CN101300434A - 带有在截面上呈凸起状的上表面和下表面的板簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在车辆中使用的、由纤维复合材料制成的板簧(1)。在将该板簧(1)固定到车辆时，为了避免在板簧的纵向边缘上出现板簧材料的开裂或脱落，根据本发明，作如下设置，即，至少将板簧(1)的上表面和下表面在垂直于该板簧的纵向延伸方向上弯曲成拱凸起状。

Description

带有在截面上呈凸起状的上表面和下表面的板簧

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的、由纤维复合材料所制成的板簧(Blattfeder)。

板簧通常地用于车辆的车轮悬架，以实现车辆对不平整地形或不平整路面状况的缓冲。这样的车辆尤其可以为轿车，货车或其他商用车，当然，也可以是轨道车辆或其他诸如此类的车辆。

用钢制成的板簧长久以来已广为人知。在其中，单独的、细长的、长度逐渐变小的钢片重叠地放置在一起，以便随着载荷的增加，能够获得可变的弹簧常数。通过夹紧或螺纹连接，将板簧的这些薄片连接成小捆。在将板簧安装到汽车上时，例如可使其垂直于行驶方向，其中，板簧的中部区域固定在车身上，而在板簧的两个轴向端部布置在左边车轮或右边车轮的悬架区域内。尽管金属制成的板簧相比较而言可以便宜地生产出来，且运行可靠，但是缺点是比较重，而这导致的车辆质量较高，并最终引起燃油消耗量的升高。

同样广为人知的还有用纤维复合材料制成的板簧，其例如可由经人造树脂浸渍过的玻璃纤维或碳纤维所构成，在同样的大小或者具有可比较性的弹簧特性的前提下，其质量明显小于钢制板簧。这种复合纤维板簧例如可由单个的经树脂浸渍的纤维层所制成，这种纤维层通过“预浸料”的概念而广为人知。将这种预浸料裁剪或制造成所需要的形状并重叠地放置在压模内，压模的尺寸与板簧相应。随后，该未加工板簧在压模中在压力和热量的作用下进行时效硬化。

从DE10221589A1可知一种板簧，其整块地由中心的弧状截面组成且端部侧面由边缘界面组成。该边缘截面在其轴向端部处各具有一吊耳，其带有用于容纳螺栓的开口、以实现将该板簧固定到车架上的目的。此处的缺点在于，在板簧上引入固定吊耳，必须通过结构繁杂的压模或者通过剪断纤维的冲孔工序才能得以实现。

在另一种有纤维复合材料制成的板簧结构中，对端部截面进行倒角。此处，在板簧时效硬化之后，将各个端部截面相应于倒角的形状进行裁剪。这所导致的后果就是，同时也将材料的纤维剪切断了。在该板簧持续交变载荷的作用下，这些剪切部位通常会引致裂缝，这些裂缝从剪切部位出发，基本上平行于纤维的纵向延伸方向

推进。而这些裂缝又可能会导致板簧的损坏。

从EP0093707B1以及与其并行的US4557500B1中可知一种用纤维复合材料制成的板簧，其轴向端部设计成比中心处矩形截面更狭窄、更厚。该板簧的轴向端部的区域在俯视图上可大致构成梯形。根据另一种变体，该板簧的直角横截面的面积可以从弹簧一端到另一端保持不变。在该板簧的另一种构造形式中，复合纤维不经剪断地从一个轴向端部延伸到另一个轴向端部。在生产过程中，通过压模来获得板簧的几何形状。

此外，从DE102004010768A1可知一种用纤维复合材料制成的板簧，其带有中心纵向截面和轴向端部以实现车辆的车轮悬架，其中，该轴向端部设计成板簧宽度逐渐变细，而纤维复合材料的轴向指向的纤维不经减短地延伸至板簧的闭合缘。此外，在该板簧中还设置成，其由吸附树脂的纤维层构成，该纤维层在板簧制造过程中在其轴向端部具有从俯视角度看下去的V形几何形状或者说V形切割部分，并由此各自形成垂直于板簧纵向的两条股边。这两条股边在制造过程中彼此紧紧相靠且被硬化，使得板簧在其端部区域构造成吊架形，且在这些区域不存在材料堆积问题。

