DE3037616A1 - Verfahren zum herstellen einer schraubenfeder aus faserverstaerktem kunststoff und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder aus faserverstärktem
• Kunststoff und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder aus faserverstärktem Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Durch die DE-OS 30 00 520 ist ein derartiges Verfahren zur Herstellung einer mit Kohlenstoff-Fasern verstärkten Schraubenfeder bekannt geworden. Dabei wird ein aus Kohlenstoff-Fasern und Kunstharz bestehender Strang in eine spiralförmige Nut eines zylindrischen Kernes gewickelt und anschließend zum Erstarren gebracht; Die feste Feder kann dann vom Kern abgenommen werden.
• Bei dem bekannten Verfahren wird der von der Spiralnut nicht umfaßte Außenbereich des Stranges mit einem leicht lösbaren, zugfesten Band umwickelt.
• Dieses Umwickeln ist relativ aufwendig und gewährleistet keine genaue Querschnittsform des Stranges, zudem können keine sich nach außen verjüngende Querschnittsformen, z. B. ein für Schraubenfedern besonders vorteilhafter runder Querschnitt, hergestellt werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das gattungsgemäße Verfahren derart zu verbessern, daß mit geringem Aufwand alle herkömmlichen Strangquerschnitte bei genauer Querschnittsform hergestellt werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer dazu geeigneten, relativ unkomplizierten Vorrichtung.
• Die verfahrensgemäße Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Der aus Verstärkungsfasern und Kunstharz gebildete Strang wird in die Spiralnut des Kernes eingelegt und durch-.
• läuft anschließend bei genauer Oberdeckung die innenliegenden Spiralnuten des äußeren Formkörpers, wodurch eine genaue Kalibrierung des Strangquerschnittes stattfindet. In einem einzigen Verfahrensgang werden somit neben der Geometrie der Schraubenfeder die Kontinuität und die Querschn#ittsform des Stranges bestimmt.
• Dabei sollte die Aushärtung des Stranges gemäß Patentanspruch 2 bereits innerhalb des Formkörpers erfolgen, um die MalShaltigkeit des von dem Formkörper Destimmten Qüerschnittsbepeiches nachhaltig sicherzustellen.
• Eine für eine Massenfertigung besonders geeignete Weiterbildung des Verfahrens ist den Merkmalen des Patentanspruches 3 entnehmbar. Damit ist es möglich, Schraubenfedern kontinuierlich herzustellen und diese in den benötigten Maßen abzulängen.. Die den äußeren Formkörper bzw. Stator bereits durchlaufen; an Abschnitte des Kernes bzw. Rotors werden aus der Schraubenfeder beispielsweise durch Herausschrauben entfernt und mit den vor dem Stator befindlichen Abschnitten wieder verbunden. Die Endwindungen der abgelängten Schraubenfeder können schließlich beispielsweise durch nochmaliges Erwärmen bis zu einer Steigung 0 angestellt werden.
• Die Maßhaltigkeit der Schraubenfeder sowie der Verschleiß und die Scherkräfte zwischen dem Kern und dem äußeren Formkörper können durch die Merkmale des Patentanspruches 4 günstig beeinflußt werden. Dabei kann in wirtschaftlicher mit vermischbarem Weise als Spülflüssigkeit ein dem Strangmaterial Kunstharz Verwendung finden, der anschließend der Strangfertigung (Pultrusionsanlage) zugeführt wird. Es versteht sich, daß der als Spülflüssigkeit dienende Kunstharz nicht aushärten darf.
• Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist den Merkmalen des Patentanspruches 6 entnehmbar.
• Ein axialer Vorschub des Rotors.innerhalb des Stators kann vorteilhaft durch die Merkmale des Patentanspruches 7 erzielt werden. Durch die gewindeähnliche Verbindung wird der Rotor mit dem Strang gewissermaßen durch den Stator geschraubt, wodurch ein vorteilhaftes Hineinziehen des Stranges in die Spiralnuten und damit verbunden eine Verdichtung des Materials erfolgt.
• Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind den Patentansprüchen 8 und 9 entnehmbar.
• Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles und mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem Rotor und einem Stator zur Herstellung einer Schraubenfeder.
• Ein Kern bzw. Rotor 2 aus Stahl ist aus mehreren., quer zu seiner Längsachse geteilten Abschnitten 45 6, 8 zusammengesetzt. An den Stirnseiten sind die rohrförmigen Abschnitte 4, 6, 8 jeweils-mit einem Vorsprung 10 versehen, der eine bajonettartige Schnellverbindung und drehwinkelrichtige Zuordnung der Abschnitte untereinander ermöglicht. Ein an jeweils einem Ende der Abschnitte befestigter Bolzen 12 , der in eine Bohrung 13 des jeweils nächsten Abschnittes einschiebbar ist, gewährleistet eine konzentrische Führung der Abschnitte 4, 6, 8 zueinander.
