DE102004010768B4

DE102004010768B4 - Blattfeder für eine Radaufhängung an einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102004010768B4
Application number: DE200410010768
Authority: DE
Inventors: Rainer Förster; Gerald Langer
Original assignee: IFC Composite GmbH
Current assignee: Shandong Sinoma Composite Auto Parts Co Ltd Cn
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2024-03-06
Also published as: DE102004010768A1

Abstract

Blattfeder (1) aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem zentralen Längsabschnitt (2) und axialen Enden (3) für zwei Radaufhängungen an einem Fahrzeug, bei der die axialen Enden (3) hinsichtlich der Blattfederbreite sich verjüngend ausgebildet sind, und bei der axial ausgerichtete Fasern des Faserverbundwerkstoffs ungekürzt bis zur Abschlusskante (4) der Blattfeder (1) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (1) aus harzgetränkten Fasergewebelagen aufgebaut ist, die an ihren axialen Enden (3) eine V-förmige Geometrie bzw. einen V-förmigen Einschnitt aufweisen und somit jeweils zwei Schenkel (6) bilden, wobei diese Schenkel (6) in der fertig gestellten Blattfeder (1) eng aneinander liegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie zwei Verfahren zur Herstellung einer solchen Blattfeder gemäß den Ansprüchen 5 und 6.
Blattfedern werden üblicherweise für Radaufhängungen an einem Fahrzeug verwendet, um dieses gegen unebene Gelände- bzw. Fahrstraßenbeschaffenheiten abzufedern. Solche Fahrzeuge können insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und Nutzfahrzeuge, aber auch Schienenfahrzeuge und dergleichen sein.
Seit langem bekannt sind Blattfedern aus Stahl. Bei diesen sind einzelne Stahlbleche mit kleiner werdenden Längen übereinander gelegt, um eine variable Federkonstante bei zunehmender Belastung zu erreichen. Durch Klammerungen und/oder Schraubverbindungen werden die Blattfedern zu einem Paket montiert. Eine Blattfeder weist beispielsweise mindestens ein aufgerolltes Ende auf, an dem die Blattfeder am Chassis eines Fahrzeugs befestigt wird. Nachteilig hierbei ist, dass das so gebildete Blattfederpaket durch das verwendete Metallmaterial sehr schwer ist.
Bekannt sind auch Blattfedern aus Verbundstoffmaterialien, welche beispielsweise aus mit Kunstharz getränkten Glas- oder Kohlenstofffasern gebildet sind, und bei gleicher Größe erheblich weniger Gewicht aufweisen als Stahl-Blattfedern. Solche Blattfedern werden aus einzelnen harzgetränkten Fasergewebelagen hergestellt, die als Prepregs bezeichnet werden. Diese Prepregs werden der gewünschten Gestalt entsprechend gefertigt und/oder zugeschnitten und in eine Pressform eingelegt, die den Abmessungen der Blattfeder entspricht. Anschließend wird die Roh-Blattfeder in der Pressform unter Einwirkung von Druck und Wärme ausgehärtet.

Aus der DE 102 21 589 A1 ist eine solche Blattfeder aus einem Verbundstoffmaterial bekannt, die einstückig aus einem zentralen Bogenabschnitt und endseitig aus peripheren Bogenabschnitten besteht. Die peripheren Bogenabschnitte besitzen an ihrem jeweiligen Ende eine Öse mit einer Öffnung zur Aufnahme eines Bolzens zum Zwecke der Befestigung der Blattfeder am Fahrzeugchassis. Nachteilig hierbei ist die Einbringung der Befestigungsöse in die Blattfeder, die nur durch eine konstruktiv aufwändige Pressform zu realisieren ist.

Bei anderen Blattfederkonstruktionen aus Faserverbundwerkstoffen sind die Endabschnitte angeschrägt. Dabei wird der jeweilige Endabschnitt nach dem Aushärten der Blattfeder der angeschrägten Form entsprechend zurechtgeschnitten. Dies hat zur Folge, dass auch die Fasern des Werkstoffes angeschnitten werden. Diese Schnittstellen führen bei Dauerwechselbelastungen der Blattfeder häufig zu Rissen, die von den Schnittstellen ausgehen und im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung der Fasern verlaufen. Diese Risse wiederum können zum Bruch der Blattfeder führen.

