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Die
Erfindung betrifft eine Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff
gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Blattfedern
werden üblicherweise
für Radaufhängungen
an einem Fahrzeug verwendet, um dieses gegen unebene Gelände- bzw.
Fahrwegbeschaffenheiten abzufedern. Solche Fahrzeuge können insbesondere
Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und andere Nutzfahrzeuge, aber
auch Schienenfahrzeuge und dergleichen sein.
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Seit
langem bekannt sind Blattfedern aus Stahl. Bei diesen sind einzelne,
schmale Stahlbleche mit kleiner werdenden Längen übereinander gelegt, um eine
variable Federkonstante bei zunehmender Belastung zu erreichen.
Durch Klammerungen und/oder Schraubverbindungen sind die Bleche
der Blattfedern zu einem Paket verbunden. Bei der Montage einer
Blattfeder in einem Kraftfahrzeug erfolgt diese beispielsweise quer
zur Fahrtrichtung, wobei der mittlere Bereich derselben an der Fahrtzeugkarosserie
festgelegt ist, während
die beiden axialen Enden der Blattfeder im Bereich der Aufhängung des rechten
bzw. des linken Fahrzeugrades angeordnet sind. Wenngleich eine metallische
Blattfeder vergleichsweise kostengünstig herstellbar und zuverlässig im
Betrieb ist, so ist eine solche jedoch nachteilig schwer, welches
zu einem relativ hohen Fahrzeuggewicht beiträgt und damit letztlich einen
erhöhten Kraftstoffverbrauch
verursacht.
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Bekannt
sind auch Blattfedern aus Faserverbundmaterialien, welche beispielsweise
aus mit Kunstharz getränkten
Glas- oder Kohlenstofffasern gebildet sind und bei gleicher Größe sowie
vergleichbaren Federeigenschaften erheblich weniger Gewicht aufweisen
als Stahl-Blattfedern. Solche Faserverbund-Blattfedern werden beispielsweise
aus einzelnen harzgetränkten
Faserlagen herge stellt, die unter dem Begriff „Prepreg" bekannt sind. Diese Prepregs werden
in der gewünschten
Gestalt gefertigt und/oder zugeschnitten und übereinander 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.
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Aus
der
DE 102 21 589
A1 ist eine Blattfeder aus einem Faserverbundmaterial bekannt,
die einstückig
aus einem zentralen Bogenabschnitt und endseitig aus peripheren
Abschnitten besteht. Die peripheren Abschnitte besitzen an ihrem
jeweiligen axialen 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 aufwendige Pressform
oder durch einen die Fasern durchtrennenden Stanzvorgang zu realisieren
ist.
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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. Die 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.
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Aus
der
EP 0 093 707 B1 beziehungsweise der
dazu parallelen
US
4,557,500 B1 ist eine Blattfeder aus einem Faserverbundmaterial
bekannt, die an ihren axialen Enden schmaler und dicker als in einem zentralen,
rechteckigen Abschnitt ausgebildet ist. Der Bereich der axialen
Enden der Blattfeder kann in Draufsicht dabei etwa trapezförmig ausgebildet
sein. Die Fläche
von rechtwinkligen Querschnitten der Blattfeder von einem Federende
bis zu dem anderen Federende kann gemäß einer anderen Variante konstant
sein. Bei einer anderen Bauart dieser Blattfeder sind die Verbundfasern
von einem bis zum anderen axialen Ende ungeschnitten. Die Geometrie
der Blattfeder wird während
deren Herstellung durch Pressformen erzeugt.
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Außerdem ist
aus der
DE 10
2004 010 768 A1 der Anmelderin eine Blattfeder aus einem
Faserverbundwerkstoff mit einem zentralen Längsabschnitt und axialen Enden
für eine
Radaufhängung an
einem Fahrzeug bekannt, 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. Außerdem ist
bei dieser Blattfeder vorgesehen, dass sie aus harzgetränkten Faserlagen
aufgebaut ist, die bei der Herstellung der Blattfeder an ihren axialen
Enden in einer Draufsicht eine V-förmige Geometrie
bzw. einen V-förmigen
Einschnitt aufweisen und somit jeweils zwei quer zur Längserstreckung
der Blattfeder ausgebildete Schenkel bilden. Diese beiden Schenkel
werden im Herstellprozess eng aneinandergelegt und ausgehärtet, so
dass die fertig gestellte Blattfeder im Bereich ihrer Enden etwa
trapezförmig
ausgebildet ist und keine Materialaufdickung in diesem Bereich aufweist.
