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Hintergrund
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine gewellte Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial für eine Fahrzeugaufhängung. Genauer gesagt betrifft sie eine Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial für eine Fahrzeugaufhängung sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der gewellten Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial, die eine herkömmliche Feder des Metallspiraltyps ersetzen kann.
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Stand der Technik
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Im Allgemeinen wird die Karosserie eines Fahrzeugs von einer Aufhängung getragen, die mit den Reifen verbunden ist. Die Aufhängung absorbiert Vibrationen und Stöße, die während des Fahrens eines Fahrzeugs erzeugt werden, so dass ein komfortables Fahrgefühl erzeugt wird, und sie dient dazu, die Laufruhe der Fahrzeugkarosserie je nach Beschaffenheit einer Straßenoberfläche insgesamt zu kontrollieren. Ebenso ermöglicht die Aufhängung eine sichere Bedienung durch den Fahrer gegenüber der während des Wendens eines Fahrzeugs erzeugten Zentrifugalkraft und verhindert, dass sich das Fahrzeug aufgrund der Zentrifugalkraft in eine Richtung neigt.
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Aufhängungen werden unterteilt in Blattfedern mit in Stapeln angeordneten Stahlplatten und Spiral- oder Sprungfedern mit einem helikal gewundenen Stahldraht. Die Blattfedern und die Spiralfedern werden üblicherweise aus metallischen Materialien ausgebildet. Um die Abnahme der Beständigkeit gegen Absplittern aufgrund von Korrosion zu verhindern und eine Verringerung des Fahrzeuggewichts zu erreichen, wurden kürzlich viele Untersuchungen durchgeführt, um die metallischen Materialien durch Kunststoff-Verbundmaterialien zu ersetzen.
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Da Blattfedern eine relativ einfache ebene Struktur aufweisen, wurden sie bereits gegen Kunststoff-Verbundmaterialien ausgetauscht. Wenn bei Spiralfedern einfach die metallischen Materialien gegen Kunststoff-Verbundmaterialien ausgetauscht werden, ist es jedoch aufgrund einer Differenz in der Steifigkeit zwischen einem Metall und einem Kunststoff-Verbundmaterial schwierig, eine Federkonstante einzustellen, die für eine Verwendung für Fahrzeugaufhängungen groß genug ist.
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Obwohl die Federkonstante bis zu einem gewissen Grad eingestellt werden kann, indem man - unter Beibehaltung der helikalen Form - den Durchmesser und die Breite des Drahtes erhöht und ein hochsteifes Material verwendet, stehen die Zunahme des Gewichts und der Materialkosten bislang einer Massenproduktion von Spiralfedern unter Verwenden hochsteifer Materialien entgegen.
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Dementsprechend wurden, um Federn des Metallspiraltyps, bei denen hochsteife Materialien verwendet werden, zu ersetzen, verschiedene Federn aus Kunststoff-Verbundmaterialien mit spiralförmigen, wellenförmigen und gewellten Formen untersucht. Von diesen stellten sich Federn aus Kunststoff-Verbundmaterialien mit einer gewellten Form aufgrund ihrer abschnittsweise geschlossenen Form als ganz besonders vorteilhaft dabei heraus, die gewünschten Federkonstanten zu erreichen.
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Eine Technik, die eine gewellte Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial betrifft, ist im U.S. Patent
US 4 235 427 A offenbart. Da diese unter Verwenden eines hochsteifen Materials zu einer abschnittsweise geschlossenen Struktur ausgebildet werden muss, um eine Federkonstante zu erreichen, die groß genug ist, dass die Feder für eine Fahrzeugaufhängung eingesetzt werden kann, ist der Formgebungsprozess jedoch schwierig und die Produktivität ist gering, wodurch eine Massenproduktion schwierig wird. Da die Technik zudem einen Handlaminierungsprozess und einen Prozess des Umwickelns mit einem Draht erfordert, die jeweils teure Prozesse darstellen, ist der Austausch einer üblichen Feder des Metallspiraltyps nur begrenzt möglich.