在该文献中还可以知道，板簧可以在其中心区域通过几何上简单的、直角的纤维层由于其部件厚度而增强，同时为了形成板簧的V形轴向端部而相应地构造，且在整个部件长度上应用受引导的纤维层。

根据DE102004010768A1所述的板簧具有一些优点，因为其在几乎整个长度上具有基本恒定的截面面积和恒定的厚度以及在轴向端部变小的宽度，而无需在其轴向端部进行剪切。

通过对已知的复合纤维材料所制成的板簧进行零件式的调查可以看出，他们并不总是具有由压模所预先设定的直角形的横截面。这种板簧通常都具有与纵向延伸方向相垂直的轻微凹下的上表面(Oberseite)和/或下表面(Unterseite)，从而使得板簧纵向指向的边缘一定程度上向上或向下凸出。

当使用所提及的紧固装置，将这些传统的板簧在其紧固部位处加紧到被加弹簧零件上时，紧固部位上会产生裂缝，或者紧固部位或夹紧部位处板簧的边缘会部分地破裂。这种形式的裂缝或破裂部位会对板簧的使用寿命产生不利的影响，因为在这些地方，水分会侵入板簧中并对其连接组织产生负面影响。

因此，本发明的目的在于，对纤维复合板簧做出改进，以避免紧固部位上的出现裂缝或甚至出现边缘破坏的情况。

实现该目的的方法在权利要求1的特征中给出。有利的设计方案或改进方案可在从属权利要求中看出。

本发明以以下知识为基础，即，即使用于生产纤维复合板簧的压模的截面几何形状给定为直角形状，仍然可能产生截面几何形状为非直角形状的板簧。特别地，其经常会形成弯曲成凹陷状的上表面和/或下面表。为防止这种情形，根据本发明，在生产板簧的时候使用如下形式的压模，即，至少在用于板簧上表面和下表面的部位处，其型面在截面上为凹形，以便生产出带有凸形表面的板簧。

因此，本发明涉及一种用纤维复合材料制成的板簧，其特征在于，在垂直于其自身纵向延伸的方向上，至少其上表面和/或下表面弯曲成凸起状。在将其在紧固夹具中加紧到车辆上时，板簧的边缘不再向上或向下突出，因此也就不可能出现取决于紧固条件的开裂和/或损坏。

有利地可将板簧设计成带有在横截面上成凸起状的侧表面，以使得其边缘具有特别钝的角，这进一步减小了产生裂缝或边缘损坏的危险性。

优选地可作如下设置，即，该板簧的至少上表面和/或下表面的凸起状拱形设计成如下形式，即，在夹紧时，将板簧安装到车辆上的固定装置至少不会首先接触到板簧的边缘。

根据本发明的另外一个改进方案可作如下设置，即，在纵向上看，该板簧的至少上表面和/或下表面，仅在紧固部位上弯曲成凸起状或设计成球状。这样，就避免了在轴向上所述紧固部位之间增加材料耗费。

此外还可作如下设置，即，该板簧至少上表面和/或下表面的凸起状拱形，可设计成横跨整个横截面宽度，也可以设计成仅位于板簧的轴向指向的边缘区域内。

当然，为了实现相同的技术效果，也就是避免板簧的裂缝形成或者纵向边缘的损坏，可使加紧板簧的紧固装置的接触面具有凹形的表面。这样，板簧的边缘和各自的紧固装置之间的直接接触也不会出现。然而，这种形式的紧固装置的生产只能够通过切削生产过程来实现。与使用仅作稍微修改压模所进行的纤维复合板簧的成型过程相比，前者的费用更加高昂。

