DE102007017991A1 - Leaf spring made of a fiber-plastic composite material and force introduction element for the same - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Blattfeder (1, 1', 1'') aus einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, bei dem die Fasern (2) ungekürzt von einem axialen Ende der Blattfeder bis zu deren anderem Ende verlaufen und in einem Kunststoff eingebettet sind. Um einerseits Axialbewegungen der Blattfeder im verbauten Zustand an einem Fahrzeug ausschließen zu können und andererseits ein unzerstörtes Gefüge in der Blattfeder vorliegen zu haben, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Blattfeder (1, 1', 1'') im Bereich eines mittleren Befestigungsabschnitts (20) senkrecht zu ihrer Längsachse (19) zumindest eine Einengung (15, 16) aufweist, in die ein Krafteinleitungselement (21, 22) form- und kraftschlüssig einsetzbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Krafteinleitungselement (21, 22) zur Halterung einer solchen Blattfeder (1, 1', 1'').The invention relates to a leaf spring (1, 1 ', 1' ') made of a fiber-plastic composite material in which the fibers (2) extend unabridged from one axial end of the leaf spring to its other end and are embedded in a plastic. On the one hand to be able to exclude axial movements of the leaf spring in the installed state on a vehicle and on the other hand to have an undestroyed structure in the leaf spring is provided according to the invention that the leaf spring (1, 1 ', 1' ') in the region of a central mounting portion (20) perpendicular to its longitudinal axis (19) has at least one constriction (15, 16) into which a force introduction element (21, 22) is positively and non-positively insertable. The invention also relates to a force introduction element (21, 22) for holding such a leaf spring (1, 1 ', 1' ').
Description
Die Erfindung betrifft eine Blattfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, bei dem die Fasern ungekürzt von einem axialen Ende der Blattfeder bis zu deren anderen Ende verlaufen und in einem Kunststoff eingebettet sind, sowie ein Krafteinleitungselement für diese Blattfeder.The Invention relates to a leaf spring made of a fiber-plastic composite material, in which the fibers are uncut from one axial end of the Leaf spring to the other end and in a plastic are embedded, and a force introduction element for this leaf spring.
Eine
Blattfeder mit einem solchen Faserverlauf ist beispielsweise aus
der
Ein Durchbohren der Faserverbundblattfeder und Einsetzen eines Zentriermittels ist insbesondere bei kleineren und schmalen sowie dünnen Blattfedern keine Alternative, da beim Durchbohren der Blattfeder viele ihrer Fasern unvorteilhaft durchtrennt werden. Wenn bei Faserverbundblattfedern dennoch eine solche technische Lösung bevorzugt wird, so geht dies einher mit einer Verbreiterung der Blattfeder, um die auftretenden Lasten während der vorgesehenen Lebensdauer unbeschadet aufnehmen zu können.One Pierce the fiber composite leaf spring and insert a centering device is especially for smaller and narrow as well as thin Leaf springs no alternative, because when drilling through the leaf spring many of their fibers are severed unfavorably. If in fiber composite leaf springs Nevertheless, such a technical solution is preferred, so goes this is accompanied by a broadening of the leaf spring to the occurring Loads during the intended life unscathed to be able to record.
Um
eine Beschädigung einer solchen Faserverbundblattfeder
im mittleren Befestigungsbereich zu vermeiden, wird in der
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Blattfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff vorzustellen, die in ihrem mittleren Befestigungsabschnitt derart ausgebildet ist, dass eine für diese beschädigungsfreie Verbindung mit einem diesbezüglichen Krafteinleitungselement möglich ist. Dabei soll die Blattfeder keine Durchtrennungen von einzelnen Fasern aufweisen, um diese ungekürzt von einem zum anderen axialen Ende derselben verlaufen zu lassen. Zudem soll durch die Ausbildung der Blattfeder erreicht werden, dass diese bei ihrem Gebrauch auch in ihrem mittleren Befestigungsabschnitt keine Axialbewegung vollführt.In front In this background, the invention is based on the object To present a leaf spring made of a fiber-plastic composite formed in their middle attachment portion such is that one for this damage-free connection possible with a related force introduction element is. In this case, the leaf spring should not be severed by individuals Fibers to this uncut from one to another axial end of the same run. In addition, should by the Training the leaf spring can be achieved that this at her Do not use any axial movement in its middle attachment section performs.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch eine Faserverbundblattfeder mit den Merkmalen des Hauptanspruchs erreicht. In einem weiteren unabhängigen Patentanspruch wird ein Krafteinleitungselement vorgestellt, welches mit der erfindungsgemäßen Blattfeder zusammenwirkt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind den jeweils zugeordneten Unteransprüchen entnehmbar.The Solution to this problem is achieved by a fiber composite leaf spring achieved with the features of the main claim. In another independent claim is a force introduction element presented, which with the inventive Leaf spring cooperates. Advantageous developments and refinements are the respective associated subclaims removable.