfaser (Filament) oder als Bündel aus derartigen Längsfasern ausgebildet sind.
Bevorzugt kann das Fasermittel als Einzelfaser und/oder als Faserstrang und/oder als Faserband, mit oder ohne ein unausgehärtetes Matrixmaterial eines Faser-Kunststoff-Verbundmaterials, mit einem überwiegenden Anteil an unidirektionalen Fasern in einer Erstreckungsrichtung des Bandes ausgebildet sein.
In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens beinhaltet der Schritt des Aufbringens der Zwischenschicht, dass eine vorbestimmte Anzahl von Fasermittel beinhaltenden Umhüllungen in Form eines Zylindermantels, d.h. mit offenen Enden, mit jeweils vorbestimmter Länge und jeweils angepasstem Durchmesser in der Erstreckungsrichtung über den Federkern gezogen und an einer jeweils vorbestimmten Position positioniert wird, wobei sich zumindest zwei Umhüllungen in der Erstreckungsrichtung nur teilweise überlappen.
Auf diese Weise kann zum Aufbringen der Zwischenschicht die Verwendung vorgefertigter Komponenten, nämlich der Fasermittel beinhaltenden Umhüllungen, ermöglicht und der Schritt des Aufbringens der Zwischenschicht kann beschleunigt und qualitätstechnisch abgesichert werden.
Das Fasermittel, das die vorbestimmte Anzahl von Umhüllungen enthält, kann von dem bevorrateten Fasermittel in den Bevorratungseinrichtungen abweichen. Bevorzugt ist es aber, dass das Fasermittel, das die vorbestimmte Anzahl von Umhüllungen enthält, dem bevorrateten Fasermittel in den Bevorratungseinrichtungen entspricht, wodurch die weitere Verarbeitung vereinfacht werden kann. Dabei kann das Fasermittel mit einem unausgehärteten oder ohne ein unausgehärtetes Matrixmaterial eines Faser-Kunststoff-Verbundmaterials ausgebildet sein.
In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens bildet das Fasermittel in den positionierten Umhüllungen in einer zweidimensionalen Projektion mit der Erstreckungsrichtung vorbestimmte Winkel aus, die betragsmäßig gleich sind und sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Die Verwendung derartiger Fasermittel kann Vorteile in Bezug hinsichtlich einer Verarbeitbarkeit und einer erzielbaren Festigkeit ermöglichen.
Bevorzugt beinhaltet der Schritt des Aufbringens einer vorbestimmten Anzahl von Lagen der bevorrateten Fasermittel auf den Federkern bzw. die Außenseite der Zwischenschicht, dass der Federkern mit der aufgebrachten Zwischenschicht relativ zu zumindest zwei Bevorratungseinrichtungen parallel zur Erstreckungsrichtung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit, beispielsweise einer gleichmäßigen Geschwindigkeit, bewegt wird und mittels der Wickelvorrichtung die zumindest zwei Bevorratungseinrichtungen relative Rotationsbewegungen mit unterschiedlichen absoluten Geschwindigkeiten des Fasermittels ausführen. Auf diese Weise kann es ermöglicht werden, dass die Fasermittel aus den zumindest zwei Bevorratungseinrichtungen mit unterschiedlichen Winkeln, gemessen in einer senkrechten Projektion des Fasermittels auf den Federkern bzw. die Außenseite der Zwischenschicht aufgebracht werden. Dabei kann die gleichmäßige Bewegung des Federkerns relativ zu den zumindest zwei Bevorratungseinrichtungen und parallel zur Erstreckungsrichtung sowohl mittels einer Bewegung des Federkerns als auch mittels einer Bewegung der zumindest zwei Bevorratungseinrichtungen relativ zu einer ruhenden Umgebung herbeigeführt sein.