在本说明中附带有图纸，用于阐明本发明。其中：

图1显示了根据本发明所述的板簧的示意性的俯视图，

图2显示了图1的A-A位置处，穿越过传统板簧的紧固区域的横截面以及所使用的紧固装置，而

图3显示了与图2相似的图，但图中为根据本发明所设计的板簧。

相应地，图1显示了板簧1的示意性的俯视图，其由纤维复合材料所制成并具有尽可能为方形的周边轮廓2。该纤维复合材料由尽可能地相互平行的纤维4所构成，其可以是例如玻璃纤维、碳纤维或尼龙纤维，这些纤维不经切断地从板簧的一个轴向端部3延伸到其对面的轴向端部3，并被嵌入到经时效硬化的人造树脂中。举例而言，该板簧1可安装在汽车、例如城市运货车辆上，其中，该板簧布置成与车辆纵轴相垂直。

该板簧1可通过其紧固区域5、6、6’和7而连接到车辆零件上，其中，轴向外侧固定区域5和7通常用于车辆左右前轮的车轮悬架，而中间的紧固区域6和6’在车身上分配有双重的偏心紧固点。

根据现有技术，将板簧15紧固到所述车辆零件时，其过程就如同在图2的A-A横截面图示中简化地显示出的形式。此处，在紧固区域5内，在使用压紧力F时，第一紧固件8位于板簧15的上表面11上而第二紧固件9位于板簧15的下表面12上。由于根据现有技术，受生产限制，该板簧15将具有轻微呈凹陷状的上表面11以及轻微呈凹陷状的下表面12，因此，在板簧15第一次加载时，压紧力F基本上都作用在该板簧的纵向边缘10上，以至于该纵向边缘部分受损坏或至少出现裂缝，就如图2中所显示的，而这也正是要避免的。

图3显示了从根据本发明的板簧中穿过的、根据图1所示的A-A横截面。其中可清晰看出，该板簧1具有凸起状的上表面13和凸起状的下表面14。优选地将该表面13、14的拱形形状或球形形状设计成如此的细微，以使得在压紧力F作用下，板簧1的边缘10不会首先受到冲击，而是面积较大的中部区域首先受到加载。这样就避免了在板簧1中形成裂缝，从而明显地延长了其使用寿命。

参考标号

1板簧

2板簧的周边轮廓

3板簧的轴向端部

4纤维

5旁边的紧固区域

6中间的紧固区域

6′中间的紧固区域

7旁边的紧固区域

8固定件

9固定件

10边缘

11板簧的上表面，凹陷状

12板簧的下表面，凹陷状

13板簧的上表面，凸起状

14板簧的下表面，凸起状

15板簧，现有技术水平

F压紧力

Claims (6)

1.一种由纤维复合材料制成的板簧(1)，其特征在于，在垂直于板簧纵向延伸方向的方向上，所述板簧(1)的至少上表面(13)和/或下表面(14)弯曲成凸起状。

2.根据权利要求1所述的板簧，其特征在于，所述板簧(1)的侧表面也弯曲成凸起状。

3.根据权利要求1或2所述的弹簧，其特征在于，所述板簧(1)的至少所述上表面(13)和/或所述下表面(14)仅在所述板簧(1)的紧固区域(5，6，6’，7)内弯曲成凸起状。

4.根据权利要求1至3中至少一项所述的板簧，其特征在于，凸起的弯曲结构设计成，在安装时，将所述板簧(1)固定到车辆上的紧固件(8，9)不会首先接触所述板簧(1)的边缘(10)。

5.根据权利要求1至4中至少一项所述的板簧，其特征在于，至少所述上表面(13)和所述下表面(14)上的凸起状弯曲结构设计成越过所述板簧(1)的整个横截面范围，或设计成仅仅位于所述边缘(10)的区域中。

6.根据权利要求1至5中至少一项所述的板簧，其特征在于，至少所述上表面(13)和/或所述下表面(14)上的凸起状弯曲结构可通过带有凹陷状型面的加工模具而制成。

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