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine entsprechende Formgebung der Blattfeder bei deren Herstellung Aufnahmebereiche für ein Krafteinleitungselement geschaffen werden können, in die Bestandteile dieses Krafteinleitungselementes form- und kraftschlüssig einsetzbar sind. Dieser Form- und Kraftschluss zwischen Blattfeder und Krafteinleitungselement ermöglicht eine sichere und auf eine vergleichsweise große Fläche verteilte Krafteinleitung in die Blattfeder. Daher ist die mechanische Belastung der Blattfeder in Richtung ihrer Längserstreckung während ihrer Nutzung einerseits gering, andererseits wird eine Axialbewegung der Blattfeder wegen der form- und kraftschlüssigen Verklinkung zwischen den genannten Bauteilen sicher vermieden.Of the Invention is based on the finding that by a corresponding Shaping the leaf spring during its manufacture a force introduction element can be created in the components of this force introduction element positive and non-positive can be used. This form and adhesion between leaf spring and Force application element allows safe and on a comparatively large area distributed force application in the leaf spring. Therefore, the mechanical stress of the leaf spring in the direction of their longitudinal extension during their Use on the one hand low, on the other hand, an axial movement the leaf spring because of the positive and non-positive latching safely avoided between the components mentioned.
Demnach betrifft die Erfindung zunächst eine Blattfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, bei dem die Fasern ungekürzt von einem axialen Ende der Blattfeder bis zu ihrem anderen Ende verlaufen und in einem Kunststoff eingebettet sind. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist zudem vorgesehen, dass die Blattfeder in Bereich eines mittleren Befestigungsabschnitts senkrecht zu ihrer Längsachse zumindest eine Einengung aufweist, in die ein Bestandteil eines Krafteinleitungselements form- und kraftschlüssig einsetzbar ist.Therefore The invention relates first to a leaf spring from a Fiber-plastic composite, in which the fibers are unabridged from an axial end of the leaf spring to its other end and embedded in a plastic. To solve the Asked task is also provided that the leaf spring in Area of a central mounting portion perpendicular to her Has longitudinal axis at least one constriction, in the one Part of a force introduction element positive and non-positive can be used.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Blattfeder ist vorgesehen, dass diese im Bereich des mittleren Befestigungsabschnitts senkrecht zu ihrer Längsachse sowie senkrecht zur zumindest einen Einengung wenigsten eine Aufwölbung aufweist, auf die ein Bestandteil des Krafteinleitungselements form- und kraftschlüssig auflegbar ist. Durch diesen Aufbau ermöglicht die Blattfeder, dass diese an dieser Seite form- und kraftschlüssig von Bestandteilen des Krafteinleitungselements umgriffen werden kann, wobei über diesen Bestandteil des Krafteinleitungselements eine die Blattfeder weiter fixierende Flächenpressung auf beiden Seiten ausgeübt werden kann.According to one embodiment of the leaf spring according to the invention it is provided that these in the region of the central mounting portion perpendicular to its longitudinal axis and perpendicular to at least one constriction has at least one bulge, on which a part of the force introduction element is positively and non-positively placed. With this structure, the leaf spring allows that it can be encompassed on this side positive and non-positive components of the force introduction element, on this part of the force introduction element, a leaf spring further fixing surface pressure can be exerted on both sides.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Blattfeder zwei gegenüberliegende Einengungen und zwei gegenüberliegende Aufwölbungen in ihrem Querschnittprofil aufweist.Prefers can be provided that the leaf spring two opposite Constrictions and two opposite bulges in its cross-sectional profile.
Bei einem Einsatz der Blattfeder in einem Fahrzeug, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Nutzfahrzeug, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Einengungen in denjenigen Flächen der Blattfeder ausgebildet sind, deren Flächennormale nach dem Einbau der Blattfeder in ein Fahrzeug im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sind, und dass die Aufwölbungen in denjenigen Flächen der Blattfeder ausgebildet sind, deren Flächennormale im eingebauten Zustand der Blattfeder im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sind.at a use of the leaf spring in a vehicle, for example in a motor vehicle, in particular in a commercial vehicle, is preferably provided that the constrictions in those areas of the leaf spring are formed, the surface normal after installation the leaf spring in a vehicle are oriented substantially horizontally, and that the bulges in those areas the leaf spring are formed whose surface normal in built-in state of the leaf spring is oriented substantially vertically are.
