CN115552141A - 由纤维塑料复合材料制成的弯曲弹簧元件 - Google Patents

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Abstract

在由纤维塑料复合材料(4、23)制成的弯曲弹簧元件(1)中，其中弯曲弹簧元件(1)在中心平面的两个彼此相反侧(9、10)上分别具有由纤维塑料复合材料(4)制成的功能层(2、3)，在至少一个纵向区段(14)中布置至少一个平行于两个功能层(2、3)且沿着纵向方向(7)延伸的基质材料输出层(17)，所述基质材料输出层具有至少一定比例的输出层纤维(18)，这些输出层纤维与弯曲弹簧元件(1)的纵向方向(7)偏离地排列。在弯曲弹簧元件(1)的至少一个弯曲区段(13)内在功能层(2、3)中的弯曲弹簧纤维(5)的第一体积比例比所述至少一个纵向区段(14)内在功能层(2、3)中的弯曲弹簧纤维(5)的第二体积比例小，优选小若干%。

Description

由纤维塑料复合材料制成的弯曲弹簧元件
本发明涉及由纤维塑料复合材料制成的弯曲弹簧元件，其中弯曲弹簧元件在中心平面的两个彼此相反侧上分别具有由纤维塑料复合材料制成的功能层，其中在各自功能层内的弯曲弹簧纤维至少成束地相对彼此平行排列并且沿着弯曲弹簧元件的纵向方向延伸，其中弯曲弹簧元件具有至少一个弯曲区段，在该弯曲区段中无负载弯曲弹簧元件的在两个功能层之间延伸的中心平面在弯曲弹簧元件的纵向方向上以弯曲大于90°的方式延伸，其中弯曲弹簧元件具有至少一个纵向区段，在该纵向区段中无负载弯曲弹簧元件的中心平面要么没有明显的弯曲、要么具有弯曲反转，并且其中当弯曲弹簧元件按预期偏转时，在弯曲区段中向外布置的功能层区段受到拉应力，并且在弯曲区段中相反且向内的功能层区段受到压应力。
弯曲弹簧元件可以被设计成一体的并且形成弯曲弹簧或弯曲弹簧装置。也可以将多个弯曲弹簧元件组合成一个弯曲弹簧装置并相互有效连接。例如，单个弯曲弹簧元件可以被设计成杆的形状并且具有笔直或略微弯曲的走向。也已知这样的弯曲弹簧元件，它们具有复杂的弯曲走向和例如C形或S形形状或多个交替和被设计成曲折的弯曲。
弯曲弹簧元件可以由不同的材料制成。例如，传统的弯曲弹簧元件通常由合适的弹簧钢制成。这种弯曲弹簧元件可以成本有利地制造，其中弯曲弹簧元件的形状可以与各自的目的相匹配。由弹簧钢或由其它合适金属制成的弯曲弹簧元件经久耐用并且具有有利的弹簧性能。
由合适的纤维塑料复合材料制造弯曲弹簧元件也是已知的并且已经针对各种应用领域进行了测试。在此，通常使用纤维塑料复合材料，其中准连续纤维嵌入在合适的塑料基质材料中。通过主要负责沿弯曲弹簧元件传递拉力和压力的各个纤维的布置和排列，可以促进有利的弹簧性能。在此，取决于变形，主要通过功能层中的弯曲弹簧纤维来传递拉力或压力。相反，如果按预期进行变形，在中心平面(也称为中心纤维或零线)中不出现拉力或压力。在中心平面的两侧上布置的功能层可以均匀制造并相互融合，从而形成由均匀纤维复合材料制成的一体式弯曲弹簧元件。与由金属制成的弯曲弹簧元件相比，由纤维塑料复合材料制成的弯曲弹簧元件可以具有更小的重量和更好的对环境条件，特别是对水分的耐受性。由合适的纤维塑料复合材料制成的弯曲弹簧元件可以有利地用于机动车中。
如果弯曲弹簧元件被设计成具有均匀的厚度或具有两个功能层之间的均匀距离，则弯曲弹簧元件的厚度必须与在按预期的预设最大的力作用于弯曲弹簧元件的弯曲区段时可能发生的拉应力和压应力相匹配。在毗邻的纵向区段中在此出现明显较小的应力，以使得弯曲弹簧元件在该纵向区段中具有均匀厚度时是尺寸过大的。弯曲弹簧元件的重量以及材料成本此时会过高，这特别是对于通常追求的具有纤维塑料复合材料的轻质构造而言被认为是不利的。