Schließlich ist aus der EP 0 093 707 B1 eine Blattfeder aus einem Verbundmaterial bekannt, bei der die Blattfeder Fasern enthält, die sich ohne Unterbrechung längs derselben von einem Federende bis zum anderen Federende erstrecken und in geeignetes Bindemittel eingebettet sind. Diese Blattfeder ist in ihrem mittleren Abschnitt vergleichsweise dünn und an ihren axialen Enden dicker ausgebildet, wobei diese axialen Enden trapezförmig ausgebildet sind.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Blattfeder der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die leichtgewichtig, einfach und kostengünstig herzustellen sowie frei von Rissbildung ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich hinsichtlich der Blattfeder aus den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie bezüglich der Herstellverfahren aus den Merkmalen der beiden unabhängigen Ansprüche 5 und 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass schräge Anschnitte im Faserverlauf der Fasergewebelagen zu Rissen in der Blattfeder führen können.

Demnach geht die Erfindung aus von einer Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem zentralen Längsabschnitt und axialen Enden für zwei Radaufhängungen an einem Fahrzeug, bei der die axialen Enden hinsichtlich der Blattfederbreite sich verjüngend ausgebildet sind, und bei der axial ausgerichtete Fasern des Faserverbundwerkstoffs ungekürzt bis zur Abschlusskante der Blattfeder geführt sind. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung außerdem vor, dass die Blattfeder aus harzgetränkten Fasergewebelagen aufgebaut ist, die an ihren axialen Enden eine V-förmige Geometrie bzw. einen V-förmigen Einschnitt aufweisen und somit jeweils zwei Schenkel bilden, wobei diese Schenkel in der fertig gestellten Blattfeder eng aneinander liegen.

In vorteilhafter Weiterbildung dieser Blattfeder kann vorgesehen sein, dass die axial ausgerichteten Fasern des zentralen Längsabschnittes bis zur Abschlusskante der Blattfeder weitgehend parallel zueinander liegen.

Zudem kann die Blattfeder, sofern erwünscht, in ihrem zentralen Bereich beispielsweise durch geometrisch einfache, rechteckige Fasergewebelagen hinsichtlich deren Bauteildicke verstärkt werden, während zur Ausbildung der V-förmigen axialen Enden der Blattfeder entsprechend ausgebildete und über die gesamte Bauteillänge geführte Fasergewebelagen genutzt werden.

Eine solche erfindungsgemäß ausgebildete Blattfeder kennzeichnet sich vorteilhaft insbesondere dadurch aus, dass deren verjüngten axialen Enden ohne einen zusätzlichen Arbeitsschritt, beispielsweise durch Absägen von Verjüngungsstücken, gebildet werden. Dies ist von besonderer Bedeutung, da dadurch ein Anschneiden der Faserlagen vermieden und somit einer die Blattfeder zerstörenden Rissbildung vorgebeugt ist.

Zudem sind die Fasern einer jeden Fasergewebelage der Faserverbund-Blattfeder im Wesentlichen bis zu deren gemeinsamen axialen Ende parallel nebeneinander geführt, wodurch auch in diesem axialen Endbereich der Blattfeder 1 kaum eine Veränderung der Bauteilfestigkeit zu verzeichnen ist.

Aus verfahrenstechnischer Sicht wird eine solche Blattfeder in einer ersten Variante durch die folgenden Schritte hergestellt:

– Herstellen der Fasergewebelagen derart, dass die axialen Enden des zentralen Längsabschnittes jeder Fasergewebelagen einen axialen V-förmigen Einschnitt aufweisen und somit zwei Schenkel bilden,
– Bündiges Einbringen und Aufeinanderlegen der harzgetränkten Fasergewebelagen in eine Pressform, sowie
– Zusammenführen und Verbinden der durch den V-förmigen Einschnitt gebildeten Schenkel an jedem axialen Ende des zentralen Längsabschnittes in der Pressform, und
– Abbinden der Blattfeder unter Einwirkung von Druck und Wärme.

