DE102015104215A1

DE102015104215A1 - Blattfederanordnung mit Elastomerlager

Info

Publication number: DE102015104215A1
Application number: DE102015104215.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Böke; Torsten Howe; Ralph Kiessling; Dirk Rochell; Ralph WOJTCZYK
Original assignee: Benteler SGL GmbH and Co KG
Current assignee: Benteler SGL GmbH and Co KG
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-09-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blattfederanordnung 1 aufweisend eine Blattfeder 2 aus Faserverbundwerkstoff und ein Haltebauteil 4, über das die Blattfeder 2 mit einer Kraftfahrzeugachse gekoppelt ist, wobei das Haltebauteil 4 einen Längenabschnitt 3 der Blattfeder 2 überspannt, wobei auf einer Oberseite (6) und/oder einer Unterseite 13 der Blattfeder 2 eine Auflagenplatte 9 angeordnet ist, wobei zwischen Auflagenplatte 9 und Blattfeder 2 eine Elastomerschicht 10 angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder 2, wobei die Elastomerschicht 10 in ihrer Grundfläche größer ist als die Grundfläche der Auflagenplatte 9.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blattfederanordnung mit einer Blattfeder aus Faserverbundwerkstoff gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder zur Verwendung in einer solchen Blattfederanordnung gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 11.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt Blattfedern in Kraftfahrzeugen zu verbauen und hier, insbesondere entweder als Längsblattfedern oder als Querblattfedern einzusetzen. Bei Längsblattfedern sind diese an ihren Enden jeweils mit einer Kraftfahrzeugkarosserie verbunden, wobei in einem mittleren Längenabschnitt eine Achsanbindung angeordnet ist. Zumeist werden Starrachsen mit zwei Längsblattfedern an der Kraftfahrzeugkarosserie gekoppelt.
Es ist ferner aus dem Stand der Technik bekannt die Blattfedern selbst aus metallischen Werkstoffen herzustellen, jedoch auch Blattfedern aus Faserverbundwerkstoffen herzustellen. Hierzu werden Faserwerkstoffe lagenweise geschichtet und mit Matrixharz versehen, so dass nach dem Aushärten eine Blattfeder aus Faserverbundwerkstoff vorliegend ist.
Im Einsatz selbst, mithin im Betrieb des Kraftfahrzeuges ist eine solche Blattfeder einer hohen Zahl von Lastwechselspielen ausgesetzt durch das Ein- und Ausfedern, jedoch auch durch Vibrationen oder sonstige Schwingungen. Damit der Blattfederkörper selbst, insbesondere bei einer Blattfeder aus Faserverbundwerkstoff, nicht eine vorschnelle Rissbildung oder aber einen Ermüdungsbruch erleidet, ist eine Koppelung mit einem Anbindungsteil formschlüssig, die Blattfeder außen umgreifend vorgesehen. Hierdurch wird es vermieden, dass in der Blattfeder selbst Löcher, Einschnürungen oder sonstige Schwachstellen geschaffen werden müssen, so dass sich gerade keine Risse aufgrund von Spannungsspitzen in dem Blattfederkörper ausbreiten können. Es gestaltet sich dadurch jedoch das Problem, dass der Blattfederkörper relativ derart an dem Haltebauteil gekoppelt werden muss, dass die vorgegebenen Sollmaße eingestellt sind. Mithin muss eine Justierung erfolgen.
Hierzu ist beispielsweise aus der DE 10 2010 020 428 A1 eine Blattfederanordnung an einer Starrachse bekannt, bei der auf die Blattfeder eine Zwischenlage aufgebracht ist, welche selbst eine Justieröffnung aufweist. Bevor letztlich das Haltebauteil derart fest um einen Längsabschnitt der Blattfeder umgreifend angezogen wird, kann eine Justierung erfolgen.
Aufgabe der Erfindung ist es ausgehend vom Stand der Technik eine Blattfederanordnung bereitzustellen, die eine besonders einfache und lagegenaue Erstmontage ermöglicht und gleichzeitig eine hohe Lebensdauer auch bei intensiver Beanspruchung aufweist.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Blattfederanordnung gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
Die zuvor genannte Aufgabe wird weiterhin mit einem Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder für eine solche Blattfederanordnung gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die Blattfederanordnung weist eine Blattfeder aus Faserverbundwerkstoff und ein Haltebauteil auf, wobei die Blattfeder über das Haltebauteil mit einer Kraftfahrzeugachse gekoppelt ist und das Haltebauteil einen Längsabschnitt der Blattfeder seitlich umgreift. Auf einer Oberseite und/oder einer Unterseite der Blattfeder ist eine Auflagenplatte angeordnet, insbesondere zwischen Blattfeder und Haltebauteil. Zwischen einer Auflagenplatte und der Blattfeder ist eine Elastomerschicht angeordnet.