由纤维塑料复合材料制造弯曲弹簧元件通常与高制造花费相关联，随之与高制造成本相关联。在此，尤其是在弯曲弹簧元件具有变化厚度的情况下，花费非常巨大并且对于制造成本而言通常具有决定性，这在准备大量不同长度的预制纤维塑料复合材料条或预浸料、将它们布置在模具中以及随后将它们进行压制时产生。
例如在US 3,968,958中描述了基本上被设计为平面板簧的弯曲弹簧元件。不同长度的预制预浸料的制造，特别是将它们布置在模具中以及在预浸料在模具中的压力下进行的固化操作期间将它们固定是与通常只能手动进行的巨大花费相关联的。通过布置在外部功能层之间的被设计成较短的附加中间层，额外地增强板簧的中间区段。
因此，被认为是本发明目的的是设计由塑料复合材料制成的弯曲弹簧元件，以使得该弯曲弹簧元件可以成本有利地制造，可以容易地在各个区段中与通常出现的应力相匹配，并且可以具有尽可能有利的弹簧性能。
根据本发明，该目的通过以下方式实现：弯曲弹簧元件在所述至少一个纵向区段中具有至少一个平行于两个功能层且沿着纵向方向延伸的基质材料输出层，该基质材料输出层具有至少一定比例的输出层纤维，这些输出层纤维与弯曲弹簧元件的纵向方向偏离地排列，并且在所述至少一个弯曲区段内在功能层中的弯曲弹簧纤维的第一体积比例比所述至少一个纵向区段内在功能层中的弯曲弹簧纤维的第二体积比例小，优选小若干%。
已经表明，通过使沿弯曲弹簧元件的纵向方向的功能层中的弯曲弹簧纤维的体积比例局部地与分别通常发生的应力相匹配，特别是通过使所述纵向区段中的弯曲弹簧纤维的体积比例比所述至少一个弯曲区段中高，任选明显高，可以在较小的材料和制造花费的情况下实现特别有利的弹簧性能。有利地设置，弯曲弹簧纤维的体积比例在所有纵向区段中比在所有弯曲区段中高。由于与弯曲区段相比在纵向区段中的弯曲弹簧纤维的体积比例不同，可以为弯曲弹簧预设不同的重要性能，例如弯曲刚度或扭转刚度，并与纵向区段和弯曲区段的各自功能相匹配。
例如通过将具有沿着弯曲弹簧元件的纵向方向排列的单向连续弯曲弹簧纤维的预制预浸料置于模具中，可以制造根据本发明的弯曲弹簧元件。所述预浸料任选地用额外添加的基质材料浸渍以及被加热和压制，直到该基质材料固化。已经表明，功能层内的仍可流动的基质材料基本沿着嵌入其中的弯曲弹簧纤维流动，并且与其横向地，基质材料只能以明显较低的流速流动，因为弯曲弹簧纤维阻碍和拦截基质材料。
为了能够在弯曲弹簧元件的不同区段中预设弯曲弹簧纤维的不同的体积比例，根据本发明设置，在具有较高体积比例的区段中布置基质材料输出层，该基质材料输出层在压制弯曲弹簧元件时在基质材料的固化操作期间与毗邻的功能层相比具有明显较低的横向于纵向方向的流动阻力。由此，在压制期间在纵向区段中仍可流动的基质材料可以首先流入基质材料输出层，然后快速地从弯曲弹簧元件的侧面流出，而其在弯曲区段中由于功能层中沿着纵向方向排列的弯曲弹簧纤维可以基本沿着弯曲弹簧元件的纵向方向流动，但不可以或在每种情况下仅可以小比例从侧面离开。通过在纵向区段内增加基质材料的输出，弯曲弹簧纤维的比例在此处与基质材料相比增加，而弯曲区段中弯曲弹簧纤维的比例与基质材料相比在压制过程中几乎没有变化，并且决定性地由预制的预浸料和任选基质材料的额外添加来预设。
使用基质材料输出层已被证明比其它方法(例如沿弯曲弹簧元件的纵向方向的不同大小的压制压力)明显更有效且可更好控制。此外，弯曲弹簧元件的功能层可以由在弯曲弹簧元件的整个长度上连续延伸的均匀预浸材料条组成，而无需预设和置入局部不同的预浸料或不同数量的预浸料子层。也可以仅仅使用具有沿纵向方向在整个弯曲弹簧元件上延伸的连续弯曲弹簧纤维的预浸料，由此可在低材料花费的情况下制造高品质的弯曲弹簧元件。