Um die Herstellung der Blattfeder kostengünstig gestalten zu können, ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass das Faservolumen derjenigen Fasern und das Kunststoffvolumen desjenigen Kunststoffs, die bei der Formgebung der Blattfeder aus dem Bereich der zumindest einen Einengung verdrängt wurden, im Bereich der zumindest einen Aufwölbung angeordnet sind. Durch diese Konstruktion wird erreicht, dass das Faservolumen und das Kunststoffvolumen entlang der Längserstreckung der Blattfeder jedenfalls nicht in demjenigen Bereich an die veränderte Blattfedergeometrie angepasst werden muss, an dem das mittlere Krafteinleitungselement befestigt wird. Bevorzugt wird sogar, bis auf die Endabschnitte, über annähernd die gesamte Länge der Blattfeder deren Faserverbundwerkstoffvolumen pro Längeneinheit konstant gehalten.Around make the production of the leaf spring cost to be able to, is provided in a further embodiment, that the fiber volume of those fibers and the plastic volume of that plastic, in the shaping of the leaf spring from the range of at least a constriction were displaced, in the area of at least a bulge are arranged. By this construction is achieved that the fiber volume and the plastic volume along the longitudinal extension of the leaf spring in any case not in that area to the changed leaf spring geometry must be adapted, at which the middle force introduction element is attached. Preference is even, except for the end sections, over approximately the entire length of the leaf spring Fiber composite volume per unit length constant held.
Hinsichtlich der Tiefe der zumindest einen Einengung in der Blattfeder wird ein Wert von 5% bis 15% der Breite der Blattfeder als ausreichend erach tet, um den gewünschten Formschluss zwischen der Blattfeder und dem mittleren Krafteinleitungselement zu gewährleisten.Regarding the depth of the at least one constriction in the leaf spring is a Value of 5% to 15% of the width of the leaf spring considered sufficient, to the desired positive connection between the leaf spring and to ensure the middle force application element.
Die Höhe der zumindest einen Aufwölbung ergibt sich bevorzugt durch das im Bereich der Einengungen verdrängte Materialvolumen des Federkörpers sowie der axialen Länge der Aufwölbung. Als vorteilhaft hat sich bei einer bestimmten Bauweise ein Wert für die Höhe der Aufwölbung von 10% bis 20% der Gesamthöhe der Blattfeder im Bereich dieser Aufwölbung herausgestellt. Sofern zwei gegenüberliegende Aufwölbungen an der Blattfeder ausgebildet sind, wird die Höhe einer jeden Aufwölbung zwischen 5% und 10% der Gesamthöhe der Blattfeder im Bereich dieser Aufwölbungen betragen. Die axiale Länge der Einengungen und der Aufwölbungen ist bevorzugt annähernd identisch.The Height of at least one bulge arises preferably by the displaced in the region of constrictions Material volume of the spring body and the axial length the bulge. As beneficial has in a certain Build a value for the height of the bulge from 10% to 20% of the total height of the leaf spring in the range exposed to this bulge. If two opposite Buckles are formed on the leaf spring, the Height of each bulge between 5% and 10% the total height of the leaf spring in the region of these bulges be. The axial length of the constrictions and the bulges is preferably approximately identical.
Hinsichtlich der Werkstoffe der erfindungsgemäßen Blattfeder werden unidirektional ausgerichtete Kunstfasern oder Kunstfasergewebe bevorzugt, wobei die Fasern beispielsweise als Glasfasern oder Karbonfasern ausgebildet sind, während als Kunststoff eine Epoxydharzmatrix oder eine Thermoplastmatrix bevorzugt wird.Regarding the materials of the leaf spring according to the invention become unidirectionally oriented synthetic fibers or synthetic fiber fabrics preferred, wherein the fibers, for example, as glass fibers or carbon fibers are formed while as plastic an epoxy resin matrix or a thermoplastic matrix is preferred.
Wie bereits erwähnt wurde, ist die Blattfeder gemäß der Erfindung besonders für den Einbau in ein Kraftfahrzeug geeignet und weist neben dem mittleren Krafteinleitungsabschnitt an ihren axialen Enden jeweils einen weiteren Krafteinleitungsabschnitt auf.As already mentioned, the leaf spring according to the Invention especially for installation in a motor vehicle suitable and has next to the middle force introduction section at their axial ends in each case a further force introduction section on.
