CN102341255A - 板式弹簧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽车的底盘的板式弹簧装置，板式弹簧(1，7)在端侧通过车身连接部(11)与车体结构(12)相联，在居中区域通过居中连接部(8)与汽车的车轴(9)相联；板式弹簧(1，7)包括多个玻璃纤维复合塑料层(2，3)；在由玻璃纤维复合塑料制成的上层(2)和由玻璃纤维复合塑料制成的下层(3)之间设置有由碳素纤维复合塑料制成的增强部件(4，5)；至少一个增强部件(4，5)横靠一个居于上、下层(2，3)之间的核心部(6)设置，该核心部是由不同于增强部件(4，5)的材料制成，其特征在于：板式弹簧(7)的居中连接部(8)具有一支承面，板式弹簧(7)在该支承面上得以支撑；该支承面相对于汽车的竖直轴线(Z)倾斜一个角度(γ)；一个车轴(9)的各居中连接部(8)是反向倾斜的；车身连接部(11)具有一用于板式弹簧(7)的端部(10)的支承轴线(A)；垂直于支承轴线(A)的一个平面相对于汽车的竖直轴线(Z)倾斜一个角度(γ)；一个车轴(9)的两个板式弹簧(7)的支承轴线(A)是反向倾斜的。

Description

板式弹簧装置

本发明涉及一种用于汽车的底盘的板式弹簧装置。

汽车的弹性减震及缓冲阻尼系统特别是首先对垂直方向的车辆振动发生作用。弹性减震系统的设计对于行驶舒适感而言是具有决定性意义的，也就是说，对于车上乘客以及运载货物的振动负荷是决定性的。此外，弹性减震系统对于行驶安全性也具有决定性影响。板式弹簧是属于已知的弹性减震元件，它们既用在轿车(PKW)中，也用在商用车范围。板式弹簧是设计成单层的或多层的，在某些应用场合中也可承担车轮导向的功能。它们能够有利地将力导入到车身中。钢制的板式弹簧具有相当大的重量。而就是在商用车范围内也应该尽可能实现大的重量减省，借以在保持允许的总重量的情况下，能够携带尽可能多的装载量。当然，较轻的板式弹簧装置也会对燃油消耗产生正面影响。因此，在现有技术中，不仅有钢制的板式弹簧，也有用玻璃纤维增强的塑料(GFK)制造的板式弹簧，借以减轻重量。

对于配有用玻璃纤维增强的塑料制成的纵向板式弹簧的整体桥，与钢制的板式弹簧相比，在弹簧宽度相同的情况下，在Y-方向上亦即横向于行驶方向的刚性变得更小，而在Z-方向上亦即在汽车的竖直方向中，由GFK制成的板式弹簧则具有与钢制板式弹簧相同的刚性。

然而，在Y-方向上较高的挠弹性却会对车辆的侧向导向特性有负面影响，因为在侧向力的作用下可能造成车轴的较大横向偏移。对这种较大的横向偏移，可以采取下述措施加以克服：使用这样的板式弹簧，其中至少有一层是由一种金属型材构成。在DE 198 147 92 A1中介绍了这样一种板式弹簧。不过，金属型材的重量高于玻璃纤维增强的塑料，因此通过金属加层无法实现所希望的节省潜能。此外，这种弹簧的制造过程是很复杂的。

在JP 540 25 986 A2中提出：设置一个由碳素纤维制成的纤维增强的塑料(CFK)内层，在其两侧带有GFK-纤维，从而这种三层式结构总体上便具有更高的强度。刚性较大的CFK-纤维的重量很小，由于其刚性较高或者说弹性较小之故而应该被设置在板式弹簧的中位纤维的范围内，也就是说，首先被设置在居中区域内。而其主要缺点则在于CFK-材料比起玻璃纤维材料要昂贵很多。目前该因数按1公斤纤维计大约是1∶16的样子。