根据本发明想法的一个实施方式设置，所述至少一个弯曲区段中的弯曲弹簧纤维的第一体积比例小于55%，优选小于52%，并且所述至少一个纵向区段中的弯曲弹簧纤维的第二体积比例大于55%，优选大于58%。已经表明，约50%的在弯曲区段内的弯曲弹簧纤维的体积比例和约60%的在纵向区段内的弯曲弹簧纤维的体积比例对于许多应用情况而言实现弯曲弹簧元件的有利性能，同时弯曲弹簧元件的固有重量相对很低。
基质材料输出层可以由各种材料组成或由各种材料组分组成。对特别合适的基质材料输出层的基本要求是相对高的孔隙率和高的抗变形强度，以使得基质材料输出层在压制期间不被过度压缩和致密，从而使可流动的基质材料可以快速通过基质材料输出层内的空腔流动，直到它可以从侧面离开。
可以有利地设置，基质材料输出层具有输出层纤维，它们沿着彼此成角度延伸的两个或多个方向排列，其中输出层纤维的平均取向沿着弯曲弹簧元件的纵向方向排列。输出层纤维的平均取向是指由各个输出层纤维的所有各个取向的叠加得到的取向。例如如果相同数量的输出层纤维在纵向方向上以相同方式朝着弯曲弹簧元件的第一纵向边缘和朝着相对的第二纵向边缘排列和延伸，则平均取向对应于弯曲弹簧元件的纵向方向。输出层纤维可例如以90°的角度相对彼此排列。为了避免在压制期间为基质材料横向于纵向方向预设优先方向(这可能导致弯曲弹簧纤维的比例被设计为横向于纵向方向不均匀)，输出层纤维应相对于两个纵向边缘对称地排列，即例如分别具有45°的相对于所述纵向边缘的角度，或者要么沿着纵向方向排列，要么横向于弯曲弹簧元件的纵向方向排列。通过横向于弯曲弹簧元件的纵向方向排列的输出层纤维的比例，减小横向于纵向方向的流动阻力，以使得更多的基质材料横向于纵向方向流动并且可以从侧面离开。也可以设想，基质材料输出层内的输出层纤维以0°至90°的相对于纵向方向的角度且相同分布地朝着两个纵向边缘排列，例如具有+20°或-20°的相对于纵向方向的角度。
根据本发明想法的一个有利实施方式设置，基质材料输出层中的输出层纤维各向同性地排列。输出层纤维可以不定向的方式布置在基质材料输出层内。也可以在基质材料输出层中使用相对短的输出层纤维。任选地可以设置，基质材料输出层中的输出层纤维的平均长度小于弯曲弹簧元件的横向于纵向方向测量的宽度。输出层纤维的平均长度也可以比横向于弯曲弹簧元件的纵向方向测量的弯曲弹簧元件的宽度明显短，并且例如仅为几毫米。
基质材料输出层可以例如是铺设物或针织物。其也可以是纺织物。特别有利地设置，基质材料输出层具有无纺材料。各个输出层纤维可以在有或没有基质材料的情况下以各种方式固结成无纺材料。无纺材料可以用与功能层相同的基质材料或用不同的基质材料浸渍。
已经表明，使用单位面积重量小于200 g/m2 ，优选小于120 g/mm2 ，特别优选小于80 g/mm2的无纺材料是特别有利的。
根据本发明想法的一个实施方式设置，在弯曲弹簧元件的所述至少一个弯曲区段中具有布置在两个功能层之间的扩距元件，所述扩距元件由不同于所述两个功能层的材料制成。通过该扩距元件，可以增加横向于该弯曲弹簧元件的纵向方向测量的该弯曲弹簧元件的厚度。在按预期的负载时由于弯曲弹簧元件上的弯曲应力而出现的变形力可以特别有利地被由此变厚的弯曲区段的扩距元件吸收并且转化为弹簧能量。通过增加横向于纵向方向测量的功能层之间的距离以及因此增加功能层与中心平面和其中延伸的中心纤维之间的距离，弯曲弹簧元件在弯曲区段中具有比在毗邻的纵向区段中更大的抗变形性，而无需为此目的在功能层之间布置仅跨过弯曲区段延伸的额外中间层。