Die Erfindung betrifft auch ein Krafteinleitungselement für eine Faserverbundblattfeder, die zumindest gemäß einigen der geschilderten erfindungsbezogenen Merkmale ausgebildet ist. So ist vorgesehen, dass das Krafteinleitungselement mehrteilig ausgebildet ist, wobei zumindest ein erstes Befestigungselement zum form- und kraftschlüssigen Eingriff in die zumindest eine Aussparung der Blattfeder ausgebildet ist, während zumindest ein zweites Befestigungselement zur Auflage auf der zumindest einen Aufwölbung der Blattfeder ausgebildet ist.The The invention also relates to a force introduction element for a fiber composite leaf spring, at least according to some the described inventive features is formed. It is thus provided that the force introduction element is designed in several parts is, wherein at least a first fastener for the form and non-positive engagement in the at least one recess the leaf spring is formed, while at least a second fastening element for resting on the at least one bulge of the leaf spring is trained.
Um die Blattfeder sicher aufnehmen zu können, ist zudem vorgesehen, dass die Befestigungselemente des Krafteinleitungselements miteinander verbindbar ausgebildet sind. Die Verbindung der einzelnen Befestigungselemente erfolgt bevorzugt mittels Schrauben.Around It is also intended to be able to receive the leaf spring safely. in that the fastening elements of the force introduction element can be connected to one another are formed. The connection of the individual fasteners preferably by means of screws.
In einer weiteren Ausgestaltung des Krafteinleitungselements ist vorgesehen, dass die ersten Befestigungselemente als Winkelstücke ausgebildet sind, mit zumindest einem, in die Aussparung der Blattfeder eingreifenden Schenkel, und mit zumindest einem die Blattfeder über ihre Breite wenigstens teilweise untergreifenden Schenkel.In a further embodiment of the force introduction element is provided, that the first fastening elements are designed as angle pieces, with at least one, engaging in the recess of the leaf spring Thigh, and with at least one leaf spring over her Width at least partially under intervening leg.
Ein weiteres Merkmal des Krafteinleitungselements ist, dass die ersten Befestigungselemente als im Querschnitt L-förmige Winkelstücke oder als im Querschnitt U-förmige Winkelstücke ausgebildet sind. Demgegenüber sind die genannten zweiten Befestigungselemente im Querschnitt plattenförmig oder als U-förmige Winkelstücke ausgebildet.One Another feature of the force introduction element is that the first Fasteners as in cross-section L-shaped brackets or as in cross-section U-shaped elbows are formed. In contrast, the mentioned second Fixing elements in cross-section plate-shaped or designed as U-shaped angle pieces.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser sind mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt, auf die nachfolgend eingegangen wird. Im Einzelnen zeigtTo further explain the invention, the description is accompanied by a drawing. In this several embodiments are shown, which will be discussed below. In detail shows
Die
Blattfeder
Demnach
zeigt
Während
in die erste Einengung
Der
bei der Nutzung von kostengünstig herstellbaren rechteckigen
Prepreg-Lagen durch die Formgebung der Blattfeder
Wie
Die
in
Die
- 11
- Blattfederleaf spring
- 22
- Faserfiber
- 33
- Obere AufwölbungUpper upheaval
- 44
- Untere AufwölbungLower upheaval
- 55
- Erstes Befestigungselement, Winkelstückfirst Fixing element, angle piece
- 66
- Erstes Befestigungselement, Winkelstückfirst Fixing element, angle piece
- 77
-
Unterer
Schenkel des Winkelstücks
6 Lower leg of the elbow6 - 88th
- Bohrungdrilling
- 99
- Bohrungdrilling
- 1010
- Zweites Befestigungselement, Plattesecond Fastener, plate
- 1111
- Bohrungdrilling
- 1212
- Bohrungdrilling
- 1313
- Zweites Befestigungselement, oberes Winkelstücksecond Fastening element, upper angle piece
- 1414
- Erstes Befestigungselement, unteres Winkelstückfirst Fastener, lower elbow
- 1515
- Einengungconstriction
- 1616
- Einengungconstriction
- 1717
- Schraubescrew
- 1818
- Schraubescrew
- 1919
- Längsachse der Blattfederlongitudinal axis the leaf spring
- 2020
- Mittlerer Befestigungsabschnitt der Blattfedermiddle Attachment section of the leaf spring
- 2121
- KrafteinleitungselementForce application element
- 2222
- KrafteinleitungselementForce application element
- 2323
- Schraubbolzenbolts
- bb
- Breite der Blattfederwidth the leaf spring
- tt
- Tiefe der Einengungdepth the narrowing
- hH
- Höhe der Aufwölbungheight the bulge
- HH
- Gesamthöhe der Blattfedertotal height the leaf spring
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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