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Die Erfindung betrifft eine Blattfeder. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug-Chassis-System mit zumindest einer solchen Blattfeder.
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Gattungsbildende Blattfeder, insbesondere Einblatt-Bogenfedern sind prinzipiell im Stand der Technik bekannt und finden bevorzugt bei Nutzfahrzeugen Anwendung, bei denen häufige Be- und Entladevorgänge mit erheblichen Zuladungsmengen zu einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Nutzfahrzeugs gehören. Bei solchen Nutzfahrzeugen ist es von Vorteil, Blattfedern an einer Hinterachse eine Achskonstruktion einzusetzen, welche beträchtliche Einfederreserven beinhaltet und dabei selbst in voll eingefedertem Zustand keine fahrdynamisch kritischen Situationen hervorruft. Für solche Anwendungsfälle haben sich Einblatt-Bogenfedern im Stand der Technik etabliert, da sie zudem die Möglichkeit bieten, einen in Fahrzeuglängsrichtung auftretenden Längenversatz der Einblatt-Bogenfedern bei Einfedervorgängen zu kompensieren.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2010 015 951 A1 geht eine Blattfeder für Kraftfahrzeuge aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial hervor, welche über eine Blattfederaufnahmevorrichtung an einer Fahrzeugkarosserie befestigbar ist, und ein erstes Ende sowie ein zweites Ende aufweist, welches jeweils momentenfest an der Blattfederaufnahmevorrichtung befestigbar ist. Die Blattfeder umfasst weiterhin einen Biegegelenkabschnitt, welcher derart ausgeführt ist, dass eine Längenänderung eines Federungsabschnitts der Blattfeder bei belastungsbedingten Verformungen ausgleichbar ist. Durch die momentenfeste und verschiebungsfeste Festlegung der beiden Enden der Blattfeder beispielsweise an einem Kraftfahrzeug wird bei einer belastungsbedingten Verformung der Blattfeder nicht nur eine Biegebelastung quer zu der Längsrichtung der Blattfeder erzeugt, sondern auch eine Zugbelastung in Längsrichtung der Blattfeder hervorgerufen. Diese Zugbelastung wird somit durch eine Längenänderung des quer zu der Längsrichtung verformten Federungsabschnitts hervorgerufen und kann durch eine daran angepasste Verformung des Biegegelenkabschnitts ausgeglichen werden. Die Blattfeder kann auftretende Seitenführungskräfte aufnehmen und auf eine Blattfederaufnahmevorrichtung übertragen.
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Bei der in der
DE 10 2010 015 951 A1 vorgeschlagenen Ausgestaltung der Blattfeder wird eine Längenänderung in dem Federungsabschnitt der Blattfeder, die bei einer belastungsbedingten Verformung quer zu der Längserstreckung des Federungsabschnittes erzwungen wird, durch eine daran angepasste Verformung des Biegegelenkabschnitts kompensiert. Dabei wird der Biegegelenkabschnitt der Blattfeder entgegen einer Rückstellkraft verformt. Durch die Formgebung und Ausgestaltung des Biegegelenkabschnitts können die einer belastungsbedingten Verformung des Federungsabschnitts entgegenwirkenden Rückstellkräfte und damit die Federungseigenschaften der Blattfeder innerhalb eines großen Bereichs vorgegeben werden. Insbesondere ist es auch möglich, der Blattfeder eine progressive Federrate, bzw. eine progressive Kraft-Weg-Kennlinie vorzugeben, wie sie insbesondere für eine Verwendung der Blattfeder zur Federung von Kraftfahrzeugen von Vorteil ist.