In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens beinhaltet der Schritt des Aufbringens der Zwischenschicht, dass

- der Federkern parallel zu seiner Erstreckungsrichtung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird, und
- zumindest eine der Bevorratungseinrichtungen, unter gleichzeitiger Ausführung der relativen Rotationsbewegung, parallel zur Erstreckungsrichtung eine vorbestimmte Anzahl von Malen mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit entlang des zusammenhängenden Teilabschnitts hin- und herbewegt wird, deren Betrag größer ist als der Betrag der vorbestimmten Geschwindigkeit des Federkerns.

Dadurch kann die Zwischenschicht auf dem zumindest einem in der Erstreckungsrichtung zusammenhängenden Teilabschnitt des Federkerns auf besonders präzise und reproduzierbare Weise aufgebracht werden. Ferner kann in diesen Ausführungsformen des Verfahrens eine kontinuierliche Herstellung der Schraubenfedern in besonderer Weise erleichtert sein. Die vorbestimmte Geschwindigkeit der zumindest einen Bevorratungseinrichtung parallel zur Erstreckungsrichtung kann entsprechend der vorbestimmten Geschwindigkeit des Federkerns und der vorbestimmten Anzahl von aufzubringenden Lagen des Fasermittels ermittelt werden.
Bevorzugt ist das in den Bevorratungseinrichtungen bevorratete Fasermittel von einem Faserband gebildet, das zu einem überwiegenden Teil unidirektionale Fasern beinhaltet. Unter dem Begriff „einen überwiegenden Teil“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere einen Anteil von mehr als 50 Vol.%, bevorzugt von mehr als 70 Vol.% und, besonders bevorzugt, von mehr als 90 Vol.% des Faserbandes verstanden werden. Durch die Ausbildung der bevorrateten Fasermittel als Faserbänder kann die Zwischenschicht bzw. die vorbestimmte Anzahl von Lagen in relativ kurzer Zeit aufgebracht werden, wodurch der Herstellprozess beschleunigt werden kann.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Schraubenfeder einer Kraftfahrzeugaufhängung bereitgestellt. Die Schraubenfeder ist aus einem Federdraht gefertigt, der einen Federkern mit einer geraden, allgemein-zylindrischen Form, eine Erstreckungsrichtung, eine entlang der Erstreckungsrichtung konstante Querschnittsfläche und eine den Federkern umschließende Auflage mit einem überwiegenden Anteil an einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial aufweist.
Erfindungsgemäß besitzt die Auflage in zumindest einem in der Erstreckungsrichtung zusammenhängenden Teilabschnitt des Federdrahtes eine Abmessung quer zur Erstreckungsrichtung, die signifikant größer ist als eine entsprechende Abmessung der Auflage außerhalb des zumindest einen zusammenhängenden Teilabschnitts.
Unter einer „allgemein-zylindrischen Form“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere eine Form verstanden werden, die dadurch erzeugt werden kann, dass eine beliebige, geschlossene, ebene Fläche um eine bestimmte Strecke in einer Richtung senkrecht zu der Fläche verschoben wird. Wenn die ebene Fläche als Kreisfläche ausgebildet ist, dann ist die allgemein-zylindrische Form ein gerader, senkrechter Kreiszylinder. Unter dem Begriff „signifikant größer“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere verstanden werden, dass die größere Abmessung quer zur Erstreckungsrichtung außerhalb einer Fertigungstoleranz für die geringere Abmessung quer zur Erstreckungsrichtung liegt.
Eine derartige Schraubenfeder weist Abschnitte mit unterschiedlicher Federkennlinie auf, wobei der Teilabschnitt mit der Auflage mit der größeren Abmessung quer zur Erstreckungsrichtung eine steifere Federkennlinie (d.h. eine höhere Federkraft pro Länge und Auslenkung) besitzt. Die bereitgestellte Schraubenfeder kann auf diese Weise in Leichtbauweise gefertigt und mit einer progressiven Federkennlinie ausgestattet sein.