在此根据本发明，在弯曲区段中布置在两个功能层之间的扩距元件在纵向方向上具有连续变化的厚度，以使得该扩距元件从尖锐的第一端开始连续变厚，并在中心区域中具有最大厚度，以在相反的第二端越来越逐渐变细并也再次尖锐。以这种方式，可以避免弯曲弹簧元件中厚度的突然变化，这根据经验会导致应力峰值以及在按预期使用弯曲弹簧元件期间通常很高且任选过度的应力。
有利的是，扩距元件由尽可能抗剪切和剪切刚性的材料制成。原则上可以设想，扩距元件例如由木材或由合适的塑料材料制成。扩距元件可以预制或事先制造，其中扩距元件有利地已经具有与弯曲区段内的无负载弯曲弹簧元件的形状或走向相匹配的形状。
根据本发明想法的一个有利实施方式设置，扩距元件的材料是具有纤维的第二纤维塑料复合材料，所述纤维的长度分别小于30 mm，优选小于10 mm，特别优选小于1 mm。具有这种短纤维的第二纤维塑料复合材料可以特别有利地且成本有利地加工，并且制成扩距元件所需的形状。各个纤维在此不能跨过大面积传递拉力或压力，但这被证明是不必要的。通过在两个外部功能层之间布置扩距元件，在弯曲区段中的横向于弯曲弹簧元件的纵向方向测量的弯曲弹簧元件的厚度可以与弯曲弹簧元件的预期弯曲应力相匹配，并且被设计成比两个功能层的总厚度明显更厚。由第二纤维塑料复合材料制成的扩距元件可以具有低的固有重量。通过扩距元件的额外第二纤维塑料复合材料，弯曲弹簧元件的两个明显成本更贵的功能层可以被设计成在弯曲区段中相对薄，并与弯曲区段内的弯曲弹簧元件的功能层的按预期的或预想最大的拉应力和压应力相匹配。
已经发现，当第二纤维塑料复合材料中的纤维以不定向的方式布置时，弯曲弹簧元件具有特别有利的弹性性能。嵌入第二纤维塑料复合材料的基质材料中的纤维的这种不定向布置也被称为无规纤维。在许多应用情况中适用的是，纤维在第二纤维塑料复合材料中分布得越均匀，弹簧性能可以被设计为越有利。第二纤维塑料复合材料中的各个纤维的长度越短，可以越容易地实现扩距元件中纤维根据本发明均匀的分布以及各个纤维彼此之间均匀分布的取向。
根据本发明想法的一个特别有利的实施方式设置，第二纤维塑料复合材料具有与两个功能层相一致的塑料基质材料。通过将相同的塑料基质材料用于功能层和布置在功能层之间的扩距元件，可以实现扩距元件与两侧上毗邻的功能层的材料配合且无过渡的连接。由此甚至在弯曲弹簧元件受到高负载时避免功能层与扩距元件的无意脱离和至少使其变难。
可以通过在已经预制和任选预先形成的功能层之间引入糊状起始材料来制造扩距元件。在此，取决于所用材料，也可以通过已知的注射成型方法来制造扩距元件。然后可以将功能层与布置在它们之间的扩距元件连接在一起并且由此制造所需的弯曲弹簧元件。也可以通过已知的注射成型方法将扩距元件引入到已经布置在模具中的功能层之间的弯曲区段中。也可以设想，在单独的工作步骤中，将扩距元件与功能层分开制造。随后可以将功能层与布置在其间的扩距元件连接在一起并且形成和固结成所需的弯曲弹簧元件。
任选地设置，在弯曲弹簧元件的所述至少一个弯曲区段中的中心平面具有大于90°，优选大于150°，特别优选约180°的方向变化。在其走向在纵向方向上变化大于150°，优选变化约180°的弯曲区段的情况下，可以通过弯曲区段内的弯曲弹簧元件按预期的变形而特别有效地吸收横向于弯曲区段的两个端部区域的力作用，并且在低空间需求下产生高的弹簧恢复力和因此产生大的弹簧效应。
