用于由纖維復(fù)合材料制造彈簧的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于由纖維復(fù)合材料制造彈簧的方法，在其中將由纖維復(fù)合材料的纖維構(gòu)成的和借助可固結(jié)的基質(zhì)材料浸潤(rùn)的層壓束成形為彈簧幾何形狀。
[0002]本發(fā)明涉及一種用于實(shí)施該方法、尤其是用于由纖維復(fù)合材料制造彈簧的設(shè)備，其包括用于制出由纖維構(gòu)成的和借助可固結(jié)的基質(zhì)材料浸潤(rùn)的層壓束的加工裝置。
[0003]本發(fā)明還涉及一種由纖維復(fù)合材料制成的彈簧。
【背景技術(shù)】
[0004]用于由纖維復(fù)合材料制造彈簧的方法和設(shè)備是眾所周知的。如此制造的彈簧例如用于汽車制造業(yè)中。
[0005]為了制造所述類型的彈簧，例如將以基質(zhì)材料浸潤(rùn)的纖維/粗紗連續(xù)捻轉(zhuǎn)為纖維束或卷繞到柔性的束狀彈簧芯上以便形成具有空心橫截面的纖維束。
[0006]這種方法由DE 10 2011 018 217 Al公開。纖維在被施加到彈簧芯上的卷繞過程中被樹脂多次浸漬，由此形成濕的束狀層壓物，并且該束狀層壓物隨后在成型模具上利用相應(yīng)于彈簧幾何形狀和大小的螺旋槽卷繞并且固結(jié)。這個(gè)再處理直至彈簧的硬化在熱效應(yīng)下于成型模具上進(jìn)行。
[0007]上述方法的主要缺點(diǎn)在于，基于滴下的層壓束/粗紗束使得用于制造的裝置本身和成型模具都受到嚴(yán)重污染。
[0008]尤其是成型模具螺旋槽的污染導(dǎo)致層壓束與成型模具的粘接并且引起較大的、不期望的公差。另外還產(chǎn)生高的清潔費(fèi)用，這在短的生產(chǎn)周期時(shí)間后就已導(dǎo)致較長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間并且由此不能實(shí)現(xiàn)過程連續(xù)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]從上述現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明所基于的任目的在于:提供一種用于由纖維復(fù)合材料制造彈簧的方法和設(shè)備，其消除了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)并且尤其是改善了生產(chǎn)過程，從而實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)率。
[0010]另外，本發(fā)明的目的在于:提高由纖維復(fù)合材料制成的彈簧的質(zhì)量和應(yīng)用范圍。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過根據(jù)權(quán)利要求1特征的方法得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利方案在從屬權(quán)利要求2至13中得到描述。
[0012]另外根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過根據(jù)權(quán)利要求14至20特征的用于實(shí)施所述方法的設(shè)備得以實(shí)現(xiàn)。
[0013]有關(guān)改善彈簧的目的通過根據(jù)權(quán)利要求21至23的彈簧得以實(shí)現(xiàn)。
[0014]在方法方面本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)在于，在用于由纖維復(fù)合材料制造彈簧的預(yù)備階段中制出以可固結(jié)的基質(zhì)材料浸漬的層壓束。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，在如此制出的層壓束成形為彈簧幾何形狀之前，以下述方式制出束狀的預(yù)制品，即，在連續(xù)的涂裝過程中涂敷包圍層壓束的可變形的保護(hù)套。
[0016]通過在層壓束上涂敷可變形的保護(hù)套，與迄今為止的方法相比有利地使隨后的成形過程更加簡(jiǎn)單。以基質(zhì)材料浸漬的層壓束完全被包套并且由此具有封閉的、光滑且干燥的表面。