Bevorzugt ist die vorgeschlagene Schraubenfeder mit einer Aus- bzw. Weitergestaltung des zuvor beschriebenen Verfahrens hergestellt.
In bevorzugten Ausführungsformen der Schraubenfeder enthält das Faser-Kunststoff-Verbundmaterial zumindest eine Faserart aus Glasfasern, Karbonfasern und Aramidfasern und das Matrixmaterial zumindest eine Kunststoffart aus Polyesterharz, Epoxidharz und einem Kunststoff der Polyamidgruppe. Für diese leicht erhältlichen und in großer Menge verfügbaren Faser-Kunststoff-Verbundmaterialien ist eine Fülle an Erfahrungen vorhanden, auf die zurückgegriffen werden kann.
Bevorzugt beinhaltet der zumindest eine in der Erstreckungsrichtung zusammenhängende Teilabschnitt des Federdrahtes eine Vielzahl von Windungen. Auf diese Weise kann eine progressive Federkennlinie der Schraubenfeder erreicht werden, die eine besonders große maximale mechanische Last aufweist, um auch bei Extrembelastungen eine Federung bereitstellen zu können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung der Herstellung einer Schraubenfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine schematische Darstellung der Herstellung einer Schraubenfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine schematische Darstellung der Herstellung einer Schraubenfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
4 ein Flussdiagramm der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der 1 zur Herstellung einer Schraubenfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung der Herstellung einer Schraubenfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren wird anhand der 1 und der 4 erläutert, die ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. Die Schraubenfeder ist zur Verwendung in einer Kraftfahrzeugradaufhängung vorgesehen.
In einem vorbereitenden Schritt 40 wird ein Federkern 10 bereitgestellt, der eine gerade, allgemein-zylindrische Form aufweisen kann, die im Wesentlichen als gerader Kreiszylinder ausgebildet ist. Eine Erstreckungsrichtung 12 des Federkerns 10 entspricht dann einer Mittelachse des geraden Kreiszylinders.
In dieser speziellen Ausführungsform ist der Federkern 10 von Fasermitteln gebildet, die ein in der Erstreckungsrichtung 12 ausgerichtetes Bündel aus Einzelfasern enthalten können und entlang der Erstreckungsrichtung 12 die im Wesentlichen konstante Querschnittsfläche des Kreiszylinders ausbilden. Dabei können die Einzelfasern beispielsweise aus Karbonfasern bestehen. Der Federkern 10 ist derart bereitgestellt, dass er parallel zu seiner Erstreckungsrichtung 12 mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bewegbar ist.
In einem weiteren vorbereitenden Schritt 42 des Verfahrens werden eine Wickelvorrichtung 28 und eine Vielzahl von Bevorratungseinrichtungen 30₁-30₉ bereitgestellt. In der 1 ist beispielhaft eine Vielzahl von neun Bevorratungseinrichtungen 30₁-30₉ dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann die Anzahl der Bevorratungseinrichtungen davon abweichen und größer, jedoch auch kleiner sein als in der 1 gezeigt. Die Bevorratungseinrichtungen 30₁-30₉ enthalten jeweils eine Bevorratung an einem Fasermittel 32. Das Fasermittel 32 kann beispielsweise von unidirektionalen Karbonfasern gebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann das Fasermittel auch von Glasfasern und/oder Aramidfasern oder einem Gemisch einer oder beider dieser Fasern mit Karbonfasern gebildet sein. Das Fasermittel kann „trocken“ ausgebildet oder mit einem unausgehärteten Matrixmaterial eines Faser-Kunststoff-Verbundmaterials vorimprägniert sein. Die Wickelvorrichtung 28 ist dazu vorgesehen, zur Abwicklung des Fasermittels 32 voneinander unabhängige relative Rotationsbewegungen jeder der Bevorratungseinrichtungen 30₁-30₉ um den Federkern 10 herum zu ermöglichen.