Die Fasergewebelagen weisen demnach im ersten Verfahrensschritt eine gewebte und/oder zugeschnittene Form auf, die etwa einer umgekehrten Schwalbenschwanz-Geometrie entspricht. Dabei sind die Schenkelspitzen im axialen Endabschnitt des Längsabschnittes der Blattfeder vorzugsweise rechtwinklig zu diesem begradigt, so dass sich nach Fertigstellung der Blattfeder eine gerade Abschlusskante am jeweiligen Blattfederende ergibt.

Es ist aber alternativ dazu auch möglich, dass diese geraden Abschlusskanten durch das Abschneiden eines Stücks der axialen Enden quer deren Längserstreckung der fertiggestellten Blattfeder erfolgt.

Diese harzgetränkten Fasergewebelagen werden im folgenden Verfahrensschritt in einer Pressform übereinander gelegt und so schichtweise zu einer Blattfe derstruktur aufgebaut. Die durch den V-förmigen Einschnitt gebildeten Schenkel am Längsabschnitt der Blattfeder werden dann im dritten Verfahrensschritt gegeneinander geführt, bis diese aneinander anliegen. Dabei werden insbesondere die außen liegenden Fasern der Fasergewebelagen nicht zerschnitten, sondern in ihrem axialen Verlauf nur ab- bzw. umgelenkt. Abschließend wird die Faserverbund-Blattfeder unter Druck- und Wärmeeinwirkung ausgehärtet.

Ein davon unabhängiges zweites Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder weist folgende Verfahrensschritte auf:

– Herstellen der Fasergewebelagen derart, dass die axialen Enden des zentralen Längsabschnittes jeder Fasergewebelage einen axialen V-förmigen Einschnitt aufweisen und somit zwei Schenkel bilden,
– Bündiges Einbringen und Aufeinanderlegen der harzgetränkten Fasergewebelagen in eine Pressform unter gleichzeitigem Zusammenführen und Verbinden der durch den V-förmigen Einschnitt gebildeten Schenkel an jedem axialen Ende des zentralen Längsabschnittes, und
– Abbinden der Blattfeder unter Einwirkung von Druck und Wärme in der Pressform.

Durch die genannten Maßnahmen wird eine Rissbildung in den Endabschnitten der Blattfeder verhindert. Die Blattfeder ist leicht und kostengünstig herstellbar, da auf eine konstruktiv und fertigungstechnisch aufwendige Pressform verzichtet werden kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass keine Aufdickungen in den Endabschnitten der Blattfeder entstehen können, da die Pressform sowie die Fasergewebelagen selbst genügend Platz zum Ausweichen sich eventuell kreuzender Fasern der Fasergewebelagen aufweisen.

Gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fasergewebelagen vorzugsweise aus einem Glasfasergewebe bestehen. Jedoch kommen für den Fachmann auch andere Fasern und Fasergewebe in Betracht, beispielsweise Kohlenstofffasern, Aramidfasern usw.

Darüber hinaus können die Fasergewebelagen vorzugsweise mit einem Kunstharz getränkt werden. Andererseits ist auch die Verwendung eines Naturharzes möglich.

Die Auswahl des Fasergewebes bzw. der Fasern sowie des Harzes wird u.a. abhängig sein von der zu erzielenden Federkonstanten, dem Federweg und der zu erwartenden Belastung der Blattfeder, sowie natürlich auch von der Art des Fahrzeugs, in dem die Blattfeder eingesetzt werden soll. Davon abhängig ist insbesondere auch der Fahrkomfort für den Fahrzeugführer bzw. die Insassen des Fahrzeugs.

Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Blattfeder durch bündiges Übereinanderlegen von harzgetränkten Fasergewebelagen gebildet wird, von denen einige fern von den axialen Enden angeordnete Fasergewebelagen keinen V-förmigen Einschnitt aufweisen.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt

1 eine Seitenansicht einer Blattfeder im gespannten Zustand,

2 eine Draufsicht auf die Blattfeder gemäß 1,

3 eine Seitenansicht einer nach dem ertindungsgemäßen Verfahren hergestellten Blattfeder gemäß 1 und 2 im entspannten Zustand,

4 eine Teilseitenansicht eines Endabschnittes der Blattfeder gemäß 1 bis 3 in einem ersten Verfahrensschritt,

5 eine Teilseitenansicht eines Endabschnittes der Blattfeder im nächsten Verfahrensschritt und

6 eine Teilseitenansicht eines Endabschnittes der Blattfeder im letzten Verfahrensschritt.