有利地，根据本发明的一个变型设置，弯曲弹簧元件具有至少两个被纵向区段彼此分开且朝着不同方向弯曲的弯曲区段，以使得中心平面具有跨过这两个弯曲区段的S形走向。具有至少一个被设计成S形的弹簧区段的弯曲弹簧元件，特别是具有两个或更多个被设计成彼此毗邻的S形弹簧区段的弯曲弹簧元件对于许多应用情况而言能够实现高弹簧力与尽可能低空间需求的特别有利组合。多个相似或结构相同的弯曲弹簧元件可以组合成弯曲弹簧装置，该装置将有利的弹簧性能与对环境影响的高耐受性和低固有重量相组合。根据本发明的弯曲弹簧元件或由多个弯曲弹簧元件组合的弯曲弹簧装置因此也特别适合用作机动车中的弹簧元件。
如果两个功能层的第一纤维塑料复合材料具有沿着弯曲弹簧元件的纵向方向单向排列的纤维，则功能层具有特别有利的性能。通过沿着纵向方向单向排列的纤维，功能层可以吸收特别高的拉力和压力。在此，功能层可以具有平行于纵向方向延伸的或以优选相对于纵向方向成锐角延伸的纤维或纤维束。合适的纤维可以例如是玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、金属纤维或天然纤维。合适的基质材料可以是与各自纤维匹配的塑料材料，例如合适的热固性塑料、弹性体或热塑性塑料。扩距元件可以具有与功能层相同的纤维或由不同材料制成的纤维。
任选地设置，第一纤维塑料复合材料具有纤维，所述纤维的长度沿着纵向方向跨过整个弯曲弹簧元件延伸。由此，作用于功能层的拉应力或压应力被准连续纤维分布在整个弯曲弹簧元件上，由此降低在过度负载情况下的断裂风险。
下面更详细地解释在附图中示意性地示出的示例性实施例。其中显示了：
图1 弯曲弹簧元件的示意性截面图，该弯曲弹簧元件具有包括多个弯曲区段和纵向区段的曲折走向，
图2 图1所示的弯曲弹簧元件沿图1中的II-II线的示意性截面图，
图3 图1所示的弯曲弹簧元件沿图1中的III-III线的示意性截面图，
图4 在模具中压制期间根据本发明的弯曲弹簧元件的纵向区段的截面图的示意图，
图5 包括多个弯曲区段和纵向区段的不同设计的弯曲弹簧元件的示意性截面图，其中在弯曲区段中分别布置扩距元件，该扩距元件增加所涉弯曲区段内的弯曲弹簧元件的横向于纵向方向测量的厚度，和
图6 图5所示的弯曲弹簧元件沿图5中的VI-VI线的示意性截面图。
在图1至3中以不同视图示出的弯曲弹簧元件1具有两个功能层2、3，它们分别由第一纤维塑料复合材料4制成。在这两个功能层2、3中，分别在塑料基质材料6中布置连续弯曲弹簧纤维5，以使得弯曲弹簧纤维5沿着纵向方向7跨过整个弯曲弹簧元件1延伸。在图1中为了清楚起见，仅显示了一些弯曲弹簧纤维5并且仅在沿纵向方向7的短区段上。纵向方向7对应于中心平面8的走向，该中心平面在两个功能层2、3的两个向外的外侧9、10之间分别与两个外侧9、10相等距离地延伸。在示例性示出的实施例中，中心平面8的走向也对应于中心纤维的走向，该中心纤维在弯曲弹簧元件1的两个端部区域11、12上分别横向于纵向方向7按预期的力作用F下无负载。
中心平面8具有曲折的走向。弯曲弹簧元件1包括三个具有约180°变化的弯曲走向的弯曲区段13，它们分别布置在两个纵向区段14之间。两个端部区域11、12分别由纵向区段14形成，在该纵向区域中弯曲弹簧元件1具有中心平面8的大致笔直或非常平坦且仅略微S形的走向。在三个弯曲区段13之间还形成纵向区段14，在该纵向区域中中心平面8大致笔直或略微S形延伸并且具有从第一弯曲区段13到相邻第二弯曲区段13的弯曲反转。