In einem nächsten Schritt 44 des Verfahrens wird eine Zwischenschicht 14 aus einer vorbestimmten Anzahl von ein Fasermittel aufweisenden Lagen auf den Federkern 12 aufgebracht. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Zwischenschicht 12 auf drei jeweils zusammenhängende Teilabschnitte 16, 18, 20 des Federkerns 10 aufgebracht, wobei sich die Teilabschnitte 16, 18, 20 nur teilweise überlappen. Das Fasermittel kann beispielsweise von einem Faserband aus unidirektionalen Karbonfasern, „trocken“ oder mit einem unausgehärteten Matrixmaterial eines Faser-Kunststoff-Verbundmaterials vorimprägniert, gebildet sein.
In einem weiteren Schritt 46 werden Enden der in den Bevorratungseinrichtungen 30₁-30₉ bevorrateten Fasermittel 32 an dem Federkern 10 bzw. an einer Außenseite der Zwischenschicht 14 befestigt. Als nächster Schritt 48 des Verfahrens wird eine vorbestimmte Anzahl von Lagen der bevorrateten Fasermittel 32 auf den Federkern 10 bzw. die Außenseite der Zwischenschicht 14 durch Ausführung der relativen Rotationsbewegung der Bevorratungseinrichtungen 30₁-30₉ aufgebracht.
Dabei wird der Federkern 10 mit der aufgebrachten Zwischenschicht 14 relativ zu der Vielzahl von Bevorratungseinrichtungen 30₁-30₉ parallel zur Erstreckungsrichtung 12 mit einer vorbestimmten, gleichmäßigen Geschwindigkeit bewegt. Mittels der Wickelvorrichtung 28 können die Bevorratungseinrichtungen 30₁-30₉ relative Rotationsbewegungen mit unterschiedlichen absoluten Geschwindigkeiten des Fasermittels 32 ausführen, so dass die Fasermittel 32 aus den Bevorratungseinrichtungen 30₁-30₉ mit unterschiedlichen Winkeln, gemessen in einer senkrechten Projektion des Fasermittels 32 auf den Federkern 10, auf den Federkern 10 bzw. die Außenseite der Zwischenschicht 14 aufgebracht werden können.
Wenn die verwendeten Fasermittel zumindest teilweise in einem „trockenen“ Zustand vorliegen, wird anschließend in einem weiteren Schritt 50 ein aushärtbares Matrixmaterial eines Faser-Kunststoff-Verbundmaterials aufgebracht. Dieser Schritt kann im Falle einer Verwendung von Fasermitteln entfallen, die mit einem unausgehärteten Matrixmaterial eines Faser-Kunststoff-Verbundmaterials vorimprägniert sind. Das Matrixmaterial kann zumindest eine Kunststoffart aus Polyesterharz, Epoxidharz und einem Kunststoff der Polyamidgruppe enthalten. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Matrixmaterial von Epoxidharz gebildet.
Im nächsten Schritt 52 wird der mit der Zwischenschicht 14, dem Fasermittel 32 und dem Matrixmaterial ausgestattete Federkern 10 auf einen Formkörper (nicht dargestellt) aufgebracht. Der Formkörper ist an die endgültige Form der Schraubenfeder angepasst. In einem abschließenden Schritt 54 wird das Matrixmaterial ausgehärtet. Dies kann beispielsweise mittels Durchführung einer Wärmebehandlung mit Erhitzen auf eine vorbestimmte Temperatur für eine vorbestimmte Dauer erfolgen.
Die auf diese Weise hergestellte Schraubenfeder besteht aus einem Federdraht, der den Federkern 10 und eine den Federkern 10 umschließende Auflage mit einem überwiegenden Anteil an einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial aufweist. Die Auflage besitzt in den drei in der Erstreckungsrichtung 12 zusammenhängenden Teilabschnitten 16, 18, 20 des Federdrahtes eine Abmessung quer zur Erstreckungsrichtung 12, die signifikant größer ist als eine entsprechende Abmessung der Auflage außerhalb der drei zusammenhängenden Teilabschnitte 16, 18, 20 und weist daher eine progressive Federkennlinie auf. Die drei jeweils zusammenhängenden Teilabschnitte 16, 18, 20 des Federdrahtes beinhalten eine Vielzahl von Windungen, beispielsweise eine Vielzahl von vier Windungen (nicht dargestellt).