• In den Außenumfang des Rotors 2 ist eine halbkreisförmige Spiralnut 14mit einer bestimmten Steigung eingearbeitet. Mit der gleichen Steigung ist eine Gewindenut 16 zwischen den Windungen der Spiralnut 14 eingebracht. Beiderseits der Gewindenut 16 sind im Durchmesser zurückgesetzte, ebenfalls spiralförmig umlaufende Bereiche 18 vorgesehen, die in ihrer Breite so bemessen sind, daß beiderseits der Spiralnut 14 Führungsflächen 20 verbleiben.
• Mit diesen Führungsflächen 20 ist der Rotor 2 in einer-Bohrung 22 eines äußeren Formkörpers bzw. eines Stators 24 geführt. In der Bohrung 22 ist eine Spiralnut 26 gleicher Steigung und spiegelbildlich gleicher Geometrie wie die Spiralnut 14 des Rotors 2 eingearbeitet. Weiter ist zwischen einer Windung der Spiralnut 26 ein in die Bohrungen 22 ragender Führungsstift 28 eingesetzt, welcher in Zusammenwirken mit der Gewindenut 16 des Rotors 2 eine der Steigung der Spiralnuten entsprechenden, axialen Vorschub bewirkt und die beiden den Strangquerschnitt bestimmenden Spiralnuten 14; 26 in genauer Oberdeckung zueinander führt.
• In die Bohrung 22 mündet ein Kanal 29, über den eine die zurückgesetzten Bereiche 18 füllende Spülflüssigkeit eingebracht wird. Die Spülflüssigkeit kann aus einem nicht dargestellten, geodätisch höher liegenden Reservoir zugeführt werden.
• Um den Stator 24 ist eine elektrische Heizwicklung 30 angeordnet, mittels der der Stator 24 beheizbar ist.
• Der# Rotor 2 kann mit einem nichtgezeigten Antrieb, beispielsweise einen Klemmrollenantrieb, in Richtung des Pfeiles auf der Zeichnung in Drebung versetzt werden.
• Der in die Spiralnut 14 des Rotors 2 einlaufende Strang 32 wird in einer modifizierten Pultrusionsanlage 34 hergestellt. Der Strang 32 enthält einen drucksteifen Schlauch-Kern 36 aus Polyvinylchlorid, der von einer Spule 38 kontinuierlich zugeführt wird. Um den Kern 36 werden-endlose Glasfaserbänder (roving tapes) 40 bzw. 42 mit + 450 und - 450 zum Kern 36 gerichteten Glasfasern gewickelt. Anschließend wird der gewickelte Strang in einer Imprägniervorrichtung 44 in flüssigem wärmeaushärtbarem Epoxidharz getränkt bzw.
• in dieses eingebettet und durch eine Düse 46 ausgebracht.
• Der Strang 32 läuft unter Drehung des Rotors 2 in die Spiralnut 14 ein und wird umschlossen von der weiteren Spiralnut 26 durch den Stator 24 gefördert.
• Dabei wird sowohl die Geometrie (Spiralform) der Schraubenfeder als auch eine Kalibrierung des Strangquerschnittes bewirkt. Aus den Spiralnuten 14, 26 innerhalb des Stators 24 austretendes Harz wird in die zurückgesetzten Bereiche 18 des Rotors 2 gequetscht. Zugleich wird über den Kanal 29 Spülflüssigkeit aus einem nicht aushärtbaren Epoxidharz zugeführt. Durch die Spülflüssigkeit werden ein reibungsloser Transport von überschüssigem Strangmaterial aus dein -Stator 24 und eine Verringerung der Scherkräfte und des Verschleißes zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 24 bewirkt.
• Die nach dem Verlassen des.Stators 24 vom Rotor 2 in einen Auffangbehälter 48 abtropfende oder ggf. durch eine Abstreifvorrichtung separierte Spülflüssigkeit wird nach Zusetzen eines Katalysators als jetzt wärmeaushärtendes Epoxidharz der Iniprägniervorrichtung 44 zugeführt bzw. für die Fertigung des Stranges 32 verwendet.
• Während der Drehung des Rotors 2 wird der Stator 24 mittels der.Heizwicklung 30 elektrisch auf 1800C geheizt und damit der Strang 32 bzw. die gebildete Schraubenfeder ausgehärtet. Es versteht sich, daß die Durchlaufgeschwindigkeit des Stranges 32, das verwendete Kunstharz und die Prozesstemperatur aufeinander abgestimmt sein müssen.
• Durch Nach dem laufen des Stators 24 werden die Schraubenfeder und der entsprechende Abschnitt 8 des Rotors 2 voneinander getrennt. Dies kann dadurch geschehen, daß der Abschnitt 8 von dem Abschnitt 6 durch Relativverdrehung in der Pfeilrichtung gelöst und aus der Schraubenfeder herausgeschraubt wird.
• Die Schraubenfeder kann vor oder nach dem Lösen des Abschnittes 8 abgelängt werden.
• Der entfernte Abschnitt 8 wird nach seiner Reinigung mit einem Trennmittel, das beispielsweise Polytetrafluoräthylen enthält, besprüht und bei einer kontinuierlichen Schraubenfeder-Fertigung wieder dem Rotor 2 durch Verbinden mit dem Abschnitt 4 zugeführt. Durch das Trennmittel werden sowohl die Reinigung als auch das Herausschrauben der Abschnitt aus der Schraubenfeder erleichtert.