嵌入功能层2、3的基质材料6中的弯曲弹簧纤维5基本平行于所涉功能层2、3的各自外侧9、10延伸并且沿着纵向方向7在整个弯曲弹簧元件上延伸。在图2和3所示的截面图中，各个纤维5的取向因此垂直于图画平面并且在图1所示的截面图中在图画平面内延伸。在按预期作用于弯曲弹簧元件的力F的情况下，弯曲弹簧纤维5基本沿着各自弯曲区段13中向外的外侧区段15受到拉应力，并且沿着弯曲区段13中向内的外侧部分16受到压应力。弯曲弹簧纤维5越靠近各自外侧9、10布置，则在按预期变形期间出现且作用于弯曲弹簧纤维5上的拉力或压力就越高。
在纵向区段14中，在两个功能层2、3之间在中心平面8的区域中分别布置基质材料输出层17。基质材料输出层17由厚度小于1 mm且单位面积重量为约100 g/mm2的无纺层组成。该无纺层由输出层纤维18的固结铺设物组成，所述输出层纤维均匀分布在无纺层中并且是不定向和各向同性或无规和非笔直延伸排列的。在图中为了清楚起见，基质材料输出层17没有按比例示出并且明显更厚。
图2显示了穿过弯曲弹簧元件1的弯曲区段13的截面图。两个功能层2、3被设计成不是彼此分开的，而是一体的并且彼此之间没有界面，以使得弯曲弹簧元件1在弯曲区段13中由被设计成均匀的纤维复合材料组成，其中弯曲弹簧纤维5垂直于图画平面排列。
图2显示了穿过弯曲弹簧元件1的纵向区段14的截面图。在两个功能层2、3之间布置材料基质输出层17或无纺层。各个输出层纤维18在基质材料输出层17内无规和不定向延伸。
为了制造根据本发明的弯曲弹簧元件1，对于各个功能层2、3而言将多个具有沿着纵向方向7单向排列的连续弯曲弹簧纤维5的预浸料置于模具20的被设计成U形的下部19中。基质材料输出层17置于并布置在两个功能层2、3之间。为了压制弯曲弹簧元件1，将模具20的压模21引入下部19中并且将弯曲弹簧元件1在压模21和模具20的下部19之间压在一起。在固化操作期间，最初为液体的基质材料6 (通常是合适的树脂)凝固和固化，以形成具有所需性能的弯曲弹簧元件1。
仍可流动的基质材料6首先被基质材料输出层17吸收。由于压制，额外的基质材料6流入基质材料输出层17。由于基质材料输出层内的基质材料6可以横向于纵向方向7并因此在图4中沿图画平面的方向特别快速且以相对少的流动阻力流动，基质材料6随着压制压力的增加而从基质材料输出层17的侧面流出并且通过压模21和周围的模具20的下部19之间的间隙被压出模具20，如由图4中的箭头所示。在此，在纵向区段14内由于仅布置在那里的基质材料输出层17，比在弯曲区段13内明显更多的基质材料6被从侧面压出和输出。因此，基质材料6的剩余体积比例在纵向区段14中比在弯曲区段13中小。由此，弯曲弹簧纤维5的体积比例在弯曲区段13中比在纵向区段14中小。
在图5中仅示意性示出的包括多个弯曲区段13和纵向区段14的不同设计的弯曲弹簧元件1的实施例中，在弯曲区段13中分别布置扩距元件22，其增加在所涉弯曲区段13内的弯曲弹簧元件1的横向于纵向方向7测量的厚度。扩距元件22使弯曲区段13内的两个功能层2、3的向外的外侧区段15和向内的外侧区段16之间的距离更大，由此实现在所涉弯曲区段13的区域中弯曲弹簧元件1的有利弹簧性能。
扩距元件22具有大致镰刀形形状。在各自的弯曲区段13中布置在两个功能层2、3之间的扩距元件22在此根据本发明在纵向方向7上具有连续变化的厚度，以使得扩距元件22从尖锐的第一端开始连续变厚并在中心区域中具有最大厚度，以朝着相反的第二端越来越逐渐变细并也再次尖锐。以这种方式，可以避免弯曲弹簧元件1中厚度的突然变化，这根据经验会导致应力峰值以及在按预期使用弯曲弹簧元件1期间通常很高且任选过度的应力。两个扩距元件22不一定必须相对于中心平面8对称地设计。