Die Blattfeder 1 gemäß 1 bis 3 ist für eine nicht dargestellte Radaufhängung an einem ebenfalls nicht gezeigten Fahrzeug vorgesehen. Die Blattfeder 1 besteht aus einer Mehrzahl von mit Harz getränkten und übereinander gelegten Fasergewebelagen, die in einem Arbeitsverfahren durch Druck und Wärmeeinwirkung in einer Pressform in an sich bekannter Weise miteinander verbunden sind. Dadurch entsteht eine die Blattfeder 1, die im gespannten Zustand, also in der Einbaulage, in 1 bzw. im entspannten Zustand in 3 dargestellt ist.

In baulicher Hinsicht ist die Blattfeder 1 ein flaches Band aus einem Faserbundwerkstoff und weist einen zentralen Längsabschnitt 2 auf. Die axialen Enden 3 des zentralen Längsabschnittes 2 verjüngen sich und besitzen eine rechtwinklig zum zentralen Längsabschnitt 2 verlaufende gerade Abschlusskante 4.

4 bis 6 zeigen ein axiales Ende 3 eines Längsabschnittes 2 der Blattfeder1 in verschiedenen Zuständen entsprechend den aufeinanderfolgenden Verfahrenschritten bei der Herstellung der Blattfeder 1 in Draufsicht ähnlich 2. Die dünneren Linien deuten schematisch den Verlauf der Faserstruktur der übereinander gelegten Fasergewebelagen während der verschiedenen Verfahrenschritte an.

In 4 ist dargestellt, dass die harzgetränkten Gewebelagen derart zugeschnitten oder gefertigt sind, dass diese übereinandergelegt an den axialen Enden 3 der Blattfeder 1 jeweils einen V-förmigen Einschnitt derart bilden, dass zwei Schenkel 6 unter einem Winkel kleiner als 90° zueinander stehen. Die Fasern 7 verlaufen hierbei bis zu ihrem Ende in gerader Linie parallel zueinander.

Gemäß der ersten Variante des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens werden die harzgetränkten Fasergewebelagen in einer Blattfederform bündig übereinandergelegt und anschließend die zwei winklig zueinander stehenden Schenkel 6 gemäß 5 die in dieser Form zusammengeführt.

Hierbei werden die Fasern 7 der Fasergewebelagen im Endabschnitt des zentralen Längsabschnittes 2 zunehmend zur Abschlusskante 4 hin in Richtung zur Blattfedermittellinie abgelenkt, so dass die axialen Enden 3 am Schluss dieses Vorgangs wie in 6 dargestellt ohne V-förmigen Einschnitt ausgebildet sind. Anschließend werden unter der Einwirkung von Druck und Wärme die Fasergewebelagen und das Harz zu einem Faserverbundkörper abgebunden.

Gemäß einer anderen Variante der Erfindung weisen die Fasergewebelagen ebenfalls eine in 4 gezeigte Geometrie auf. Die Schenkel 6 dieser Fasergewebelagen werden harzgetränkt beim Einlegen in die Blattfederform derart an ihren axialen Enden 3 zusammengeschoben (5), dass diese wie in 6 dargestellt ohne den V-förmigen Einschnitt in der Form zur Ablage gelangen. Nachdem die Roh-Blattfeder schichtweise aufgebaut ist, wird diese anschließend unter der Einwirkung von Druck und Wärme zu einem Faserverbundkörper abgebunden.

Hinsichtlich der Ausbildung der rechtwinkligen Abschlusskanten 4 kann vorgesehen sein, dass diese durch die Form der Fasergewebelagen sowie durch dass Zusammenfügen der genannten Schenkel 6 in der Blattfederform entsteht. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden die rechtwinkligen Abschlusskanten 4 beispielsweise durch einen Sägeschnitt am jeweiligen axialen Ende 3 quer zur Längserstreckung der Blattfeder 1 erzeugt.