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Aus
dieser Druckschrift ist zudem bekannt, dass die Blattfeder in ihrem
zentralen Bereich durch geometrisch einfache, rechteckige Faserlagen
hinsichtlich deren Bauteildicke verstärkt werden kann, während zur
Ausbildung der V-förmigen axialen
Enden der Blattfeder entsprechend ausgebildete und über die
gesamte Bauteillänge
geführte
Faserlagen verwendet werden.
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Eine
Blattfeder gemäß der
DE 10 2004 010 768
A1 ist mit einigen Vorteilen verbunden, da diese über beinahe
ihre gesamt Länge
im Wesentlichen konstante Querschnittsflächen sowie eine weitgehend
konstante Dicke mit am axialen Ende verringerter Breite aufweisen
kann, ohne dass dieselbe an ihren axialen Enden beschnitten werden
muss.
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Bei
bauteilkundlichen Untersuchungen an bekannten Blattfedern aus Faserverbundwerkstoffen hat
sich gezeigt, dass bei einer Befestigung derselben an den abzufedernden
Bauteilen Oberflächenschäden an der
Blattfeder auftreten, welche das Eindringen von Wasser ermöglichen.
Ein solcher Wassereintritt in die Faserverbundblattfeder ist nachteilig für deren
Eigenschaften und verkürzt
deren Lebensdauer. Des Weiteren kann durch Steinschlag die Oberfläche der
Blattfeder derart beschädigt
werden, dass einzelne Fasern des Verbundwerkstoffes reißen oder
durch Risse im Verbundmaterial Wasser in die Blattfeder eindringen
kann. Außerdem
wurde gefunden, dass bei der Herstellung von Blattfedern beispielsweise
gemäß der
DE 10 2004 010 768
A1 der Austritt von überschüssigem Kunstharz
beim Pressen der Roh-Blattfeder nicht optimal ist.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Faserverbundblattfeder derart auszubilden, dass eine Beschädigung des
Faserverbundwerkstoffes der Blattfeder zumindest in deren Befestigungsbereichen
verhinderbar ist, und dass beim Herstellen der Blattfeder ein Abfließen von überschüssigem Kunstharz
aus einer noch nicht abgebundenen Roh-Blattfeder derart erfolgt,
dass in der fertigen Blattfeder ein gewünschten Faser- und Harzanteil
vorhanden ist.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrund, dass eine die Oberfläche des
Faserverbundmaterials schützende
Abdeckschicht, sozusagen als Opferschicht, zusätzlich auf dasselbe aufzubringen
ist, um eine Beschädigung
der Fasern des Faserverbundwerkstoffes zu vermeiden. Sofern diese
Abdeckschicht als eine vor dem Pressen und Abbinden der Blattfeder
auf dieselbe aufgebrachte Kunststofffolie ausgebildet ist, unterstützt diese
beim Pressen dieser Roh-Blattfeder in ei ner Pressform einen gezielten Abfluss
von überschüssigen Kunstharz,
vorzugsweise über
die axialen Enden der Roh-Blattfeder aus derselben heraus.
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Die
Erfindung betrifft daher eine Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff,
welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Oberfläche des
Faserverbundwerkstoffs zumindest an den Befestigungsbereichen der
Blattfeder mit einer Abdeckschicht versehen ist. Die Abdeckschicht
kann an nur einer Seite der Blattfeder oder aber auch an mehreren
oder allen Seiten derselben angeordnet oder ausgebildet sein. Bevorzugt
ist die Abdeckschicht im Bereich der Befestigungsstellen der Blattfeder
an deren Ober- und Unterseite vorhanden, mit denen dieselbe an abzufedernden
Bauteilen befestigbar ist.
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Dabei
ist die Abdeckschicht so widerstandsfähig ausgebildet, dass diese
im Sinne einer Opferschicht die darunter liegenden Fasern des Faserverbundwerkstoffes
bei einem Befestigen der Blattfeder sicher gegen eine Beschädigung schützt. Zudem
ist diese Abdeckschicht bevorzugt derart widerstandsfähig, dass
diese den Faserverbundwerkstoff auch gegen Steinschlag schützen kann.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Abdeckschicht
aus einer Folie, welche bei der Herstellung der Blattfeder auf die Oberfläche der
nassen Roh-Blattfeder aufgelegt, auf diese auflaminiert und nach
dem Aushärten
der Blattfeder ein integraler Bestandteil derselben ist. Definitionsgemäß gehört diese
Abdeckschicht nicht zu dem Faserverbundwerkstoff, welcher lediglich
aus Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfasern sowie einem Kunstharz
mit Härter
und Beschleunigerzusatz gebildet ist.
