METHOD OF MANUFACTURING LEAF SPRINGS OF FIBRE-REINFORCED COMPOSITES

Abstract: 1. A process for the production of preferably curved leaf springs which consist of a plurality of layers of plastics material reinforced with continuous filaments and have a constant cross-sectional area over their length, the thickness/width ratio varying, by impregnating the fibre strands with a melt or solution of the plastics material or its starting materials, winding the impregnated strands around a core, and solidifying and optionally curing the plastics material, wherein the core is provided with a plurality of rows of diamond-shaped projections which are arranged next to one another in such a way that the fibre strands, as they are disposed in the gaps formed between the projections, cross one another at specific points.

Description: verfahren zur Herstellung von Federstäben aus Faserverbundwerkstoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von im Höhe zu Breite-Verhältnis veränderlichen, vorzugsweise gekrümmten Federstäben aus Faserverbundwerkstoffen nach dem Wickelverfahren. Das Wickelverfahren zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen ist bekannt, es ist z.B. beschrieben in Kunststoffe 71 (1981), Heft 10, Seiten 740 bis 742. Dabei werden Endlosfaserstränge mit einer Schmelze oder einer Lösung eines Kunststoffs bzw. dessen Ausgangsprodukten getränkt und um einen Wickelkern gewickelt, worauf der Kunststoff verfestigt und gegebenenfalls ausgehärtet wird. Bekannte Verfahren zum Herstellen von Wickelkörpern, z.B. Rohren oder Wellen, gehen von zylindrischen oder leicht konischen Wickelkernen aus. Um schmale, streifenförmige gekrümmte Stäbe oder Schlaufen herzustellen, wird der Wickelkern durch Anbringen seitlicher Flansche in mehrere Segmente aufgeteilt, so dass man eine saubere Begrenzung der Wickelkörper erhält. Dabei ist es Jedoch nur möglich, die Faserlagen im Bereich der Begrenzung im wesentlichen senkrecht zur Achse des Wickelkerns anzuordnen. Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von vorzugsweise gekrümmten Federstäben aus mit mehreren Lagen Endlosfasern verstärkten Kusntstoffen, die eine über d1# Ltnge- > -¯gl-eichbleibende Querschnittsfläche bei veränderlichem Höhe zu Breite-Verhältnis aufweisen, nach dem Wickelverfahren zu entwickeln. Dabei wurde von der Tatsache ausgegangen, daR Biegefedern mit einer über Shre Länge gleichbleibende Querschnittsfläche und einem entsprechend dem Belastungsverlauf veränderlichen Höhe zu Breite-Verhältnis ein geringeres Gewicht und eine günstigere Werkstoffausnutzung aufweisen als solche mit konstant rechteckigem Querschnitt. Bei dem erfindungsgemässen Wickelverfahren ist der Wickelkern mit mehreren Reihen nebeneinander angeordneter rautenförmiger Erhebungen dergestalt versehen, dass sich die Faserstränge beim Ablegen in die durch die Erhebungen gebildeten Formnester an definierten Stellen kreuzen. Die Faserstränge werden dabei nach einem vorgegebenen Muster unter einem definierten Winkel zu der Achse des Wickelkerns derart abgelegt, dass sich das Höhe zu Breite-Verhältnis weitgehend optimal entsprechend der mechanischen Belastung der Biegefeder ändert. Die Zahl der Reihen kann von 1 bis 100, vorzugsweise zwischen 1 und 10 variieren; die Zahl der Rauten kann 2 bis 20 betragen. Der Kreuzungswinkel der Rovings liegt vorzugsweise zwischen 36 und 150, insbesondere bei etwa 60. Der Wickelkern hat im allgemeinen einen kreiszylindrischen Querschnitt mit einem Radius, der der Vorkrümmung der Federstäbe entspricht. Er kann aber auch, vorzugsweise bei grösseren, schwach gekrümmten oder geraden Federstäben im Querschnitt als Polygon ausgebildet sein, das aus zwei oder mehreren Schalen aufgebaut ist. Der Wickelkern kann ein verlorener oder ein wieder verwertbarer Wickelkern sein, der z.B. aus einem spanend leicht bearbeitbaren Material besteht. Ein Beispiel für einen Wickelkern zeigt Figur 1. Als Rohling eignet sich insbesondere ein dickwandiges extrudiertes oder gewickeltes Rohr aus einem Thermoplasten, z.B. Polypropylen. Die Kavitäten 1 im Wickelkern werden durch Fräsen oder Drehen hergestellt. Sie dienen als seitliche Begrenzung im Sinne von Formnestern. Der Wickelkern weist vorzugsweise in der Mitte der Formnester alternativ Bohrungen 2 zur Aufnahme von Bolzen oder länglichen Einsätzen auf. Sie dienen zum Erzeugen von Aussparungen in den Federstäben für Befestigungszwecke. Weitere Bohrungen 3 befinden sich in zwei oder mehreren der erhabenen Kernteilen einer Jeden Formnestreihe zum Befestigen von als Patrizen wirkenden Schalenelementen. Diese entsprechend gekrümmten Schalen haben die Länge des Wickeldorns. Sie werden gegen den Kern verschraubt, decken die freie Oberfläche des Wickellaminats ab und bewirken eine zusätzliche Formung über den erzeugten Anpressdruck. Der Wickeldorn ist zweckmässigerweise an einer oder mehreren Stellen mit Längsnuten 4 versehen, die während des Wickelns mit entsprechenden Leisten 5 aus gleichem oder anderem Werkstoff ausgefüllt sind. Beim Herstellvorgang werden die getränkten Fasern in der vorgesehenen Zahl nach vorgegebenen Mustern durch mehrmaliges Hin- und Herfahren des Fadenführungsauges auf dem sich drehenden Wickeldorn abgelegt. Anschliessend können die Patrizen aufgelegt und angepresst werden. Nach dem Aushärten werden diese entfernt und die Leisten aus den Nuten gezogen. Dann wird das Laminat an diesen Stellen längs aufgeschnitten, so dass die entstandenen Federstäbe vom Wj%keldbrn leicht abgenommen werden können. Die Verstärkungsfasern können aus Glas, Kohlenstoff oder aromatischen Polyamiden bestehen, sie liegen als Endlosfaserrovings mit 50 bis 2400 tex vor. Man kann auch ver schiedene Faserarten in getrennten Schichten oder als als echte Hybridgelege wickeln. Als Tränkharze können übliche Epoxidharze, ungesättigte Polyester oder Vinylesterharze, sowie auch Thermoplasten eingesetzt werden. Sie kommen in flüssiger Form als Schmelze oder Lösung der Kunststoffe bzw. deren Ausgangsprodukte zum Einsatz. Nach dem Wickelvorgang wird der Kunststoff verfestigt und gegebenenfalls ausgehärtet, wobei Je nach Art des Kunststoffs diesem geeignete Kataly satoren zugesetzt werden oder erhöhte Temperaturen angewandt werden. Die Dimensionen der erfindungsgemäss hergestellten Feder stäbe können in weiten Grenzen schwanken: in der Länge 1 von 20 bis 150 cm, in der Breite b von 2 bis 20 cm, in der Höhe h von 0,5 bis 10 cm; sie können einen Krümmungsradius von 20 cm bis 00 aufweisen. Das Verhältnis der Höhe hl in der Mitte der Stäbe zu der Höhe h2 an den Ende der Stäbe kann zwischen 20:1 und 1,1:1, vorzugsweise zwischen 4:1 und 2:1, liegen (Skizze s. Figur 2).