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Die
DE 10 2010 015 951 offenbart eine Glasfaser-Verbundstoff-Einblatt-Bogenfeder zur Verwendung in einem Fahrzeugchassis-System, die eine mehrfach lineare Reaktion erlaubt, wenn sie zusammengedrückt wird. Die Glasfaser-Verbundstoff-Einblatt-Bogenfeder erstreckt sich in Längsrichtung unter einer Fahrzeugkarosserie und ist an jedem Ende der Fahrzeugkarosserie typischerweise unter Verwendung eines Paars von Bolzenendhalterungen angebracht und in der Mitte an einer Achse festgelegt. Die Feder weist einen zentralen in Aufwärtsrichtung gekrümmten Bereich auf, der zwischen zwei in Abwärtsrichtung gekrümmten Bereichen vorgesehen ist, die zwischen zwei weiteren in Aufwärtsrichtung gekrümmten Bereichen vorgesehen sind. Die Feder kann hergestellt werden entweder unter Verwendung eines Prepregprozesses oder eines dreidimensionalen Verflechtungsprozesses. Unter Variieren der Krümmung von entweder den in Aufwärtsrichtung gekrümmten Bereichen oder den in Abwärtsrichtung gekrümmten Bereichen oder durch Variieren der Länge und der Breite der Bogenfeder kann das Auslenkungsausmaß entlang jedem Abschnitt der mehrfach linearen Auslenkungsreaktionskurve gesteuert werden. Die offenbarte Blattfeder ist an einem hinteren Ende beinahe senkrecht entlang der Hauptbelastungsrichtung der Blattfeder nach unten ausgerichtet und kann auf Grund der Funktion eines Ausgleichs der Längenänderung des Federungsabschnitts nicht beliebig verkürzt werden. Konstruktionsbedingt befindet sich dieses hintere Ende der Blattfeder in einem Bereich eines hinteren Karosserieüberhangs eines Nutzfahrzeugs und bedingt dadurch eine Reduzierung eines Böschungswinkels, was effektiv mit einer Reduktion einer Bodenfreiheit des betreffenden Nutzfahrzeugs einhergeht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Blattfeder anzugeben, welche derart ausgeführt ist, dass ein Längenausgleich eines Federungsabschnitts der Blattfeder ohne einhergehende Reduzierung der Bodenfreiheit des betreffenden Nutzfahrzeugs darstellbar ist.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Aufgabe ist mit einer Blattfeder mit einem ersten und einem zweiten Ende dadurch gelöst, dass die Blattfeder in Längsrichtung einen an dem ersten Ende beginnenden und sich in Richtung des zweiten Endes erstreckenden konkaven Zentralbereich aufweist. An den konkaven Zentralbereich schließt sich in Längsrichtung im Bereich des zweiten Endes (unmittelbar) ein wellenförmiger Bereich an. Dieser wellenförmige Bereich ist derart gestaltet, dass er zumindest einen konvexen und einen konkaven Teilbereich umfasst, also wenigstens einen Wellenzug aufweist, wobei an den Zentralbereich in Längsrichtung der Blattfeder unmittelbar der konvexe Teilbereich des wellenförmigen Bereichs anschließt. Durch diesen wellenförmigen Bereich wird die Längenänderung der Blattfeder bei einer Ein- oder Ausfederung übernommen, so dass die Längenausgleichsfunktion in Einfeder- und damit in Hauptbelastungsrichtung der Blattfeder erfolgt.
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Die Ausgestaltung als wellenförmiger Bereich im Bereich des zweiten Endes der Blattfeder ermöglicht es, eine weitgehend zu einer aufnehmenden Fahrzeugkarosserie horizontal ausgerichtete Anbindung der Blattfeder an die Fahrzeugkarosserie zu realisieren, wodurch der bisher im Stand der Technik enthaltene Nachteil einer Reduzierung der Bodenfreiheit des betreffenden Nutzfahrzeugs vermieden wird. Das zweite Ende der Bogenfeder ist somit vorteilhaft im eingebauten Zustand in einem Fahrzeug nicht mehr nach unten gerichtet und stellt somit keine Reduzierung der Bodenfreiheit des Fahrzeugs dar.
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Die Blattfeder kann als eine Einblatt-Bogenfeder ausgeführt sein. Alternativ kann die Blattfeder auch ein Federpaket bilden, das durch mehrere, vorzugsweise vertikal übereinander angeordneten Einblatt-Bogenfedern gebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste und das zweite Ende der Blattfeder zur Befestigung der Blattfeder an einer Fahrzeugkarosserie ausgebildet. Hierbei kann die Befestigung an der Karosserie vorteilhaft derart erfolgen, dass über die Blattfeder übertragene Drehmomente und Hebelkräfte durch einen Befestigungsmechanismus aufgenommen werden bzw. der Befestigungsmechanismus derart ausgeführt und dimensioniert ist, dass sämtliche während eines bestimmungsgemäßen Betriebs des Fahrzeugs entstehende Belastungen, insbesondere durch eingeleitete Drehmomente und/oder Hebelkräfte, kraft- und momentenschlüssig von der Blattfeder an die Fahrzeugkarosserie übertragen werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Blattfeder sieht vor, den wellenförmigen Bereich als eine zweifache, alternierende Abfolge von konvexen und konkaven Teilbereichen auszuführen, wobei in Längsrichtung der Blattfeder, in Richtung zweites Ende, auf den Zentralbereich folgend sich zunächst ein erster konvexer Teilbereich anschließt, so dass sich folgende Abfolge von Teilbereichen ergibt: der erste konvexe Teilbereich, einen erster konkaver Teilbereich, ein zweiter konvexer Teilbereich, und einen zweiter konkavern Teilbereich. Mit einer derartigen Ausführungsform des wellenförmigen Bereichs entsteht ein doppelter Wellenzug, welcher eine verbesserte Längenausgleichswirkung erzielt.