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Wichtig
bei einer Blattfeder gemäß der Erfindung
ist, dass die Abdeckschicht solche Eigenschaften aufweist und derart
auf der Roh-Blattfeder aufgelegt ist, dass diese bei einem Pressvorgang
in einer Pressform einen optimalen und gezielten Abfluss von überschüssigen Kunstharz über die
axialen Enden der Roh-Blattfeder parallel zur Längserstreckung der unidirektionalen
Fasern derselben ermöglicht.
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Die
Abdeckschicht kann beispielsweise aus einer Folie aus den Werkstoffen
ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), ASA (Acrylnitril-Styrol-Acrlester),
oder Makrolon®-Bayer
(Polycarbonat) – Material
bestehen sowie an der Unterseite der Blattfeder dicker als an deren
Oberseite ausgebildet sein.
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Zur
Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung
beigefügt.
In dieser zeigt
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1 eine
schematische Draufsicht auf eine Faserverbund-Blattfeder gemäß der Erfindung,
und
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2 einen
Querschnitt durch einen Befestigungsbereich der Blattfeder gemäß 1 an
der Stelle A-A.
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Demnach
besteht die Blattfeder 1 gemäß 1 aus einem
Faserverbundwerkstoff und weist eine weitgehend vierkantstabförmige Umfangskontur 2 auf.
Der Faserverbundwerkstoff besteht im Wesentlichen aus weitgehend
parallel zueinander ausgerichteten Fasern 5, beispielsweise
Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfasern, welche sich ungekürzt von einem
axialen Ende 3 zu dem gegenüberliegenden axialen Ende 3 der
Blattfeder erstrecken und in einem ausgehärteten Kunstharz 6 eingebettet
sind. Diese Blattfeder 1 ist beispielhaft zum Einbau in
ein Stadtlieferfahrzeug vorgesehen, in welchem diese quer zur Fahrzeuglängsachse
angeordnet wird. Die Blattfeder 1 ist dazu mit ihren Befestigungsbereichen 9 und 11 mit
Fahrzeugteilen verbindbar.
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Wie
insbesondere die Querschnittsdarstellung gemäß 2 verdeutlicht,
ist der Faserverbundwerkstoff 5, 6 der Blattfeder 1 sowohl
auf seiner Oberseite als auch auf seiner Unterseite mit jeweils einer
Abdeckschicht 7, 8 versehen, welche in diesem Ausführungsbeispiel
als Abdeckfolien ausgebildet sind und sich über die gesamt axiale Länge der
Blattfeder erstrecken. Die Abdeckfolien 7, 8 sind
dabei auf den Faserverbundkörper
der Blattfeder 1 auflaminiert und können auch einstückig ausgebildet
sein.
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Die
Abdeckschicht 7 an der steinschlaggefährdeten Unterseite der Blattfeder 1 ist
in diesem Beispiel etwa doppelt so dick ausgebildet wie die Abdeckschicht 8 an
deren Oberseite. Durch diesen Aufbau ist die Schutzwirkung der Abdeckschicht
dort höher,
wo die größte steinschlagbedingte
Beschädigungsgefahr
vorliegt.
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Nach
dem gleichen Prinzip kann die Abdeckschicht bevorzugt lediglich
an den Befestigungsbereichen 9 und 11 der Blattfeder 1 an
dieser ausgebildet oder angeordnet sein. Dadurch lassen sich Gewicht
und der Herstellaufwand verringern. Die Abdeckschicht 7, 8 ist
dabei hinsichtlich ihrer Abmessungen und Eigenschaften derart ausgelegt,
dass bei einer Befestigung der Blattfeder 1 an abzufedernden Bauteilen
die Fasern 5 des Faserverbundwerkstoffes nicht beschädigt werden.
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Die
Abdeckschicht sorgt auch dafür,
dass beim Pressen der noch nicht ausgehärteten Roh-Blattfeder in einer
Pressform überschüssiger Kunstharz
gezielt über
die axialen Enden derselben abfließen kann. Dies bewirkt unter
anderem, dass gegebenenfalls gewellt liegende unidirektionale Fasern in
der Roh-Blattfeder
axial in Richtung zu dem axialen Enden der Blattfeder ausgerichtet
werden, welches einen positiven Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften
derselben hat.
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Schließlich ist
anzumerken, dass die Abdeckschicht bei der Herstellung der Blattfeder
den Ausformvorgang vorteilhaft beeinflusst, da ein Ausfasern des
Faserverbundmaterials an seiner Oberfläche durch ein Anhaften an der
Pressform durch die vorzugsweise faserlose Abdeckschicht vermieden wird.
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- 1
- Blattfeder
- 2
- Umfangskontur
der Blattfeder
- 3
- Axiales
Ende der Blattfeder
- 5
- Faser
- 6
- Harz
- 7
- Abdeckschicht
- 8
- Abdeckschicht
- 9
- Befestigungsbereich
- 11
- Befestigungsbereich