[0017]通過被包套的層壓束實(shí)現(xiàn)一種束狀的預(yù)制品，借助該預(yù)制品避免了先前被指摘的對(duì)后續(xù)工序設(shè)備部件和成型模具的污染，并且該預(yù)制品能實(shí)現(xiàn)無粘接的、干燥的再加工或暫時(shí)存儲(chǔ)。
[0018]尤其是成形過程不再受到污染影響，由此能夠無清潔中斷地實(shí)現(xiàn)對(duì)成型模具的持續(xù)使用。
[0019]根據(jù)本方法的一種有利方案，作為連續(xù)的涂裝過程規(guī)定:通過擠出由塑料或金屬制成的熔體和圍繞層壓束連續(xù)澆注熔體來形成保護(hù)套。該方法能實(shí)現(xiàn)用于圍繞層壓束制出均勻保護(hù)層的連續(xù)涂層過程。通過連續(xù)地圍繞層壓束全面澆注所擠出的熔體，構(gòu)成完全包圍層壓束的且具有均勻表面的保護(hù)套。例如可以借助包圍層壓束的并且被層壓束穿過的澆注模將擠出的熔體均勻地分布于層壓束的表面上。
[0020]根據(jù)本方法的一種有利的改進(jìn)方案，所使用的塑料是熱塑性塑料或蠟。由此在層壓束上形成塑性的、形狀穩(wěn)定的保護(hù)套。該塑性的、形狀穩(wěn)定的保護(hù)套的優(yōu)點(diǎn)在于:如此構(gòu)成的束狀預(yù)制品在成型模具上成形為相應(yīng)彈簧幾何形狀的過程中處于自穩(wěn)定的狀態(tài)中并且?guī)缀醪恍枰还潭?。因此，?duì)于預(yù)制品向相應(yīng)彈簧幾何形狀的成形過程而言，成型模具不需要復(fù)雜的導(dǎo)向切口或?qū)虿?。預(yù)制品向彈簧幾何形狀的卷繞過程可以在光滑的成型模具上進(jìn)行，在此不需要高尺寸精度的再加工就獲得模具。
[0021]基于保護(hù)套的塑性特征，成形的預(yù)制品可以在卷繞過程后固結(jié)(硬化)前直接從成型模具上被取下并且在單獨(dú)的硬化爐或退火爐中被再加工。這簡(jiǎn)化并且加速了成形過程，提高了成型模具的利用率并且延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期。另外，成型模具上的導(dǎo)向槽的可省卻性顯著降低了用于制造成型模具的成本。
[0022]通過使用顏色不同的塑料可以根據(jù)顏色設(shè)計(jì)保護(hù)套，由此例如能實(shí)現(xiàn)不同層壓束的可識(shí)別性或者說可辨別性。
[0023]塑料制保護(hù)套的備選方案是:為金屬制保護(hù)套設(shè)置低熔點(diǎn)的金屬合金、如鉍。
[0024]借助這種材料也實(shí)現(xiàn)塑性的、易于成形且可持續(xù)變形的保護(hù)套，該保護(hù)套在預(yù)制品的再加工期間具有上面所描述的優(yōu)點(diǎn)。
[0025]根據(jù)本方法的一種有利的備選方案，作為連續(xù)的涂裝過程規(guī)定:通過包圍層壓束地對(duì)由塑料或金屬制成的帶材的連續(xù)成形和封閉來構(gòu)成保護(hù)套。
[0026]由金屬制成的帶材例如可以通過連續(xù)滑動(dòng)拉伸彎曲薄板一一由此使該薄板匹配層壓束的橫截面幾何形狀一一直接成形到層壓束上。
[0027]圍繞層壓束成形的帶材隨后沿其在層壓束的縱向延伸上相互接觸的邊緣區(qū)域被封閉。由金屬制成的帶材的封閉例如可以通過借助激光焊接裝置的焊接或通過釬焊進(jìn)行，由此一方面能實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性并且另一方面能實(shí)現(xiàn)保護(hù)套的高密封性。
[0028]因此，同樣為再加工提供一種有利的束狀的預(yù)制品，其具有可變形的保護(hù)套，該保護(hù)套具有封閉的、光滑且干燥的表面。
[0029]作為帶材優(yōu)選設(shè)置易于變形的塑性材料如鋁薄板、鋼薄板或鈦薄板，借助該帶材實(shí)現(xiàn)塑性的且形狀穩(wěn)定的保護(hù)套，該保護(hù)套在預(yù)制品的再加工過程中具有上面所描述的優(yōu)點(diǎn)。
[0030]基于如此制出的塑性保護(hù)套的特別的形狀穩(wěn)定性，預(yù)制品特別適合于借助節(jié)省空間和成本的且用于自由形狀彈簧卷繞的成形元件的冷變形。