1: Blattfeder
2: Längsabschnitt
3: axiale Enden
4: Abschlusskante
5: V-förmiger Einschnitt
6: Schenkel
7: Faserverlauf, Faser

Claims

Blattfeder (1) aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem zentralen Längsabschnitt (2) und axialen Enden (3) für zwei Radaufhängungen an einem Fahrzeug, bei der die axialen Enden (3) hinsichtlich der Blattfederbreite sich verjüngend ausgebildet sind, und bei der axial ausgerichtete Fasern des Faserverbundwerkstoffs ungekürzt bis zur Abschlusskante (4) der Blattfeder (1) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (1) aus harzgetränkten Fasergewebelagen aufgebaut ist, die an ihren axialen Enden (3) eine V-förmige Geometrie bzw. einen V-förmigen Einschnitt aufweisen und somit jeweils zwei Schenkel (6) bilden, wobei diese Schenkel (6) in der fertig gestellten Blattfeder (1) eng aneinander liegen.
Blattfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axial ausgerichteten Fasern des zentralen Längsabschnittes (2) bis zur Abschlusskante (4) der Blattfeder (1) weitgehend parallel zueinander ausgerichtet sind.
Blattfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine rechtwinklig zum zentralen Längsabschnitt (2) verlaufende gerade Abschlusskante (4) aufweist.
Blattfeder nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit Abstand zu den axialen Enden (3) Fasergewebelagen verbaut sind, die keine V-förmige Geometrie bzw. keinen V-förmigen Einschnitt aufweisen.
Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder (1) aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem zentralen Längsabschnitt (2) und zwei axialen Enden (3) für eine Radaufhängung an einem Fahrzeug, wobei die Blattfeder (1) aus mehreren mit Harz getränkten Fasergewebelagen besteht, gekennzeichnet durch die Schritte: – Herstellen der Fasergewebelagen derart, dass die axialen Enden des zentralen Längsabschnittes jeder Fasergewebelage einen axialen V-förmigen Einschnitt aufweisen und somit zwei Schenkel bilden, – Bündiges Einbringen und Aufeinanderlegen der harzgetränkten Fasergewebelagen in eine Pressform, sowie – Zusammenführen und Verbinden der durch den V-förmigen Einschnitt gebildeten Schenkel an jedem axialen Ende des zentralen Längsabschnittes in der Pressform, und – Abbinden der Blattfeder unter Einwirkung von Druck und Wärme.
Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder (1) aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem zentralen Längsabschnitt (2) und zwei axialen Enden (3) für eine Radaufhängung an einem Fahrzeug, wobei die Blattfeder (1) aus mehreren mit Harz getränkten Fasergewebelagen besteht, gekennzeichnet durch die Schritte: – Herstellen der Fasergewebelagen derart, dass die axialen Enden des zentralen Längsabschnittes jeder Fasergewebelage einen axialen V-förmigen Einschnitt aufweisen und somit zwei Schenkel bilden, – Bündiges Einbringen und Aufeinanderlegen der harzgetränkten Fasergewebelagen in eine Pressform unter gleichzeitigem Zusammenführen und Verbinden der durch den V-förmigen Einschnitt gebildeten Schenkel an jedem axialen Ende des zentralen Längsabschnittes, und – Abbinden der Blattfeder unter Einwirkung von Druck und Wärme in der Pressform.
Verfahren nach wenigstens einem der Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasergewebelagen aus einem Glasfasergewebe bestehen.
Verfahren nach wenigstens einem der Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gerade Abschlusskanten (4) der Blattfeder (1) durch Ab schneiden der äußersten axialen Enden der Blattfeder (1) senkrecht zur Längserstreckung derselben gebildet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (1) durch bündiges Übereinanderlegen von harzgetränkten Fasergewebelagen gebildet wird, von denen einige fern von den axialen Enden (3) angeordnete Fasergewebelagen keinen V-förmigen Einschnitt (5) aufweisen.