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Es ist vorteilhaft, die Blattfeder aus den Faserverbundmaterialien GFK und/oder CFK herzustellen. Idealerweise ist das als Rohmaterial verwendete Faserverbundmaterial vorimprägniert und weist eine duroplastische und/oder thermoplastische Fasermatrix auf.
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Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Blattfeder einstückig ausgeführt ist. Dabei kann die Blattfeder mit einem Pressverfahren aus einem Rohmaterialträger ohne zeitraubende Fügevorgänge einfach hergestellt werden, was die Zahl der Herstellungsschritte und damit die Fertigungskosten reduziert. Ferner ist es vorteilhaft, das erste Ende der Blattfeder mit einer integralen Bolzenhalterung auszuführen, um auf diese Weise eine momentenfreie Befestigung der Blattfeder an einem Fahrzeug-Chassis-System darzustellen. Diese integrale Bolzenhalterung ist vorteilhaft als integriertes Lagerauge bzw. als angeschraubtes Lagerauge ausgeführt und ermöglicht eine momentenfreie Lagerung der Blattfeder um einen in Fahrzeugquerrichtung ausgerichteten Lagerbolzen bei Bewegungen der Blattfeder in Belastungsrichtung entlang der Fahrzeughochachse.
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Darüber hinaus ist es zweckmäßig, das erste Ende der Blattfeder als integrales oder geschraubtes Gummi-Metall-Lager auszuführen, da auf diese Weise eine Belastung des die Anbindungsstruktur tragenden Fahrzeug-Chassis-Systems deutlich reduziert bzw. gedämpft werden kann.
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Vorteilhaft wird die Blattfeder derart mit der Fahrzeugkarosserie verbunden, dass das erste Ende in Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs weist und das zweite Ende Rückwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs weist.
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Darüber hinaus bietet es sich als weitere vorteilhafte Ausführungsform der Blattfeder an, das zweite Ende zur Befestigung an einer Fahrzeugkarosserie mit einem elastischen Koppelelement auszustatten, um dadurch eine Übertragungen von Stucker und/oder Zitterbewegungen der Blattfeder beispielsweise bei vertikaler Fahrbahnanregung gegenüber dem Fahrzeug-Chassis-System abzudämpfen und auf diese Weise den Fahrkomfort des Nutzfahrzeugs zu erhöhen.
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Schließlich ist die Aufgabe mit einem Fahrzeug-Chassis-System mit zumindest einer erfindungsgemäßen Blattfeder gelöst. Vorteile und Weiterbildungen des Fahrzeug-Chassis-Systems ergeben sich durch sinngemäße und analoge Übertragung der vorstehenden Ausführungen zur Blattfeder.
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Weitere Vorteile, Merkmale und/oder Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1a–d schematische seitliche Querschnittsansichten einer Blattfeder in verschiedenen Ausführungsformen.
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Die 1a–c zeigen schematische seitliche Querschnittsansichten einer Blattfeder, insbesondere einer Einblatt-Bogenfeder in verschiedenen Ausführungsformen. Alle Figuren zeigen jeweils eine Einblatt-Bogenfeder in einer Orientierung, bei der der linke Bildrand in Fahrzeuglängsrichtung (vorwärts) zeigt und bei der der rechte Bildrand in Fahrzeuglängsrichtung (rückwärts) zeigt. Alle dargestellten Einblatt-Bogenfedern weisen ein erstes Ende 1, einen konkaven Zentralbereich 3 sowie ein zweites Ende 2 auf. Der konkave Zentralbereich 3 erstreckt in sich Längsrichtung der Einblatt-Bogenfeder zwischen dem ersten Ende 1 und dem zweiten Ende 2 und bildet zugleich den Einfederbereich eines übergeordneten Achssystems bei Belastungsvorgängen. Die Belastung wird vorliegend durch eine schematisch angedeutete Radachse 11 in die Einblatt-Bogenfeder eingebracht. An den konkaven Zentralbereich 3 schließt sich ein wellenförmiger Bereich 4 an, welcher mindestens einen konvexen Teilbereich 5 und einen konkaven Teilbereich 6 umfasst (vgl. 1a und 1c), wobei in Längsrichtung der Einblatt-Bogenfeder zunächst auf den konkaven Zentralbereich 3 der konvexe Teilbereich 5 folgt. Der konvexe Teilbereich 5 bildet gemeinsam mit dem konkaven Teilbereich 6 wenigstens einen vollständigen Wellenzug aus, welcher bei Einfedervorgängen in Belastungsrichtung der Einblatt-Bogenfeder als Längenausgleich in Längsrichtung arbeitet und es auf diese Weise gestattet, das zweite Ende 2 der Einblatt-Bogenfeder in annähernd paralleler Weise an einer Fahrzeugkarosserie (angedeutet durch die Schraffierung am ersten und zweiten Ende) zu befestigen. Dadurch kann ein bisher im Stand der Technik enthaltener Nachteil einer Verkleinerung eines zulässigen Böschungswinkels und somit einer nutzbaren Unterbodenfreiheit des betreffenden Fahrzeugs vermieden bzw. deutlich reduziert werden, da kein Überstand der Einblatt-Bogenfeder an dem zweiten Ende 2 entlang einer Fahrzeughochachse mehr erforderlich ist. Kräfte werden von einer Radachse 11 in die Einblatt-Bodenfeder eingeleitet.
