用于以纤维复合构造方式制造板簧的方法和挤拉装置与流程

本发明涉及一种用于以纤维复合构造方式按板簧的给定形状制造板簧的方法和一种相关的挤拉装置。

背景技术：

由ep2492074a1已知一种用来制造板簧作为用于汽车的纤维复合构件的非连续的方法，该板簧包括各个纤维和包围这些纤维的由硬化树脂构成的基质，其中，这些纤维以至少两个纺织层的形式被提供并且彼此层叠，其中，这些纺织层在压模模具内部形成，并且通过干燥地敷设到至少一个纺织层上的粘合剂而固定成干燥的预制坯，所述预制坯在rtm-模腔中被树脂渗入并硬化。

由us4,445,957已知一种用来制造板簧作为用于汽车的纤维复合构件的连续式的方法，该板簧包括各个纤维和包围这些纤维的由硬化树脂构成的基质。作为纤维复合构件的板簧在拉挤装置中制造，该挤拉装置包括敞口的池子，在该池子中用基质浸渍纤维。

技术实现要素：

本发明的目的是，提出一种方法和一种挤拉装置，由此能够以纤维复合构造方式特别经济地且高质量地制造板簧。

该目的通过一种用于以纤维复合构造方式按板簧的给定形状制造板簧的方法得以实现，该方法包括如下步骤：

-把纤维材料从纤维储备器挤拉到喷注箱中，该喷注箱被设计用于在喷注箱的喷注腔内部以腔超压在纤维材料的挤拉期间用至少一种基质材料连续地浸渍纤维材料的相应区段；

-把用基质材料浸渍过的纤维材料条束从喷注箱中拉出，以及随后把用基质材料浸渍过的纤维材料条束供应给加热装置，借助该加热装置使得用基质材料浸渍过的纤维材料条束的相应的被供应的区段至少局部地硬化，并且使得用基质材料强化的纤维材料条束形成为板簧的给定形状。

板簧是是普通弹簧的一种特殊类型，其由于作用在板簧上的外力而可以在构造上的一定的程度上弹性地变形，其中，在弹性变形的板簧中蓄存着能量，该能量在板簧弹性地复位变形时又释放出来。板簧例如往往在车辆制造中使用，特别是作为底盘的弹簧-减震器-总成的组件，在该底盘上安置着车辆的车轮。通常对大量地成本低廉地批量制造这种板簧存在需求。由于对板簧的结构成熟度、板簧的尽量低的重量和安全使用的高要求，例如还有对在车辆事故中板簧的防撞特性的高要求，板簧被日益制成纤维复合构件。

目前，这种纤维复合构件尤其要么在单独制造中在特定的单独模具内逐件地制造，例如通过手动地把用树脂浸渍的纤维垫装入模具中，并且随后在模具中加热和模压来制造。替代地，这种纤维复合构件也可以按连续的件数采用挤拉方法连续地制造。然而，采用敞口的池子是不利的，按照已知的也称为拉挤方法的挤拉方法，在工艺技术上只能采用一定的树脂，缺点是，不能采用高反应性的和/或快速反应性的树脂。也无法始终都保证在敞口池子中用树脂完全地且均匀地浸透纤维材料。

根据本发明因此提出，通过挤拉来制造板簧，确切地说，采用具有处于超压下的喷注腔的喷注箱，其中，喷注箱随后可以有选择地使得用基质材料浸渍的纤维材料发生完全硬化或者使得用基质材料浸渍的纤维材料仅发生局部硬化。由于有选择地完全地或仅局部地硬化，所以也可以根据对板簧所希望的关于给定形状即板簧的三维设计的特性，在部分硬化之后再进行成型的方法步骤，以便也能制造应具有与仅仅笔直造型不同的造型的板簧。特别地，根据本发明可以通过连续的方法，无中断地且全自动地制得与板簧的仅仅笔直的设计不同的板簧给定形状。