DE 101 39 780 A1公开了一种具有改进的侧面刚度的复合板式弹簧。侧面刚度的提高是通过在一玻璃纤维复合材料弹簧的纵侧区域内引入两个碳素纤维嵌件而实现的。碳素纤维嵌件的体积量最好在弹簧总体积的10～20体积百分比之间，并且是悬挂系统中所要求的负荷特性的一个函数。复合材料板式弹簧与传统的钢制板式弹簧相比，带来了玻璃纤维弹簧的重量上的优势。

GB 2 041 846 A也公开了一种板式弹簧装置，其中，板式弹簧的中部结构具有一个支承面，板式弹簧在该支承面上得以支撑。该支承面相对于汽车的竖直轴线以一定角度倾斜。板式弹簧的这种构造设计由于水平定向的端部和由于倾斜的居中连接部之故，是相当复杂的，因为在沿Z-方向垂直弹动时，在居中连接部区域内的力作用方向会导致产生一个依Y-方向的分力。

本发明的目的在于，提供一种用于汽车的底盘(Fahrwerk)的板式弹簧装置，其特点是：重量小，制造经济，同时相对于侧向力有高的刚性。

上述目的通过具备权利要求1特征的板式弹簧装置得以实现。

本发明的一些有利发展是各从属权利要求的主题。

本发明提出的板式弹簧装置用于汽车的底盘，它包括一板式弹簧，该板式弹簧在端侧通过车身连接部与车体结构相联，并且在其居中区域通过居中连接部与汽车的车轴(Fahrzeugachse)、特别是整体桥(Starrachse)相联。板式弹簧按已知方式，是包括多个玻璃纤维复合塑料层，其中，在由玻璃纤维复合塑料制成的上层和由玻璃纤维复合塑料制成的下层之间设置有由碳素纤维复合塑料(CFK)制成的增强部件。

至少一个增强部件横靠

一个居于上、下层之间的核心部设置，其中，该核心部是由玻璃纤维复合塑料制成的。采用了一种由CFK制成的纵侧增强部件，该纵侧增强部件在成本上所占权重不像整个由CFK制成的中间层那样大。这里，CFK-增强部件仅是沿纵侧横靠着存在，也就是说，离开板式弹簧的中心纵向平面有一定距离。根本原因是：就侧向作用的力而言，由CFK制成的核心部占有横向方向上弯曲刚度的一个不太大的份额，因为最大的弯曲应力是出现在离开中位(neutral)纤维一定距离处，而不是出现在中位纤维内。侧面刚度的进一步提高固然可通过一个CFK-核心部予以实现，但这种措施对于在采用CFK材料时与之相关联的成本是不成比例的。因此，CFK材料只用在板式弹簧的这些依横向方向产生最高弯曲应力的区域内，从而在低成本的情况下仍能达到高的阻力矩。

除了板式弹簧的中间层的材料技术匹配之外，该板式弹簧总体上是如此加以定向的，即，能达到更好的侧向导向效果。板式弹簧的中部结构具有一支承面，以用于板式弹簧的支撑，其中，该支承面相对于汽车的竖直轴线倾斜一个角度γ。

在车身连接部中端侧支承轴线也都是以一个角度γ倾斜的。弹簧几何构形不需要改变。可以使用相同的板式弹簧，这些板式弹簧也可用在支承轴线为水平的情况下或者支承面水平延伸的的情况下。

由于相对于由GFK制成的板式弹簧而言，CFK的刚度无论在拉力方向中还是压力方向中都提高了E-模数，所以增强部件适宜在两侧设置于核心部的纵侧。在此，这些增强部件与核心部可以具有相同的厚度，其中，核心部或者说增强部件的厚度在板式弹簧的纵向延伸上是可以变化的。典型的情况是，核心部以及整个板式弹簧的厚度朝居中连接部那边逐渐增大，而朝车身连接部那边则逐渐减小。可以设想：只有核心部或者增强部件的厚度是可变的，而由GFK制成的上层和下层则基本上具有恒定的厚度。通常的情况是，GFK-弹簧的厚度朝端部再次增大，因为在该处必须提供这样的可能性，即，要实现与车身的连接。为此，可在板式弹簧的端部配置相应的支承。