In den 2 und 3 werden alternative Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden im Folgenden jeweils nur die Unterschiede der alternativen Ausführungsformen zu der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der 1 beschrieben.
In der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der 2 beinhaltet der Schritt 44 des Aufbringens der Zwischenschicht 14, dass eine vorbestimmte Anzahl von Fasermittel beinhaltenden schlauchförmigen Umhüllungen 22, 24, 26 in Form eines Zylindermantels mit jeweils vorbestimmter Länge und jeweils angepasstem Durchmesser in der Erstreckungsrichtung 12 über den Federkern 10 gezogen und an einer jeweils vorbestimmten Position positioniert wird, wobei sich die Umhüllungen 22, 24, 26 in der Erstreckungsrichtung 12 jeweils nur teilweise überlappen. In der Darstellung der alternativen Ausführungsform in der 2 ist eine Vielzahl von drei Umhüllungen 22, 24, 26 gezeigt. In weiteren Ausführungsformen kann die Anzahl der Vielzahl von Umhüllungen größer oder kleiner als in der dargestellten Ausführungsform sein.
Wie im Ausführungsbeispiel der 1 können die Fasermittel in einem „trockenen“ Zustand vorliegen, oder sie können mit einem unausgehärteten Matrixmaterial eines Faser-Kunststoff-Verbundmaterials vorimprägniert sein.
Die Umhüllungen 22, 24, 26 in Form eines Zylindermantels mit offenen Enden sind vorgefertigte Halbzeuge, die Fasermittel beinhalten, die dem bevorrateten Fasermittel 32 in den Bevorratungseinrichtungen 30₁-30₉ entsprechen und in dieser speziellen Ausführungsform als unidirektionale Karbonfasern ausgebildet sein können. Das Fasermittel in den positionierten Umhüllungen 22, 24, 26 bildet in einer zweidimensionalen Projektion mit der Erstreckungsrichtung 12 vorbestimmte Winkel aus, die betragsmäßig gleich sind und sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. In der Ausführungsform gemäß der 2 betragen die vorbestimmten Winkel +45° und -45°. Wiederum können in anderen Ausführungsformen auch andere vorbestimmte Winkel, beispielsweise +35° und -35° gewählt sein.
In der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der 3, das insbesondere für eine kontinuierliche Herstellung von Schraubenfedern geeignet ist, wird zum Aufbringen der Zwischenschicht 14 der Federkern 10 parallel zu seiner Erstreckungsrichtung 12 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt. Währenddessen werden drei 30₁₀-30₁₂ von Bevorratungseinrichtungen 30₁-30₁₂ unter gleichzeitiger Ausführung der relativen Rotationsbewegung, parallel zur Erstreckungsrichtung 12 eine vorbestimmte Anzahl von Malen jeweils entlang eines zusammenhängenden Teilabschnitts 16, 18, 20, wobei diese sich gegenseitig nur teilweise überdecken, mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit hin- und herbewegt, was in der 3 durch Doppelpfeile angedeutet ist. Der Betrag der jeweiligen vorbestimmten Geschwindigkeit der Bevorratungseinrichtungen 30₁₀-30₁₂ ist dabei größer als der Betrag der vorbestimmten Geschwindigkeit des Faserkerns 10, so dass die Bevorratungseinrichtungen 30₁₀-30₁₂ den Federkern 10 zum Aufbringen der Zwischenschicht 14 „überholen“ können.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die 1 bis 3 in keiner Richtung der Zeichenebene als maßstäbliche Zeichnungen anzusehen sind. Insbesondere sind Unterschiede im Durchmesser (d.h. senkrecht zur Erstreckungsrichtung) und Positionen in der Erstreckungsrichtung aus Gründen der Darstellung gewählt und müssen nicht den tatsächlichen Verhältnissen entsprechen.