[0031]根據(jù)本方法的一種有利的改進(jìn)方案，將基于上述步驟制出的束狀的預(yù)制品剪切為具有限定長(zhǎng)度的束區(qū)段，并且將與保護(hù)套連結(jié)的束區(qū)段的各端部密封。
[0032]各端部的密封阻止在束區(qū)段的切割面上流出液態(tài)基質(zhì)材料。
[0033]構(gòu)成全面封閉的束狀的預(yù)制品，該預(yù)制品非常易于操作并且能節(jié)省空間地例如堆疊在托盤上、格架或類似存儲(chǔ)裝置中并且因此適合用于暫時(shí)存儲(chǔ)以便以后使用。
[0034]根據(jù)本方法的一種有利的改進(jìn)方案規(guī)定:將束區(qū)段的各端部浸入優(yōu)選由塑料制成的熔體中以便分別形成一個(gè)保護(hù)罩。該浸浴過程能夠快速且可靠地密封束狀的預(yù)制品。
[0035]備選地，通過套裝配合精確地預(yù)制的、優(yōu)選由塑料制成的保護(hù)罩來封閉束區(qū)段的各端部。
[0036]根據(jù)上述方案以保護(hù)罩來密封或者封閉束區(qū)段的各端部尤其適合于對(duì)切割面的密封，而且還特別適合于包圍纖維端部和預(yù)制品保護(hù)套的邊緣區(qū)域并且因此改善密封效果O
[0037]根據(jù)本方法的另一種方案規(guī)定:在預(yù)制品成形并且基質(zhì)材料固結(jié)后，保護(hù)套和/或保護(hù)罩作為彈簧的組成部分保留。
[0038]該方案的優(yōu)點(diǎn)在于，分別相應(yīng)成形的彈簧能夠被可靠地保護(hù)以防受到磨損、石子撞擊和其它機(jī)械和化學(xué)應(yīng)力以及天氣影響。因而該彈簧優(yōu)選適合用于越野車。
[0039]上述方法的備選方案還規(guī)定，在預(yù)制品成形并且基質(zhì)材料固結(jié)后，從彈簧上去除保護(hù)套和/或保護(hù)罩。例如可以機(jī)械地通過切開和剝離來去除保護(hù)套，或通過熱熔化相應(yīng)材料來去除保護(hù)套。
[0040]當(dāng)去除保護(hù)套時(shí)，在不損失彈性效果的情況下降低了彈簧的質(zhì)量或者說重量，因而該彈簧優(yōu)選適合用于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、如跑車中。
[0041]根據(jù)本方法的另一種方案規(guī)定，層壓束構(gòu)成在束狀的可變形的芯元件上。
[0042]通過使用可變形的芯元件，為再加工改善層壓束的可變形性和形狀穩(wěn)定性。另外，通過有針對(duì)性地選擇可變形芯元件的形狀、大小、材料，可以在加工時(shí)可變化且有利地影響預(yù)制品的質(zhì)量并且可變化且有利地影響成品彈簧的質(zhì)量。當(dāng)束狀的可變形的芯元件設(shè)置為輔助芯并且由可熔化的材料制成時(shí)，該芯元件可以在彈簧硬化后被去除，這在不損失彈性效果的情況下使得重量進(jìn)一步減小。
[0043]根據(jù)一種有利方案規(guī)定:所述束狀的可變形的芯元件由熱塑性塑料、鈦或鋁制成。通過以一種所述材料制造芯元件，該芯元件構(gòu)造成塑性的和形狀穩(wěn)定的。由此有利于預(yù)制品的塑性可變形性以及預(yù)制品在成型模具上形狀穩(wěn)定地卷繞成彈簧形狀。
[0044]根據(jù)本發(fā)明，一種用于實(shí)施所述方法的設(shè)備規(guī)定:沿層壓束的運(yùn)輸方向在加工裝置下游設(shè)置有用于圍繞層壓束構(gòu)成保護(hù)套的涂裝單元。
[0045]根據(jù)該設(shè)備的一種有利實(shí)施方式，所述涂裝單元具有擠出機(jī)，該擠出機(jī)具有包圍層壓束的、用于連續(xù)擠出及澆注熔體的澆注模。
[0046]根據(jù)該設(shè)備的一種有利的備選實(shí)施方式，所述涂裝單元具有成形裝置，該成形裝置具有包圍層壓束的、用于連續(xù)成形帶材的壓模以及用于連續(xù)封閉帶材的接合裝置。
[0047]該設(shè)備的一種優(yōu)選改進(jìn)方案設(shè)置有用于構(gòu)成束狀的預(yù)制品的束區(qū)段的分切裝置，該分切裝置沿層壓束的運(yùn)輸方向設(shè)置在涂裝單元下游。
[0048]在該設(shè)備的一種適宜的方案中，設(shè)有用于封閉