Claims: Eatentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von vorzugsweise gekrümmten Federstäben aus mit mehreren Lagen Endlosfasern ver stärkten Kunststoffen, die eine über die Länge gleich bleibende Querschnittsfläche bei veränderlichem Höhe zu Breite-Verhältnis aufweisen, durch Tränken der Faserstränge mit einer Schmelze oder Lösung des Kunststoffs, bzw. dessen Ausgangsprodukten, Wickeln um einen Wickelkern, Verfestigen und gegebenen falls Aushärten des Kunststoffs, dadurch gekennzeich net, dass der Wickelkern mit mehreren Reihen nebeneinan der angeordneter rautenförmiger Erhebungen dergestalt versehen ist, dass sich die Faserstänge beim Ablegen in die durch die Erhebungen gebildeten Formnester an definierten Stellen kreuzen. 2. Verfahren zur Herstellung von Federstäben nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Länge von 20 bis 150 cm, eine Breite von 2 bis 20 cm, eine Höhe von 0,5 bis 10 cm und einen Rrümmungsradius von 20 cm bis unendlich aufweisen. 3. Verfahren zur Herstellung von Federstäben nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Höhe hl in der Mitte der Stäbe zu der Höhe h2 an den Enden der Stäbe zwischen 20 zu 1 und 1,1 zu 1 liegt. I, Zeichn.

Inventors: MAIER, MARTIN, NEITZEL, MANFRED, PROF. DR.
Applicants: BASF AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: B29C67
IPC codes: F16F1, B29C53, B29D99