Bezugszeichenliste

10: Federkern
12: Erstreckungsrichtung
14: Zwischenschicht
16: Teilabschnitt
18: Teilabschnitt
20: Teilabschnitt
22: Umhüllung
24: Umhüllung
26: Umhüllung
28: Wickelvorrichtung
30: Bevorratungseinrichtung
32: Fasermittel Verfahrensschritte:
40: Bereitstellen eines Federkerns
42: Bereitstellen einer Wickelvorrichtung und einer Vielzahl von Bevorratungseinrichtungen
44: Aufbringen einer Zwischenschicht aus Fasermittel auf den Federkern in Teilabschnitt
46: Befestigen eines Endes der in den Bevorratungseinrichtungen bevorrateten Fasermittel
48: Aufbringen einer vorbestimmten Anzahl von Lagen der bevorrateten Fasermittel auf den Federkern bzw. die Außenseite der Zwischenschicht
50: Aufbringen eines aushärtbaren Matrixmaterials
52: Aufbringen des mit dem Fasermittel und dem Matrixmaterial ausgestatteten Federkerns auf einen Formkörper
54: Aushärten des Matrixmaterials

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7168117 B2 [0003]
WO 2009/027226 A2 [0006]
US 7311124 B2 [0010]
CN 1480658 A [0014]
US 4380483 A [0015]
JP 3760994 B2 [0018]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Yahya Kara (2017), A Review: Fiber Reinforced Polymer Composite Helical Springs, J Mater Sci Nanotechnol 5(1): 101. doi: 10.15744/2348-9812.5.101 [0009]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial, für Kraftfahrzeugaufhängungen, beinhaltend folgende Schritte - Bereitstellen (40) eines Federkerns (10), der parallel zu seiner Erstreckungsrichtung (12) bewegbar ist, - Bereitstellen (42) einer Wickelvorrichtung (28) und einer Vielzahl von Bevorratungseinrichtungen (30₁-30₉; 30₁-30₁₂), die jeweils eine Bevorratung an einem Fasermittel (32) beinhalten, wobei die Wickelvorrichtung (28) zur Abwicklung des Fasermittels (32) zumindest eine relative Rotationsbewegung der jeweiligen Bevorratungseinrichtung (30₁-30₉; 30₁-30₁₂) um den Federkern (10) herum ermöglicht, gekennzeichnet durch zumindest die folgenden Schritte: - Aufbringen (44) einer Zwischenschicht (14) aus einer vorbestimmten Anzahl von ein Fasermittel aufweisenden Lagen auf den Federkern (10) in zumindest einem in der Erstreckungsrichtung (12) zusammenhängenden Teilabschnitt (16, 18, 20) des Federkerns (10), - Befestigen (46) eines Endes der in den Bevorratungseinrichtungen (30₁-30₉) bevorrateten Fasermittel (32) an dem Federkern (10) bzw. an einer Außenseite der Zwischenschicht (14), - Aufbringen (48) einer vorbestimmten Anzahl von Lagen der bevorrateten Fasermittel (32) auf den Federkern (10) bzw. die Außenseite der Zwischenschicht (14) durch Ausführung der relativen Rotationsbewegung der Bevorratungseinrichtungen (30₁-30₉), - Aufbringen (52) des mit der Zwischenschicht (14) und dem Fasermittel (32) ausgestatteten Federkerns (10) auf einen Formkörper, der an die endgültige Form der Schraubenfeder angepasst ist, und - Aushärten (54) eines Matrixmaterials des Faser-Kunststoff-Verbundmaterials.