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Obwohl ein Verfahren zum Herstellen einer gewellten Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial unter Verwenden eines herkömmlichen Blasformungsprozesses vorgeschlagen wurde, sind die Materialien, die zur Herstellung der gewellten Feder aus dem Kunststoff-Verbundmaterial verwendet werden, auf Kunststoff-Verbundmaterialien eingeschränkt, die wenigstens eine bestimmte Menge eines die Festigkeit verstärkenden Materials enthalten, oder ein reines thermoplastisches Harz. Es ist schwierig, eine Federkonstante und eine Haltbarkeit zu erreichen, die für eine Anwendung in einem Fahrzeug ausreichen.
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Da gewellte Federn aus einem Kunststoff-Verbundmaterial nur unter Verwenden eines einzigen Materials hergestellt werden können, ist es zudem bei den vorstehend beschriebenen, herkömmlichen Herstellungsverfahren schwierig, eine ausreichend hohe Isolierungsleistung gegenüber Vibrationen und Geräuschen sicherzustellen. Dies führt zu einer Abnahme der Geräusch-, Vibrations- und Härteeigenschaften (NVH-Charakteristiken „Noise, Vibration and Harshness characteristics“).
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JP 2003300256 A beschreibt eine FRP-Feder, die mittels eines Flechtprozesses hergestellt wird.
JP H11-151750 A bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer hohlen Schraubenfeder aus Kunstharz.
JP H10-325433 A offenbart eine Schraubenfeder aus Harz, das Spritzgießen der Schraubenfeder und ein Verfahren zur Herstellung der Schraubenfeder.
JP H10-47400 A beschreibt eine Kunstharzfeder, insbesondere eine Kunstharzfeder des Trigger-Typs.
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Die in dem vorstehend angegebenen Abschnitt offenbarten Informationen dienen lediglich dazu, den Hintergrund der Erfindung verständlicher zu machen und können daher Informationen enthalten, die keinen Stand der Technik bilden, wie er einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer gewellten Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial für eine Fahrzeugaufhängung bereit, die in einfacher Weise die NVH-Charakteristiken gewährleisten kann, wobei die gewellte Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial unter Verwenden verschiedener Materialien hergestellt wird, und die die Produktivität steigern kann und durch die kontinuierliche Bildung, bei der Dreistufen-Prozesse miteinander verbunden sind, eine Massenproduktion ermöglichen kann.
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Die vorliegende Erfindung stellt auch eine gewellte Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial bereit, die ein Modul für eine Aufhängung vereinfachen kann, weil Bauteile, wie beispielsweise eine Staubabdeckung und die oberen und unteren Federunterlagen einer herkömmlichen Feder des Metallspiraltyps, weggelassen werden können, was eine Reduzierung des Herstellungsprozesses und der Kosten für die Bauteile ermöglichen kann und zu einer Verringerung des Fahrzeuggewichts beitragen kann.
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In einem Aspekte stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen einer gewellten Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial für eine Fahrzeugaufhängung bereit. Die Vorrichtung umfasst: einen gewellten Extrusions- oder Strangpressabschnitt, welcher eine Vorform mit einer hohlen, gewellten Struktur ausbildet; einen Flechtabschnitt, der ein dreidimensionales Gewebe auf die Vorform aufwebt; und einen Pultrusions- oder Strangziehabschnitt, der das dreidimensionale Gewebe mit einem wärmehärtenden oder duroplastischen Harz imprägniert.
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In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer gewellten Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial für eine Fahrzeugaufhängung bereit. Das Verfahren umfasst das Ausbilden eines thermoplastischen Polymermaterials zu einer Vorform mit einer gewellten Struktur unter Verwenden eines rotierbaren Spritzgussabschnitts eines Extruders; das Ausbilden eines dreidimensionalen Gewebes auf einer äußeren umlaufenden Fläche der Vorform unter Verwenden einer Vielzahl von Garnen; und das Imprägnieren des dreidimensionalen Gewebes mit einem duroplastischen Harz und das anschließende Aushärten des dreidimensionalen Gewebes.