因而板簧给定形状既包括板簧的所希望的横截面形状或横截面设计，这些板簧在不同的横截面情况下可以相同，或者也可以不同，板簧给定形状又包括在板簧纵向延展上的形状，比如板簧在弯曲区段中的曲率，及其在板簧终端区段处的造型，特别是在固定位置的形成方面，板簧以这些固定位置，稍后可以固定在所选择的构件比如底盘连接部位上。

纤维材料可以是单纤维或者纤维束。但纤维材料也可以是编织的或织造的条束材料比如小带子。纤维材料尤其可以包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维和/或芳族聚酰胺纤维。纤维材料尤其也称为粗纱，通常是指长丝的束或股，即连续纤维。

纤维储备器用于预备在适宜的时长内对于连续的不间断的制造来说足够量的纤维材料。通常，这种纤维储备器可以由筒子架构成，在这些筒子架中可转动地安置了多个筒子，在这些筒子上卷绕了纤维材料，从而可以轻易地抽出纤维材料。然后可以把抽出的纤维材料供应给喷注箱。

喷注箱包括喷注腔，纤维材料从纤维储备器被拉入到喷注腔中。在喷注腔内部优选产生腔超压。从喷注箱外部把所希望的或所需要的基质材料喷注到或者采用高压力压入到喷注腔中。由于高的腔压力，基质材料可以特别好地进入到纤维材料的中间腔内，并且特别是全面地且无夹杂空气地即无气泡地粘结。

基质材料尤其可以是聚合物。基质材料可以是热固性材料、热塑性材料和/或弹性体。基质材料可以反应性地硬化。替代地，基质材料可以自我硬化。基质材料因而例如可以具有聚氨酯、环氧树脂和/或聚酰胺。

在全部的方法方案中，基质材料可以具有至少一种聚氨酯-材料。

通过采用纤维复合构造方式的板簧，可以实现明显的节省重量，因而例如可以在汽车应用领域中减小燃料消耗，进而也减少有害物质排放。利用纤维复合构造方式的板簧也产生了更加安静的行驶特性，也就是说，板簧例如抑制噪声。

聚氨酯-材料作为基质材料的组分例如改善了纤维材料的可浸渍性，并且缩短了硬化时间即反应时间。通过聚氨酯-材料实现的突出的韧性对负荷下的疲劳特性产生积极影响。

在全部的方法方案中，因而也可以借助喷射箱在挤拉的过程中采用高反应性的即很快硬化的基质材料或基质系统。快速硬化的基质材料或基质系统例如是在10分钟和15分钟之间的时间内完全硬化的材料。

除了所述方法外，该目的还通过一种用于以纤维复合构造方式制造板簧的挤拉装置得以实现，该挤拉装置具有：纤维储备器，其带有至少一种蓄存在其中的纤维材料；牵拉装置，其被设计用于把纤维材料连续地从纤维储备器中拉出；喷注箱，其被设计用于在喷注箱的喷注腔内部以腔超压在纤维材料的挤拉期间用至少一种基质材料连续地浸渍被牵拉装置牵拉经过喷注箱的纤维材料的相应区段；以及加热装置，其被设计用于使得用基质材料浸渍过的纤维材料条束的借助牵拉装置分别被供应至加热装置的区段至少局部地硬化；和成型模具，其被设计用于使得用基质材料强化的纤维材料条束的相应的至少部分硬化的区段变形成相应的板簧的给定形状。根据本发明的挤拉装置在此被设计用于实施一种或多种根据本发明的方法。

牵拉装置通常可以具有两个牵拉机构，这些牵拉机构在纤维材料的牵拉方向上可彼此相对直线移动地安置，从而它们能够自动地交替地彼此相向移动和彼此离开地移动。在牵拉方向上移动的牵拉机构始终都夹住纤维材料的一个区段，并且在牵拉方向上牵拉该区段，其中，分别与牵拉方向相逆地移动的另一牵拉机构松开纤维材料。纤维材料因而连续地始终都仅在牵拉方向上移动。