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbringens (44) der Zwischenschicht (14) beinhaltet, dass eine vorbestimmte Anzahl von Fasermittel beinhaltenden Umhüllungen (22, 24, 26) in Form eines Zylindermantels mit jeweils vorbestimmter Länge und jeweils angepasstem Durchmesser in der Erstreckungsrichtung (12) über den Federkern (10) gezogen und an einer jeweils vorbestimmten Position positioniert wird, wobei sich zumindest zwei Umhüllungen (22, 24, 26) in der Erstreckungsrichtung (12) nur teilweise überlappen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermittel, das die vorbestimmte Anzahl von Umhüllungen (22, 24, 26) enthalten, dem bevorrateten Fasermittel (32) in den Bevorratungseinrichtungen (30₁-30₉) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermittel in den positionierten Umhüllungen (22, 24, 26) in einer zweidimensionalen Projektion mit der Erstreckungsrichtung (12) vorbestimmte Winkel ausbildet, die betragsmäßig gleich sind und sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (48) des Aufbringens einer vorbestimmten Anzahl von Lagen der bevorrateten Fasermittel (32) auf den Federkern (10) bzw. die Außenseite der Zwischenschicht (14) beinhaltet, dass der Federkern (10) mit der aufgebrachten Zwischenschicht (14) relativ zu zumindest zwei Bevorratungseinrichtungen (30₁-30₉; 30₁-30₁₂) parallel zur Erstreckungsrichtung (12) mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird und mittels der Wickelvorrichtung (28) die zumindest zwei Bevorratungseinrichtungen (30₁-30₉; 30₁-30₁₂) relative Rotationsbewegungen mit unterschiedlichen absoluten Geschwindigkeiten des Fasermittels (32) ausführen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (44) des Aufbringens der Zwischenschicht (14) beinhaltet, dass - der Federkern (10) parallel zu seiner Erstreckungsrichtung (12) mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird, und - zumindest eine (30₁₀-30₁₂) der Bevorratungseinrichtungen (30₁-30₁₂), unter gleichzeitiger Ausführung der relativen Rotationsbewegung, parallel zur Erstreckungsrichtung (12) eine vorbestimmte Anzahl von Malen mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit entlang des zusammenhängenden Teilabschnitts (16, 18, 20) hin- und herbewegt wird, deren Betrag größer ist als der Betrag der vorbestimmten Geschwindigkeit des Federkerns (10).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Bevorratungseinrichtungen (30₁-30₉; 30₁-30₁₂) bevorratete Fasermittel (32) von einem Faserband gebildet ist, das zu einem überwiegenden Teil unidirektionale Fasern beinhaltet.
Schraubenfeder einer Kraftfahrzeugaufhängung hergestellt insbesondere mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aus einem Federdraht, der einen Federkern (10) mit einer geraden, allgemein-zylindrischen Form, eine Erstreckungsrichtung (12), eine entlang der Erstreckungsrichtung (12) konstante Querschnittsfläche und eine den Federkern (10) umschließende Auflage mit einem überwiegenden Anteil an einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage in zumindest einem in der Erstreckungsrichtung (12) zusammenhängenden Teilabschnitt (16, 18, 20) des Federdrahtes eine Abmessung quer zur Erstreckungsrichtung (12) besitzt, die signifikant größer ist als eine entsprechende Abmessung der Auflage außerhalb des zumindest einen zusammenhängenden Teilabschnitts (16, 18, 20).
Schraubenfeder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Faser-Kunststoff-Verbundmaterial zumindest eine Faserart aus Glasfasern, Karbonfasern und Aramidfasern und das Matrixmaterial zumindest eine Kunststoffart aus Polyesterharz, Epoxidharz und einem Kunststoff der Polyamidgruppe enthält.
Schraubenfeder nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine in der Erstreckungsrichtung (12) zusammenhängende Teilabschnitt (16, 18, 20) des Federdrahtes eine Vielzahl von Windungen beinhaltet.