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Figurenliste
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Die vorstehend angegebenen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben beschrieben, die in den beigefügten Figuren veranschaulicht sind, die hierin nachstehend lediglich zu Veranschaulichungszwecken angegeben sind und die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken sollen. In den Figuren gilt:
- 1 zeigt eine Abbildung, die eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer gewellten Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial für eine Fahrzeugaufhängung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 2 zeigt eine Abbildung, die die Struktur einer gewellten Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial für eine Fahrzeugaufhängung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
- 3 zeigt eine Abbildung, die einen Vergleich zwischen einer herkömmlichen Spiralfeder und einer gewellten Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial für eine Fahrzeugaufhängung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Die in den Figuren angegebenen Bezugszeichen bezeichnen die folgenden Bauteile, die nachstehend weiter erläutert sind:
- 10
- gewellter Strangpressabschnitt
- 11
- Schnecke
- 12
- Kühleinrichtung
- 13
- Extruder
- 14
- rotierbarer Spritzgussabschnitt
- 15
- Vorform
- 20
- Flechtabschnitt
- 21
- Tisch („table“)
- 22
- Träger
- 23
- Garn
- 24
- dreidimensionales Gewebe
- 25
- Zwischenprodukt
- 27
- erste Zieheinrichtung
- 30
- Strangziehabschnitt
- 31
- Niedrigtemperatur-Imprägnierungsbehälter
- 32
- kontinuierlicher Prozessofen
- 33
- Schneideeinrichtung
- 34
- zweite Zieheinrichtung
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Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, sondern eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale zeigen, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die speziellen Merkmale der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart ist, einschließlich von zum Beispiel speziellen Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die Bedingungen und Umstände der speziell angestrebten Anwendung und Verwendung bestimmt werden.
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In den Figuren bezeichnen die Bezugszeichen jeweils gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung
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Im Folgenden wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, die beispielhaft in den beigefügten Figuren veranschaulicht und nachfolgend beschrieben ist.
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Es soll verstanden werden, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder ein weiterer ähnlicher Begriff, wie er hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge allgemein, wie beispielsweise Personenkraftwagen, einschließlich Geländewagen (sports utility vehicles, SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in Hybrid-Elektro-Fahrzeuge, mit Wassersstoff betriebene Fahrzeuge und weitere Fahrzeuge, die mit alternativen Kraftstoffen betrieben werden (z.B. Kraftstoffen, die aus einer anderen Quelle als Erdöl stammen), einschließt. Wie es hierin verwendet wird, bezeichnet ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das über zwei oder mehr Antriebsquellen verfügt, wie zum Beispiel ein Fahrzeug, das sowohl mit Benzin als auch mit Strom betrieben wird.
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden im Folgenden ausführlich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die Verbesserung der Haltbarkeit einer Feder für eine Aufhängung und die Verringerung des Gewichts derselben können erreicht werden, indem eine herkömmliche Feder des Metallspiraltyps gegen eine gewellte Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial ausgetauscht wird, wodurch die mit der Korrosion verbundenen Probleme gelöst werden. Daneben können die innere Schicht und die äußere Schicht der gewellten Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial aus verschiedenen Materialien ausgebildet sein, wodurch die Isolierung von Vibrationen und Geräuschen verstärkt wird.
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Wie in 1 gezeigt ist, kann eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Ausbilden einer gewellten Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial für ein Aufhängungssystem, z.B. einer Feder aus einem Verbundmaterial mit einer hohlen, gewellten Struktur, bei welchem verschiedene Materialien eingesetzt werden, einen gewellten Strangpressabschnitt 10, einen Flechtabschnitt 20 und einen Strangziehabschnitt 30 aufweisen. Der gewellte Strangpressabschnitt 10 kann eine Vorform mit einer hohlen, gewellten Struktur ausbilden. In dem Flechtabschnitt 20 kann ein dreidimensionales Gewebe auf die Vorform aufgewebt werden, wobei eine kontinuierliche Faser und keine separate Wärmebehandlung verwendet werden. In dem Strangziehabschnitt 30 kann ein duroplastisches Harz einimprägniert und ausgehärtet werden.
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Der gewellte Strangpressabschnitt 10 kann mit einer Schnecke 11 zum Transferieren und Rühren der thermoplastischen Polymermaterialien ausgestattet sein. Ein Extruder 13 kann eine Kühleinrichtung 12 auf der äußeren Umlauffläche der Schnecke 11 aufweisen. Die Kühleinrichtung kann dazu vorgesehen sein, die ansteigende Temperatur während des Transfers und während des Rührens der thermoplastischen Polymermaterialien abzukühlen. Ebenso kann ein rotierbarer Spritzgussabschnitt 14 an der Auslassseite des Extruders 13 angeordnet sein, so dass die thermoplastischen Polymermaterialien zu einer Vorform 15 mit einer gewünschten hohlen, gewellten Form ausgebildet werden.