对各增强部件本身来说，其分别观察都要比核心部更窄，并且最好是在板式弹簧宽度的20％至50％的区域上延伸。

理论上来说，可以使增强部件比由GFK制成的邻接的层更宽。而因为增强部件也是支撑于这些在上、下侧邻接的GFK-层上，并且借此防止该由CFK制成的增强部件发生扭曲，所以适宜的做法是：增强部件在纵侧并不突伸超出由GFK制成的上层和下层。换言之，若所有的层都具有相同的宽度，则认为是有利的。

对于所有的变型方案，角度γ最好是在1°至20°的范围内，特别是在1°至5°的范围内。

下面将参照在附图中所示的实施例对本发明作详细阐释。

附图表示：

图1利用钢制板式弹簧加以支承的汽车整体桥的示意图；

图2由GFK/CFK制成的板式弹簧的透视图；

图3图2所示板式弹簧的一个端部的放大图；

图4图2所示板式弹簧的分解图；

图5图4所示的一个局部的放大图；

图6板式弹簧连接部的透视图；

图7图6所示板式弹簧连接部的端视图。

图1表示出车轴的示意图，这里是作为汽车后轴(后桥)的一种整体桥示出的。整体桥的特征在于：轮距、前束和外倾角对于行驶道路而言总是恒定的，通常都提供良好的车道行驶安全性。制造成本是低的。但是在沿Y-方向作用的侧向力FS的影响下可能会导致板式弹簧发生不利的变形，如果板式弹簧不是由钢制成而是由纤维增强的塑料制成的话。

依本发明，图1中所示的钢制板式弹簧被由玻璃纤维复合材料和碳素纤维复合材料(GFK/CFK)制成的板式弹簧所替代。图2表示了这样一种板式弹簧1。该板式弹簧具有一种三层式结构，具有一个由GFK制成的上层2及一个由GFK制成的下层3。在上下层2、3之间设置有由CFK制成的增强部件4。参照图2可以看出：中间的那层或者说增强部件4在板式弹簧的中部区域比在端部具有更大的厚度。而上、下层2、3则具有一种在总长度上都保持相等的厚度。此外，在图2中示出了作用的侧向力FS和反作用力，反作用力是作用在板式弹簧1的端部。虚线例如表示一条弯曲线，该弯曲线是在上述力的作用影响下产生的。

从图3所示的稍加放大的示图中可以看出：在上、下层2、3之间设置了两个彼此有一定间隔距离的增强部件4、5。增强部件4、5的设计结构完全一致，如由图4所示的分解图或图5中所示的放大图可以得知。在这两个增强部件4、5之间有一个优选由GFK制成的核心部6。

按本实施例，也就是在上层2和下层3之间的芯部区域用一种包括GFK和CFK的混合材料加以填充。因为核心部6和两个侧边的增强部件4、5完全地填满了两层之间的区域，所以不存在空腔。从图4可以很好地看出：核心部6在其居中的部位还是凸鼓起来的，就是说，比起端部那边具有更大的厚度。

核心部6比增强部件4、5要宽得多。依本实施例，其比例约为3∶2。也就是说，核心部在宽度的大约60％上延伸，而两个宽度相等的增强部件4、5则各自在宽度的大约20％上延伸。总体上说，芯部区域是对称地设计的，即：两个增强部件4、5离开中心竖直轴线M或者说离开图中未详示的中心横向平面(中心竖直轴线M在该平面内延伸)的距离相等。还可以设想采用非对称的设置方式，即：增强部件具有彼此不同的宽度，或者也可能核心部是非对称地设计的。也可以仅在板式弹簧的局部区域内存在对称性或非对称性，使一个板式弹簧在至少一个纵向区段中具备一种对称结构或非对称结构，而在其它区域内的结构则采用不同方式。