成型模具可以由一个成型模具部件或者多个成型模具部件构成。多个成型模具部件也可以彼此相距明显距离地布置。在每两个彼此间隔开的成型模具部件之间，尤其也可以设置挤拉装置的其它的组件，特别是加热装置、牵拉装置和/或分割装置。成型模具例如可以包括被设计用于形成纤维材料条束的横截面轮廓的第一成型模具。成型模具例如可以包括被设计用于形成纤维材料条束的纵向轮廓的第二成型模具。

在所述方法的一种特殊的实施方式中，用基质材料浸渍过的纤维材料条束的从喷注箱中拉出的区段在其完全硬化之前被供应给成型模具，该成型模具被设计用来使得用基质材料强化的纤维材料条束的分别连续地从喷注箱中拉出的区段产生板簧的给定形状。在包括纤维材料和基质材料的纤维材料条束从喷注箱中伸出时，可以把纤维材料条束供应给加热装置，并且在那里按所希望的方式即要么仅局部地要么完全地硬化。但纤维材料条束在其完全硬化之前可以被供应给成型模具。该成型模具可以被设计用于使得尚未完全硬化的纤维材料条束在其横截面形状上变形。替代地或补充地，可以设置一种成型模具，其被设计用于使得尚未完全硬化的纤维材料条束在其纵向伸展上即在纵向形状上变形。

在该方法的第一方案中，用基质材料浸渍过的纤维材料条束的从喷注箱中拉出的区段可以连续地被引导经过成型模具的模腔，并且随后纤维材料条束在加热装置中完全硬化成笔直的板簧，该模腔规定了板簧给定形状的横截面设计。

在第一实施方式中，成型模具可以具有模腔，该模腔被设计用于给用基质材料浸渍过的纤维材料条束的从喷注箱中连续地拉出的区段在其横截面设计方面规定板簧的给定形状，并且挤拉装置在此可以具有控制装置，该控制装置被设计用于控制加热装置和牵拉装置，使得纤维材料条束在其从模腔出来之后在加热装置中完全硬化成笔直的板簧。

如果只要制造笔直的板簧，则可以省去用于使得笔直的板簧变形为弯曲的板簧的成型模具。这意味着，在经过模腔之后就已经可以发生完全的硬化，该模腔调节板簧的横截面形状。

在该方法的第二方案中，用基质材料浸渍过的纤维材料条束的从喷注箱中拉出的区段可以连续地被引导经过成型模具的模腔—该模腔规定了板簧给定形状的横截面设计，并且随后纤维材料条束在加热装置中被加热成至少局部地或者完全地硬化的纤维材料条束，接下来再次加热至少局部地或者完全地硬化的纤维材料条束，然后在成型模具中变形成和/或压制成具有给定形状的板簧。

在第二实施方式中，成型模具可以具有模腔，该模腔被设计用于给用基质材料浸渍过的纤维材料条束的从喷注箱中连续地拉出的区段在其横截面设计方面规定板簧的给定形状，并且挤拉装置在此可以具有控制装置，该控制装置被设计用于控制加热装置和牵拉装置，使得至少局部地或者完全地硬化的纤维材料条束在其从加热装置出来之后借助升温装置再次变热，然后在另一成型模具中变形成和/或压制成具有给定形状的板簧。据此，基质材料例如可以是双级硬化的环氧树脂(所谓的“b级树脂”)。

相反，如果要制造弯曲的特别是弧形的板簧，就不能省去用于使得笔直的板簧变形成弯曲的板簧的成型模具，确切地说，需要附加的被设计用于使得板簧在纵向伸展上变形的成型模具。为了保证这一点，可以根据所用的基质材料进行事后的加热，从而可以使得板簧在附加的成型模具中变形。这意味着，要么在加热装置中仅发生部分的硬化，要么例如在热塑性基质材料的情况下，纤维材料条束尽管在先前完全硬化，却可以通过再次变热而重新至少部分地塑化。