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Der Prozess der gewellten Extrusion, das heißt, ein Prozess zur Ausbildung einer Vorform, der mit dem gewellten Strangpressabschnitt 10 durchgeführt wird, kann nacheinander in der Reihenfolge eines Transfer-/Rührprozesses unter gleichzeitigem Schmelzen der Polymermaterialien entlang der Schnecke 11 und eines Prozesses zum Ausbilden der thermoplastischen Polymermaterialien zu einer Vorform mit einer hohlen, gewellten Form durchgeführt werden. Genauer gesagt, können die thermoplastischen Polymermaterialien, wenn sie dem Extruder 13 zugeführt werden, durch eine mit dem Extruder 13 verbundene Vakuumeinrichtung gestreckt werden und sich an der an der Innenwand des Extruders 13, z.B. der Wandfläche des Extruders 13, ausgebildeten, gewellten Spritzgussoberfläche sammeln. Gleichzeitig kann durch die Rotation des Extruders 13 eine Vorform 15 mit einer abschnittsweise geschlossenen, gewellten Form ausgebildet werden. In diesem Fall kann das thermoplastische Harz zum Bilden der Vorform 15 wenigstens eines von einem thermoplastischen Elastomer (TPE), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC) und Polyethylenterephthalat (PET) umfassen. Nach dem Herstellen der Vorform 15 mit einer hohlen, gewellten Form durch kontinuierliche Extrusion der thermoplastischen Polymermaterialien im gewellten Strangpressabschnitt 10, kann daher die Vorform 15 zu dem für den nächsten Prozess verwendeten Flechtabschnitt 20 transferiert werden.
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Eine kontinuierliche Faser, z.B. ein die Festigkeit verstärkendes Material, kann auf die Vorform 15 durch den Flechtabschnitt 20 und dessen Flechtprozess ohne separaten Wärmebehandlungsprozess zu einem dreidimensionalen Gewebe aufgewebt werden. Durch den Flechtabschnitt 20 und dessen Flechtprozess können die die Festigkeit verstärkenden Materialien, wie beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern und Graphitfasern, auf die äußere Umlauffläche der aus dem thermoplastischen Polymer ausgebildeten Vorform 15 zu dreidimensionalen Formen aufgewebt werden.
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Der Flechtabschnitt 20 kann ein Tisch 21 mit einer Öffnung in der Mitte derselben zum Durchlassen der Vorform 15 aufweisen. Ebenso kann eine Vielzahl an Trägern 22, die nicht abwickelbar mit einem die Festigkeit verstärkenden Garn 23, wie beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern und Graphitfasern, verwunden sind, um die Öffnung der Platte 21 herum angeordnet sein.
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In diesem Fall kann die Vielzahl an Trägern 22 entlang des Bewegungspfades (nicht gezeigt) in Form eines Achterknotens (∞-Form) in dem Tisch 21 rotieren. Während das um den Träger 21 gewickelte Garn 23 entlang des Bewegungspfades der ∞-Form eines jeden Trägers 21 abgewickelt wird, kann ein dreidimensionales Gewebe 24, das geflochten wird, auf der Oberfläche der Vorform 15 ausgebildet werden. Entsprechend kann das geflochtene dreidimensionale Gewebe 24 auf der äußeren Schicht der Vorform 15 als Zwischenprodukt 25 der gewellten Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial ausgebildet werden.
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Als nächstes kann das Zwischenprodukt 25 der gewellten Feder aus dem Kunststoff-Verbundmaterial, bei der das dreidimensionale Gewebe 24 auf der Vorform 15 ausgebildet wurde, die mit Hilfe des Flechtprozesses mittels des Flechtabschnitts 20 aus den thermoplastischen Polymermaterialien ausgebildet wurde, zum Strangziehabschnitt 30 transferiert werden. Im Strangziehabschnitt 30 kann das dreidimensionale Gewebe 24 mit einem duroplastischen Harz imprägniert und dann ausgehärtet werden. Der Strangziehabschnitt 30 kann einen Niedrigtemperatur-Imprägnierungsbehälter 31 zum Imprägnieren des dreidimensionalen Gewebes 24 mit dem duroplastischen Harz und einen kontinuierlichen Prozessofen 32 zum Erwärmen und Vernetzen des in das dreidimensionale Gewebe 24 des Zwischenprodukts 25 der gewellten Feder aus dem Kunststoff-Verbundmaterial einimprägnierten, duroplastischen Harzes aufweisen.