图6表示出一种板式弹簧7的实施形式，它经由一个居中连接部8与一个作为整体桥设计的车轴9相连。该板式弹簧7的端部10可回转运动地支承在车体结构12的车身连接部11上。

其特点在于：该板式弹簧7转过一定的角度γ。旋转轴线就是汽车的纵轴线，即X-轴线。该角度γ在这里是针对竖直轴线或Z-轴线绘入的。参照图7可以再一次明显看出：板式弹簧7端部10的以A表示的支承轴线不是以Y-方向指引，而是转了角度γ。

在本实施例中，板式弹簧7以角度γ从车辆中心偏转开。对于轮轴的倾斜，应该是指人们所说的正的车轮外倾角。但依目前情况，被倾斜的不是轮轴，而只是板式弹簧7的支承轴线A。

在本发明的范围内，针对在同一车轴9上的第二个板式弹簧未作图示。不言而喻，在该车轴的另一端上相应的板式弹簧是按相反方向偏转的，从而得到一种对称结构。依本实施例，角度γ为10°。

附图标记：

1  板式弹簧

2  上层

3  下层

4  增强部件

5  增强部件

6  核心部

7  板式弹簧

8  居中连接部

9  车轴

10 7的端部

11 车身连接部

12 车体结构

A  支承轴线

M  中心竖直轴线

FS 侧向力

Claims (7)

1.用于汽车的底盘的板式弹簧装置，其中，板式弹簧(1，7)在端侧通过车身连接部(11)与车体结构(12)相联，并在居中区域通过居中连接部(8)与汽车的车轴(9)相联；其中，所述板式弹簧(1，7)包括多个以玻璃纤维复合塑料构成的层(2，3)；其中，在由玻璃纤维复合塑料制成的上层(2)和由玻璃纤维复合塑料制成的下层(3)之间设置有由碳素纤维复合塑料制成的增强部件(4，5)；其中，至少一个增强部件(4，5)横靠一个居于上、下层(2，3)之间的核心部(6)设置，该核心部是由一种不同于增强部件(4，5)的材料制成，其特征在于：所述板式弹簧(7)的居中连接部(8)具有一支承面，板式弹簧(7)在该支承面上得以支撑，其中，所述支承面相对于汽车的竖直轴线(Z)倾斜一个角度(γ)，并且，一个车轴(9)的各居中连接部(8)是反向倾斜的；其中，所述车身连接部(11)具有一用于板式弹簧(7)的端部(10)的支承轴线(A)，其中，与所述支承轴线(A)垂直的一个平面相对于汽车的竖直轴线(Z)倾斜一个角度(γ)，并且，一个车轴(9)的两个板式弹簧(7)的支承轴线(A)是反向倾斜的。

2.按权利要求1所述的板式弹簧装置，其特征在于：所述核心部(6)是由玻璃纤维复合塑料制成的。

3.按权利要求1或2所述的板式弹簧装置，其特征在于：所述增强部件(4，5)设置在所述核心部(6)的两侧。

4.按权利要求1至3中任一项所述的板式弹簧装置，其特征在于：所述至少一个增强部件(4，5)与所述核心部(6)具有相同的厚度。

5.按权利要求1至4中任一项所述的板式弹簧装置，其特征在于：增强部件(4，5)总共有这样的宽度，即，在板式弹簧(1，7)宽度的20％至50％宽度上延伸。

6.按权利要求1至5中任一项所述的板式弹簧装置，其特征在于：所述至少一个增强部件(4，5)在纵侧并不超出于所述上层和下层(2，3)突伸。

7.按权利要求1至6中任一项所述的板式弹簧装置，其特征在于：所述角度(γ)在1°至20°的范围内，特别是在1°至5°的范围内。

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