在该方法的第三方案中，用基质材料浸渍过的纤维材料条束的从喷注箱中拉出的区段可以连续地被引导经过成型模具的模腔—该模腔规定了板簧给定形状的横截面设计，并且随后纤维材料条束在加热装置中被加热成仅部分硬化的纤维材料条束，并且随后使得仅部分硬化的纤维材料条束在未再升温的情况下在成型模具中变形成具有给定形状的板簧，其中，在变形之后才使得具有给定形状的板簧完全硬化。

在第三实施方式中，成型模具可以具有模腔，该模腔被设计用于给用基质材料浸渍过的纤维材料条束的从喷注箱中连续地拉出的区段在其横截面设计方面规定板簧的给定形状，并且挤拉装置在此可以具有控制装置，该控制装置被设计用于控制加热装置和牵拉装置，使得纤维材料条束在加热装置中被加热成仅部分硬化的纤维材料条束，并且随后使得仅部分硬化的纤维材料条束在未再升温的情况下在另一成型模具中变形成具有给定形状的板簧，其中，在变形之后才使得具有给定形状的板簧完全硬化。

在该第三实施方式中，尤其可以处理在变形的时间点在附加的成型模具中尚未完全反应的基质材料。这例如可以是b-状态下的环氧树脂，所谓的“b级树脂”。

在该方法的第四方案中，用基质材料浸渍过的纤维材料条束的从喷注箱中拉出的区段可以连续地被引导经过成型模具的模腔—该模腔规定了板簧给定形状的横截面设计，并且随后纤维材料条束在加热装置中被加热成至少部分地或者完全地硬化的纤维材料条束，并且随后使得仅部分硬化的纤维材料条束或者完全硬化的且又变热的纤维材料条束借助半径-拉挤方法变形成带有弯曲的给定形状的板簧。

在第四实施方式中，成型模具可以具有模腔，该模腔被设计用于给用基质材料浸渍过的纤维材料条束的从喷注箱中连续地拉出的区段在其横截面设计方面规定板簧的给定形状，并且挤拉装置在此可以具有控制装置，该控制装置被设计用于控制加热装置和牵拉装置，使得纤维材料条束在加热装置中被加热成至少部分地或者完全地硬化的纤维材料条束，并且随后使得仅部分硬化的纤维材料条束或者完全硬化的且又变热的纤维材料条束借助挤拉装置的半径-拉挤装置变形成带有弯曲的给定形状的板簧。

附图说明

本发明的多个实施例示范性地在后续说明中参照所附的示意图予以详述。这些实施例的具体特征可以代表本发明的一般性特征，而无关于它们以何种具体关系被提及，必要时也可以单独地考察或者以其它组合予以考察。

图1为根据本发明的方法的基本形式的流程草图；

图2为根据本发明的挤拉装置的第一设计方案的示意图；

图3为根据本发明的挤拉装置的第二设计方案的示意图；

图4为根据本发明的挤拉装置的第三设计方案的示意图；

图5为根据本发明的挤拉装置的第四设计方案的示意图。

具体实施方式

图1中借助流程草图示出了根据本发明的方法的基本形式。该方法用于以纤维复合构造方式按板簧2的给定形状制造板簧2，包括把纤维材料4从纤维储备器3挤拉到喷注箱6中的第一步骤s1。喷注箱6被设计用于在第二步骤s2中在喷注箱6的喷注腔6a内部以腔超压在纤维材料4的挤拉期间用至少一种基质材料连续地浸渍纤维材料4的相应区段。

在第三步骤的第一部分s3.1中把用基质材料浸渍过的纤维材料条束4a从喷注箱6中拉出，以及随后在第三步骤的第二部分s3.2中把用基质材料浸渍过的纤维材料条束4a供应给加热装置7。

在该方法的第四步骤s4中，借助加热装置7使得用基质材料浸渍过的纤维材料条束7a的相应的被供应的区段至少局部地硬化。最后在该方法的第五步骤中使得用基质材料强化的纤维材料条束4a形成为板簧2的给定形状。