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Das duroplastische Harz kann wenigstens eines von einem Epoxyharz, einem ungesättigten Polyesterharz und einem Vinylesterharz umfassen. Ebenso kann der Strangziehabschnitt 30 eine Schneideeinrichtung 33 zum Schneiden der mit Hilfe des kontinuierlichen Prozessofens 32 ausgehärteten Produkte in eine geeignete Länge aufweisen.
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In dem Niedrigtemperatur-Imprägnierungsbehälter 31 kann die Imprägnierung erfolgen, wobei ein Harz auf eine bestimmte Position aufgesprüht oder über diese geschüttet wird, während das Zwischenprodukt 25 der gewellten Feder aus dem Kunststoff-Verbundmaterial rotiert wird, so dass eine wirksame Imprägnierung erfolgt und der Verlust an Harz gering gehalten wird.
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Dementsprechend kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine gewellte Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial für eine Aufhängung hergestellt werden, indem das dreidimensionale Gewebe 24 mit dem duroplastischen Harz in dem Niedrigtemperatur-Imprägnierungsbehälter 31 des Strangziehabschnitts 30 imprägniert wird, das duroplastische Harz, das in das dreidimensionale Gewebe 24 des Zwischenprodukts 25 der gewellten Feder aus dem Kunststoff-Verbundmaterial einimprägniert wurde, ausgehärtet und vernetzt wird und das ausgehärtete Produkt mit Hilfe der Schneideeinrichtung 33 in eine geeignete Länge geschnitten wird.
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Eine erste Zieheinrichtung 27, die die Produkte während der Verarbeitung mit einer konstanten Geschwindigkeit transferieren kann, kann ebenfalls am Endabschnitt des Flechtabschnitts 20 angeordnet sein. Ferner kann eine zweite Zieheinrichtung 34, die der ersten Zieheinrichtung 27 ähnelt, zwischen dem kontinuierlichen Prozessofen 32 und der Schneideeinrichtung 33 des Strangziehabschnitts 30 angeordnet sein. Die erste und die zweite Zieheinrichtung 27 und 34 können ein Paar Walzen aufweisen, die in der gleichen Richtung wie die Richtung des Transferierens des Produkts rotieren, und sie können senkrecht angeordnet sein. Das Produkt kann durch die rotierende Kraft der Walzen mit einer konstanten Geschwindigkeit transferiert werden.
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Wie in 2 gezeigt ist, kann die gewellte Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial für eine Aufhängung eine innere Schicht aufweisen, die aus der Vorform 15 unter Verwenden des thermoplastischen Harzes ausgebildet ist, welches als elastischer Körper dient, und sie kann eine äußere Schicht aufweisen, die aus dem dreidimensionalen Gewebe 24 auf der Vorform 15 ausgebildet ist, wobei das dreidimensionale Gewebe mit einem duroplastischen Harz imprägniert ist.
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Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben, so dass ein Fachmann diese in einfacher Weise ausführen kann.
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Ausführungsform
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Das innere Material (thermoplastisches Elastomer) einer gewellten Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial wurde gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einem thermoplastischen Material des TPE-V-Typs (Produktname: Santoprene 101-87) ausgebildet. Das äußere Material derselben wurde mittels eines dreidimensionalen Gewebes mit einem dreichachsig- (0°, ±45°) geflochtenen Webmuster unter Verwenden von Glasfasern ausgebildet und wurde durch Imprägnieren eines dreidimensionalen Gewebes mit einem Epoxyharz in einem Niedrigtemperatur-Imprägnierungsbehälter bei einer normalen Temperatur (etwa 25 °C) und Halten desselben im kontinuierlichen Prozessofen für etwa 30 Minuten bei etwa 120-175 °C hergestellt.