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In 1a ist die Bodenfeder am ersten Ende 1 und am zweiten Ende 2 momentenfest über entsprechende Metallelemente 14 mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Gleiches gilt für die Verbindung des zweiten Endes 2 der Einblatt-Bogenfeder mit der Fahrzeugkarosserie in 1b.
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In 1b weist der wellenförmige Bereich 4 folgende Abfolge von Teilbereichen auf: einen ersten konvexen Teilbereich 5, einen ersten konkaven Teilbereich 6, einen zweiten konvexen Teilbereich 7, und einen zweiten konkaven Teilbereich 8 wobei sich dem Zentralbereich 5 folgend der erste konvexe Teilbereich 5 anschließt. Die weist den Vorzug auf, dass die Amplituden der Wellenberge und -täler bei einer Anordnung mit zwei Wellenzügen im Gegensatz zu einer Anordnung mit nur einem Wellenzug kleiner ausgeführt werden können, was zu einer weiteren Vergrößerung der möglichen Bodenfreiheit des betreffenden Kraftfahrzeugs führt und dem jeweiligen Achssystem mehr Bauraum für weitere Komponenten, beispielsweise für Stabilisatoren, zur Verfügung stellt.
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Das erste Ende 1 und das zweite Ende 2 sind in allen dargestellten Beispielen mit der Fahrzeugkarosserie verbunden und bilden somit die Schnittstelle zwischen der Einblatt-Bogenfeder und einem Tragsystem des Fahrzeugs. Für diese Verbindung gibt es mehrere vorteilhafte Ausgestaltungen. So zeigen 1b bis 1d, dass das erste Ende 1 eine integrale Bolzenhalterung 12 umfasst, wodurch eine momentenfreie Anbindung des ersten Endes 1 an die Fahrzeugkarosserie durch eine Lagerung um einen in Fahrzeugquerrichtung angeordneten Lagerbolzen ermöglicht wird. Bevorzugt ist die integrale Bolzenhalterung 12 als in die Einblatt-Bogenfeder integriertes Lagerauge bzw. als angeschraubtes Lagerauge ausgeführt und kann dadurch je nach zu erwartender Belastung gestaltet bzw. dimensioniert werden.
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1c zeigt am zweiten Ende eine Verbindung zwischen der Einblatt-Bogenfeder und der Fahrzeugkarosserie, die ein elastisches Koppelelement 13 aufweist. Die dadurch erreichte Reduzierung der strukturellen Belastung der aufnehmenden Durch eine solche Ausführung lassen sich beispielsweise Fahrbahn- und/oder Antriebsanregungen eines Achssystems gegenüber der aufnehmenden Tragstruktur eliminieren bzw. stark abdämpfen, was dem Fahrkomfort des betreffenden Kraftfahrzeugs zu Gute kommt.
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1d zeigt am zweiten Ende eine weitere integrale Bolzenhalterung, wodurch eine momentenfreie Anbindung des beiden Enden 1, 2 an die Fahrzeugkarosserie durch eine Lagerung um einen in Fahrzeugquerrichtung angeordneten Lagerbolzen ermöglicht wird. Bevorzugt ist die integrale Bolzenhalterung 12 als in die Einblatt-Bogenfeder integriertes Lagerauge bzw. als angeschraubtes Lagerauge ausgeführt und kann dadurch je nach zu erwartender Belastung gestaltet bzw. dimensioniert werden. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert worden ist, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten und/oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion und/oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erstes Ende
- 2
- Zweites Ende
- 3
- Zentralbereich
- 4
- Wellenförmiger Bereich
- 5
- (Erster) konvexer Teilbereich
- 6
- (Erster) konkaver Teilbereich
- 7
- Zweiter konvexer Teilbereich
- 8
- Zweiter konvexer Teilbereich
- 11
- Radachse
- 12
- Gummi-Metalllager/integrale Bolzenhalterung
- 13
- Elastisches Koppelelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010015951 A1 [0003, 0004]
- DE 102010015951 [0005]