在图2～图5中示出了挤拉装置1的各种不同的设计方案。这些挤拉装置1被设计用于以纤维复合构造方式制造板簧2，具有：纤维储备器3，其带有至少一种蓄存在其中的纤维材料4；牵拉装置5，其被设计用于把纤维材料4连续地从纤维储备器3中拉出；喷注箱6，其被设计用于在喷注箱6的喷注腔6a内部以腔超压在纤维材料4的挤拉期间用至少一种基质材料连续地浸渍被牵拉装置5牵拉经过喷注箱6的纤维材料4的相应区段；以及加热装置7，其被设计用于使得用基质材料浸渍过的纤维材料条束4a的借助牵拉装置5分别被供应至加热装置7的区段至少局部地硬化；和成型模具8，其被设计用于使得用基质材料强化的纤维材料条束4a的相应的至少部分硬化的区段变形成相应的板簧2的给定形状。

在根据图2的第一设计方案中，成型模具8具有模腔8a，该模腔被设计用于给用基质材料浸渍过的纤维材料条束4a的从喷注箱6中连续地拉出的区段在其横截面设计方面规定板簧2的给定形状，并且挤拉装置1具有控制装置9，该控制装置被设计用于控制加热装置7和牵拉装置5，使得纤维材料条束4a在其从模腔8a出来之后在加热装置7中完全硬化成笔直的板簧2。在完全硬化之后，相应的末端的板簧2借助分割装置10比如锯与纤维材料条束4a分割。

在根据图3的第二设计方案中，成型模具8具有模腔8a，该模腔被设计用于给用基质材料浸渍过的纤维材料条束4a的从喷注箱6中连续地拉出的区段在其横截面设计方面规定板簧2的给定形状，并且挤拉装置1具有控制装置9，该控制装置被设计用于控制加热装置7和牵拉装置5，使得至少部分地或者完全地硬化的纤维材料条束4a在其从加热装置7出来之后借助升温装置11再次变热，然后在另一成型模具8b中变形成和/或压制成具有给定形状的板簧。在当前实施例的情况下，升温装置11沿牵拉方向布置在牵拉装置5之后和分割装置10之后。但在该第二设计方案的相应变型中，升温装置11例如可以布置在牵拉装置5之后和分割装置10之前，即，布置在牵拉装置5和分割装置10之间，或者有时甚至还布置在牵拉装置5之前和分割装置10之前。

在根据图4的第三设计方案中，成型模具8具有模腔8a，该模腔被设计用于给用基质材料浸渍过的纤维材料条束4a的从喷注箱6中连续地拉出的区段在其横截面设计方面规定板簧2的给定形状，并且挤拉装置1具有控制装置9，该控制装置被设计用于控制加热装置7和牵拉装置5，使得纤维材料条束4a在加热装置7中被加热成仅部分硬化的纤维材料条束4a，并且随后使得仅部分硬化的纤维材料条束4a在未再升温的情况下在另一成型模具8c中变形成具有给定形状的板簧2，并且在该变形之后才使得具有给定形状的板簧2完全硬化。

在根据图5的第四设计方案中，成型模具8具有模腔8a，该模腔被设计用于给用基质材料浸渍过的纤维材料条束4a的从喷注箱6中连续地拉出的区段在其横截面设计方面规定板簧2的给定形状，其中，挤拉装置1具有控制装置9，该控制装置被设计用于控制加热装置7和牵拉装置5，使得纤维材料条束4a在可于圆形轨道上移动的控制加热装置7中加热成至少部分地或者完全地硬化的纤维材料条束4a，并且随后使得仅部分硬化的纤维材料条束4a或完全硬化的且又变热的纤维材料条束4a借助半径-拉挤装置12变形成带有弯曲的特别是圆弧形的给定形状的板簧2，该半径-拉挤装置使得加热装置7与成型模具8或模腔8a一起移动。

附图标记清单

1挤拉装置

2板簧

3纤维储备器

4纤维材料

4a纤维材料条束

5牵拉装置

6喷注箱

6a喷注腔

7加热装置

8成型模具

8a模腔

9控制装置

10分割装置

11升温装置

12半径-拉挤装置