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Vergleichsbeispiele
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Als Vergleichsbeispiel 1 wurde eine herkömmliche Feder in der Art einer Stahlspirale hergestellt. Als Vergleichsbeispiel 2 wurde eine Feder des Spiraltyps unter Verwenden eines duroplastischen Harzes und einer Glasfaser hergestellt. Als Vergleichsbeispiel 3 wurde eine Feder des Spiraltyps unter Verwenden eines duroplastischen Harzes und einer Kohlenstofffaser hergestellt. Als Vergleichsbeispiel 4 wurde schließlich eine Feder des Spiraltyps unter Verwenden eines duroplastischen Harzes und einer Glas-/Kohlenstofffaser hergestellt.
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Versuchsbeispiel
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Es wurden die Federkonstanten der Ausführungsform und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 gemessen. Die Messergebnisse sind in der Tabelle 1 unten angegeben.
Tabelle 1
| Form der Feder | Spiraltyp [Vergleichsbeispiel 1] | Spiraltyp [Vergleichsbeispiel 2] | Spiraltyp [Vergleichsbeispiel 3] | Spiraltyp [Vergleichsbeispiel 4] | Gewellter Typ [Ausführungsform] |
| Material der Feder | Stahl | Duroplastisches Harz + Glasfaser | Duroplastisches Harz + Kohlenstofffaser | Duroplastisches Harz + Glas-/Kohlenstofffaser | Duroplastisches Harz + Glasfaser |
| Federkonstante [kgf/mm] | 1,42 | 0,32 | 0,49 | 0,27 | 1,76 |
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Wie in Tabelle 1 angegeben ist, wurde die Federkonstante der gewellten Feder aus dem Kunststoff-Verbundmaterial gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als etwa 1,76 kgf/mm gemessen. Obwohl die Federkonstante der Stahlspiralfeder gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 von den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 als höchste Federkonstante (z.B. etwa 1,42 kgf/mm) gemessen wurde, war sie kleiner als die Federkonstante der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Da die innere Schicht des gewellten Verbundmaterials gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einem elastischen thermoplastischen Harz mit ausgezeichneten Isolierungs- und Dämpfungseigenschaften ausgebildet ist und die äußere Schicht derselben aus einem dreidimensionalen Gewebe, das mit einem duroplastischen Harz als hochsteifes Verbundmaterial imprägniert ist, ausgebildet ist, kann die innere Schicht daher ein Isolierungs- und Dämpfungsverhalten gegen Vibrationen und Geräusche zeigen.
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Da, wie in 3 gezeigt ist, bei der gewellten Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung - anders als bei einer herkömmlichen Metallspiralfeder - keine Bauteile, wie beispielsweise eine Staubabdeckung und obere und untere Federunterlagen verwendet werden, ergibt sich bei der beispielhaft angegebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine mit den erforderlichen Bauteilen verbundene Kostenreduzierung. Daneben ist der Gesamtprozess zur Herstellung der Federn vereinfacht.
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Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die NVH-Charakteristiken in einfacher Weise sichergestellt werden, indem eine gewellte Feder aus einem Kunststoff-Verbundmaterial für ein Aufhängungssystem unter Verwenden verschiedener Materialien, anders als herkömmlich, hergestellt wird und die kontinuierliche Bildung kann durch Verbinden von Dreistufen-Prozessen durchgeführt werden, wodurch ebenso eine Verbesserung der Produktivität erreicht werden kann. Gleichfalls kann ein Modul für eine Aufhängung vereinfacht werden, indem Bauteile, wie beispielsweise eine Staubabdeckung und obere und untere Federunterlagen einer herkömmlichen Feder des Metallspiraltyps weggelassen werden, und der Herstellungsprozess und die Kosten für die Bauteile können ebenfalls reduziert werden. Daneben kann eine Verringerung des Fahrzeuggewichts erreicht werden.
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Da eine innere Schicht und eine äußere Schicht aus dem dreidimensionalen Gewebe, das entsprechend mit einem elastischen thermoplastischen Harz und einem duroplastischen Harz imprägniert ist, ausgebildet sind, kann insbesondere eine verbesserte Isolierung von Vibrationen und Geräuschen erreicht werden.