各个扩距元件22由第二纤维塑料复合材料23制成。第二纤维塑料复合材料23具有与第一纤维塑料复合材料4相同的基质材料6，以使得扩距元件22与两个毗邻的功能层2、3材料配合且均匀地连接，而不在扩距元件22和毗邻的功能层2、3之间形成可能损害弯曲弹簧元件1的机械强度的界面。
图5中记入的截面图II-II和III-III对应于图2和3所示的截面图。图6显示了在弯曲区段13中的截面图VI-VI，该弯曲区段具有沿着图5的切割线VI-VI嵌入其中的扩距元件22。在第二纤维塑料复合材料23的基质材料6中布置短纤维24，其具有1 mm至5 mm的优选均匀的长度。短纤维24在扩距元件22中以不定向的方式排列，以使得在第二纤维塑料复合材料23的基质材料6中存在短纤维23的基本均匀的分布和沿着所有方向排列的分布。
特别是在横向于中心平面8的走向的各自厚度方面安排扩距元件22的尺寸，以使得弯曲弹簧元件1在通常出现的力作用的预设范围内具有有利的弹簧性能并且基本排除对弯曲弹簧元件1的损坏。同时，也确定功能层2、3的尺寸，以使得可以在预设的使用期限内实现弯曲弹簧元件1的预期使用，但对于功能层2、3和扩距元件22而言使用尽可能少的材料，以使得根据本发明的弯曲弹簧元件1具有有利的弹簧性能和同时特别低的固有重量。

Claims (16)

1.由纤维塑料复合材料(4、23)制成的弯曲弹簧元件(1)，其中弯曲弹簧元件(1)在中心平面的两个彼此相反侧(9、10)上分别具有由纤维塑料复合材料(4)制成的功能层(2、3)，其中在各自功能层(2、3)内的弯曲弹簧纤维(5)至少成束地相对彼此平行排列并且沿着所述弯曲弹簧元件的纵向方向(7)延伸，其中所述弯曲弹簧元件(1)具有至少一个弯曲区段(13)，在所述弯曲区段中无负载弯曲弹簧元件(1)的在两个功能层(2、3)之间延伸的中心平面(8)在所述弯曲弹簧元件(1)的纵向方向(7)上以弯曲大于90°的方式延伸，其中所述弯曲弹簧元件(1)具有至少一个纵向区段(14)，在所述纵向区段中无负载弯曲弹簧元件(1)的中心平面(8)要么没有明显的弯曲、要么具有弯曲反转，并且其中当弯曲弹簧元件(1)按预期偏转时，在弯曲区段(13)中向外布置的功能层区段(15)受到拉应力，并且在弯曲区段(13)中相反且向内的功能层区段(16)受到压应力，其特征在于，弯曲弹簧元件(1)在所述至少一个纵向区段(14)中具有至少一个与所述两个功能层(2、3)平行且在纵向方向(7)上延伸的基质材料输出层(17)，所述基质材料输出层具有至少一定比例的输出层纤维(18)，这些输出层纤维与弯曲弹簧元件(1)的纵向方向(7)偏离地排列，并且在所述至少一个弯曲区段(13)内在功能层(2、3)中的弯曲弹簧纤维(5)的第一体积比例比所述至少一个纵向区段(14)内在功能层(2、3)中的弯曲弹簧纤维(5)的第二体积比例小，优选小若干%。
2.根据权利要求1所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，所述至少一个弯曲区段(13)中的弯曲弹簧纤维(5)的第一体积比例小于55%，优选小于52%，并且所述至少一个纵向区段(14)中的弯曲弹簧纤维(5)的第二体积比例大于55%，优选大于58%。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，所述基质材料输出层(17)具有输出层纤维(18)，所述输出层纤维沿着彼此成角度延伸的两个或多个方向排列，其中输出层纤维(18)的平均取向沿着弯曲弹簧元件(5)的纵向方向(7)排列。