• Die Endwindungen der Schraubenfedern können nach Erwärmen auf eine Temperatur oberhalb der Glastemperatur eingezogen oder in ihrer Steigung abgeflacht werden Um das Anfahren der beschriebenen Anlage sowie Reparaturen nach Betriebsstörungen zu erleichtern, ist der Stator 24 mehrteilig ausgebildet, wobei die Trennebenen entlang der Mitte der Bohrung 22 verlaufen.
• Der Rotor 2 und der Stator 24 können anstelle einer Spiralnut 14 bzw. 26 auch mehrere entsprechende Spiralnuten aufweisen, wobei durch Zuführen mehrerer Stränge 32 der Durchsatz-erheblich gesteigert werden kann. Selbstverständlich können auch andere als im Ausführungsbeispiel beschriebene Materialien für den Strang 32 verwendet werden. Neben hitzehärtbaren Kunstharzen können auch thermoplastische Kunststoffe oder bei Raumtemeratur härtende Reaktionskunststoffe Anwendung finden.
• Es versteht sich, daß bei Anwendung von thermoplastischen Kunststoffen der Stator 24 anstelle einer Heizwicklung 30 mit einer entsprechenden Kühlyorrichtung'ausges;tattet sein muß. Anstelle von Glasfasern ist auch die Anwendung anderer, bei Verbundwerkstoffen bekannter Fasern möglich.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder aus faserverstärktem Kunststoff und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Ansprüche Verfahren zum Herstellen einer Schraubenfeder aus faserverstärktem Kunststoff, bei dem ein Strang aus Fasern und Kunstharz auf einen mit einer Spiralnut versehenen, rotationssymmetrischen Kern gewickelt, anschließend gehärtet und schließlich von dem Kern abgenommen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t s daß um den Kern (Rotor 2) ein diesen umschließender äußerer Formkörper (Stator 24) mit einer innenliegenden Spiralnut (26) angeordnet wird, welche Spiralnut (26) zusammen mit der Spiralnut (14) des Kernes das Querschnittsprofil und die Windungsgeometrie des Stranges formt, daß der Kern und,Aoder der äußere Formkörper bei einer Relativdrehung in einem der Steigung der Spiralnuten entsprechenden Maße axial verschoben wird und da der Strang der Spiralnut (#4) des Kernes vor dem Einlauf in die Spiralnut (26) des äußeren Formkörpers zugeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Aushärtung des Stranges bereits innerhalb des äußeren Formkörpers (Stators 24) erfolgt.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c hg e k e n n z e i c h -n c t , >daß der Strang (32) kontinuierlich in einer modifizierten Pult.rusionsb anlage (34) hergestellt und der Spiralnut (14) des Kernes (Rotqr #) zugeführt wird, daß der Kern mit axialem Vorschub durch den äußeren Formkörper (Stator 24) gedreht wird und dap der Kern (2) aus mehreren zusammensetzbaren Abschnitten (4, 6, 8) gebildet wird, welche Abschnitte nach dem Dprchla.ufep de# äußeren -Formkbrpers (Stator 24) entfernt und mit den Abschnitten vor dem Formkörper wieder verbunden werden
4. 4. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß zwischen dem Kern und dem äußeren Formkörper eine Spült flüssigkeit zum Ausspülen von überschüssigem Strangmaterial zugeführt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h-n P t ? daß die Spülflüssigkeit aus nichtaushärtbaren, mit dem Kunstharzmaterial des Stranges vermischbarem Kunstharz besteht und nach dem Spülvor#ang dem für die Strangherstellung dienendem Kunstharz zugeführt wird.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem eine Spiralnut aufweisenden Kern, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß ein äußerer Formkörper (Stator 24) eine Bohrung (22) aufweist, in der der Kern (Rotor 2) verdrehbar geführt ist, daß in die ßohrung (22) eine mit der Spiralnut (14) des Kernes (Rotor 2) die Querschnittsform des Stranges (32) bildende Spiralnut (26) eingearbeitet ist und daß eine am Kern und/oder am äußeren Formkörper (Stator 24) angreifende Vorschubeinrichtung (Gewindenut 16, Führungsstift 28) eine der Steigung der Spiralputen (14, 26) konforme axiale Relativverschiebung bewirkt,
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß zwischen den Windungen der Spiralnut (14) im Kern (Rotor 2) eine Gewindenut (16) angebracht ist, deren Steigung mit der Steigung der Spiralnuten übereinstimmt und welche Gewindenut (16) mit einem in die Bohrung (22) ragenden Führungsstift (28) des äußeren Formkörpers (Stator 24) zusammenwi rkt.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die einander benachbarten Führungsflächen am Kern (Rotor 2) und/oder am äußeren Formkörper (Stator 24) mit zurückgesetzten, ei rein Freiraum bildenden Bereichen (18) versehen sind.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß am äußeren Formkörper (Stator 24) eine Heizvorrichtung (Heizwicklung 30) oder eine Kühl vorrichtung zur Aushärtung des Stranges (32) angeordnet ist.