4.根据前述权利要求中任一项所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，所述基质材料输出层(17)具有输出层纤维(18)，所述输出层纤维沿着以90°的角度相对彼此排列的两个输出层纤维方向排列。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，所述基质材料输出层(17)中的输出层纤维(18)各向同性地排列。
6.根据权利要求3所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，所述基质材料输出层(17)具有无纺材料。
7.根据权利要求6所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，所述无纺材料的单位面积重量小于200 g/m2 ，优选小于120 g/mm2 ，特别优选小于80 g/mm2 。
8.根据前述权利要求中任一项所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，所述基质材料输出层(17)中的输出层纤维(18)的平均长度小于所述弯曲弹簧元件(1)的横向于纵向方向(7)测量的宽度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，弯曲弹簧元件(1)在所述至少一个弯曲区段(13)中具有布置在两个功能层(13)之间的扩距元件(22)，所述扩距元件由不同于所述两个功能层(2、3)的材料制成。
10.根据权利要求1所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，所述扩距元件(22)的材料是具有纤维(24)的第二纤维塑料复合材料(23)，所述纤维的长度分别小于30 mm，优选小于10mm，特别优选小于1 mm。
11.根据权利要求10所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，所述第二纤维塑料复合材料(23)中的纤维(24)以不定向的方式布置。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，所述第二纤维塑料复合材料(23)具有与所述两个功能层(2、3)相一致的基质材料(6)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，弯曲弹簧元件(1)的所述至少一个弯曲区段(13)中的中心平面(8)具有大于90°，优选大于150°，特别优选约180°的方向变化。
14.根据前述权利要求中任一项所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，所述弯曲弹簧元件(1)具有至少两个被纵向区段(14)彼此分开且朝着不同方向弯曲的弯曲区段(13)，以使得中心平面(8)具有跨过这两个弯曲区段(13)的S形走向。
15.根据前述权利要求中任一项所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，所述两个功能层(2、3)的第一纤维塑料复合材料(4)具有沿着弯曲弹簧元件(1)的纵向方向(7)单向排列的弯曲弹簧纤维(5)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的弯曲弹簧元件(1)，其特征在于，所述第一纤维塑料复合材料(4)具有弯曲弹簧纤维(5)，所述弯曲弹簧纤维的长度沿着纵向方向(7)跨过整个弯曲弹簧元件(1)延伸。
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