An der Unterseite der Blattfeder ist bevorzugt eine Sattelplatte angeordnet und an einer Oberseite der Blattfeder eine Federplatte. Die Platten sind bevorzugt jeweils als Stahlbauteil ausgebildet. Sie werden insbesondere vor der Montage gereinigt, so dass keine Verschmutzungen zwischen der Blattfeder und der jeweiligen Platten vorhanden sind, welche eine mechanische Beschädigung der Blattfeder herbeiführen könnten. Die Federplatte und Sattelplatte überdecken dabei jeweils einen flächigen Bereich der Oberseite bzw. Unterseite der Blattfeder und werden wiederum seitlich umgriffen von Halteschellen oder sonstigen Verschraubungen. Nunmehr ist vorgesehen, dass die Federplatte sowie die Sattelplatte nicht direkt auf der Oberfläche aufliegen, sondern dazwischen eine jeweilige Auflagenplatte eingegliedert ist. Diese Platte kann wiederum bevorzugt auch aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein, z. B. aus einem Stahlwerkstoff. Hier wäre es jedoch auch möglich, die Platte aus einem weicheren metallischen Werkstoff herzustellen, beispielsweise aus einem Leichtmetall. Die Auflagenplatte kann jedoch auch aus einem Kunststoff ausgebildet sein.
Die Auflagenplatte selbst weist bevorzugt einen Zentrierfortsatz auf, welcher auch als Herzbolzen bezeichnet werden kann. Dieser Zentrierfortsatz greift in eine Öffnung der Federnplatte bzw. eine Öffnung der Sattelplatte ein. In diesem Fall ist die Sattelplatte in Einbaulage an der Unterseite der Blattfeder angeordnet und die Federnplatte an der Oberseite und jeweils zwischen Sattelplatte und Blattfeder sowie Blattfeder und Federnplatte ist die Auflagenplatte eingegliedert.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorsehen, dass zwischen der jeweiligen Auflagenplatte und der Oberfläche des Blattfederkörpers eine Elastomerschicht angeordnet ist. Die Elastomerschicht weist bevorzugt eine Dicke von 0,5 bis 1,5 mm, insbesondere 0,8 bis 1,2 mm und besonders bevorzugt von ca. 1 mm auf. Diese Elastomerschicht bietet zwei Vorteile. Zum einen erfolgt eine Spannungsverteilung, so dass die aufgrund des formschlüssigen Umgreifens und Festziehens des Haltebauteils aufgebrachten Spannungen gleichmäßig auf die Blattfeder wirken sowie im Betrieb der Blattfeder die weitergegebenen Kräfte oder Momente über eine jeweils größere Fläche verteilt werden. Gleichzeitig dient die Elastomerschicht als Verschleißschutzschicht, ganz besonders bevorzugt im Randbereich zwischen der jeweiligen Sattelplatte und Blattfeder bzw. Federnplatte und Blattfeder. Hier wird es besonders mit der überstehenden Elastomerschicht vermieden, dass Verschmutzungen eindringen sowie durch ein Anliegen von metallischem Bauteil in Form der Auflagenplatte an der Oberfläche der Blattfeder, Einschnürungen entstehen oder sonstige Spannungsspitzen auftreten.
Durch die vorgenannte Maßnahme wird die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Blattfederanordnung deutlich erhöht. Produktionsschwankungen, beispielsweise aufgrund der Eingliederung marginaler Verschmutzungen zwischen Oberfläche der Blattfeder und der jeweiligen Auflagenplatte können durch die Elastomerschicht ausgeglichen werden. Ebenso Produktionstoleranzen von Auflagenplatten und/oder Federnplatte und/oder jeweiliger Querschnittsdicke in dem Längenabschnitt der Blattfeder, welcher durch das Haltebauteil übergriffen wird, können ebenfalls ausgeglichen werden.
Zudem bietet jedoch die Eingliederung der Elastomerschicht einen weiteren Vorteil, Damit im Randbereich der erfindungsgemäße Verschleißschutz auftrifft, ist die von der Elastomerschicht überdeckte Grundfläche größer als die von der Auflagenplatte bzw. von der Federnplatte bzw. Sattelplatte überdeckte Grundfläche im jeweiligen Auflagenbereich. Gerade durch das Überstehen der Elastomerschicht im Randbereich können Spannungsspitzen kompensiert werden. Hierzu sieht das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder für eine solche Blattfederanordnung folgende Verfahrensschritte vor:

– Bereitstellen eines Blattfederhalbzeuges,
– Aufbringen und/oder Einbringen von Matrixharz in das Blattfederhalbzeug,
– Aufbringen der Elastomerschicht und Auflegen der Auflagenplatte,
– Erwärmen des Blattfederhalbzeuges, so dass das Matrixharz aushärtet und die Elastomerschicht vulkanisiert.

Als Blattfederhalbzeug wird insbesondere eine entsprechende lagenweise Anordnung von Faserwerkstoff verstanden, welche in einem anschließenden Vorgang mit Matrixharz versetzt wird. Dies kann dadurch geschehen, dass das Matrixharz aufgebracht wird, beispielsweise durch Sprühen oder auch Rakeln. Aufgrund des Kapillareffektes werden dann die einzelnen Lagen mit Matrixharz durchsetzt. Gegebenenfalls ist es möglich, das Matrixharz zu injizieren. Auch vorstellbar ist die Herstellung eines Blattfederhalbzeuges mittels Laminieren, wobei eine jeweilige Lage gleichsam mit einem Harz beaufschlagt wird und die einzeln mit Harz beaufschlagten Lagen dann übereinander geschichtet werden. Auch kann das Blattfederhalbzeug durch Tow Pregs hergestellt werden, insbesondere wird dazu ein Kernmaterial umwickelt.
Ferner wird dann die Elastomerschicht aufgebracht und auf die Elastomerschicht die Auflagenplatte aufgebracht. Im Fall von je einer Auflagenplatte an Oberseite und Unterseite der herzustellenden Blattfeder wird dann jeweils eine Elastomerschicht auf die Oberseite und auf die Unterseite der Blattfeder aufgebracht und jeweils wiederum auf der Elastomerschicht eine Auflagenplatte angeordnet. Die Anordnung kann beispielsweise mit einem Hilfsmittel fixiert werden, so dass die Auflagenplatten in ihrer Sollposition angeordnet sind und dort verbleiben. Auch ist es möglicht, dass die Auflagenplatte direkt mit der Elastomerschicht vorfixiert ist und beide zusammen auf die Blattfeder aufgelegt werden. Das Erwärmen findet bevorzugt in einem Ofen statt, kann jedoch auch mittels anderer bekannter Erwärmungsmethoden, beispielsweise durch Wärmestrahlung, Gebläse oder auch Wärmekonvektion erzeugt werden. Durch die Temperatureinwirkung beginnt das Matrixharz auszuhärten und wird somit stoffschlüssig mit der Elastomerschicht gekoppelt. Gleichzeitig beginnt die Elastomerschicht zu vulkanisieren und wird somit auf die jeweilige Rückseite der Auflagenplatte aufvulkanisiert, so dass sich auch hier eine stoffschlüssige Verbindung ausbildet. Nach dem Aushärteprozess ist die Blattfeder stoffschlüssig verbunden unter Eingliederung der jeweiligen Elastomerschicht mit der Auflagenplatte.
Alternativ kann die Elastomerschicht mit der Auflagenplatte und/oder der Blattfeder stoffschlüssig verbunden werden. Die nachträgliche stoffschlüssige Verbindung hat den Vorteil, dass der Verlauf der Blattfeder im Mitteneinspannbereich, wo später in der Einbaulage die Blattfeder mit der Kraftfahrzeugachse gekoppelt wird, konturgerecht in Form gebracht werden kann und zwar unabhängig von der Gestalt der Elastomerschicht und der Auflagenplatte. In jedem Fall wird die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen durch Vulkanisation oder durch einen separaten Klebstoff als zweckmäßig angesehen.
Die Auflagenplatte weist dann bevorzugt einen Zentrierfortsatz auf, so dass bei Erstmontage oder aber auch nach einer Reparatur eine Eigenzentrierung der Blattfeder in dem Haltebauteil stattfindet. Hierdurch wird der Montageprozess deutlich vereinfacht und gleichzeitig die Lebensdauererwartung gesteigert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist es vorgesehen, dass im Herstellungsprozess der Blattfeder auch eine Justierung der Position der Auflagenplatte mit Zentrierfortsatz erfolgt. Somit kann die relative Lage der Blattfeder in der Blattfederanordnung beeinflusst werden.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten sind in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
1 eine perspektivische Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Blattfederanordnung und
2 eine Längsschnittansicht durch die erfindungsgemäße Blattfeder mit Auflagenplatte.
1 zeigt die erfindungsgemäße Blattfederanordnung 1 in einer perspektivischen Längsschnittansicht. Hierzu ist eine Blattfeder 2 in Form einer Längsblattfeder angeordnet und ein Längenabschnitt 3 der Blattfeder 2 wird außenseitig durch ein Haltebauteil 4 umgriffen. Das Haltebauteil 4 weist dazu Haltebügel 5 auf, wobei die Haltebügel 5 gegenüber einer Oberseite 6 der Blattfeder 2 Abstandhalter 7 aufweisen. Die Abstandhalter 7 selbst liegen auf einer Federplatte 8 auf und die Federplatte 8 liegt unter Eingliederung einer Auflagenplatte 9 sowie der erfindungsgemäßen Elastomerschicht 10 auf der Oberseite 6 der Blattfeder 2 auf.
Damit eine Zentrierung, insbesondere in X- und Y-Richtung erfolgen kann, ist ein Zentrierfortsatz 11 in Form einer Ausbeulung an der Auflagenplatte 9 vorgesehen, wobei die Federnplatte 8 selbst eine Zentrieröffnung 12 aufweist und der Zentrierfortsatz 11 formschlüssig in die Zentrieröffnung 12 eingreift und dabei die Blattfeder 2 in dem Haltebauteil 4 bezogen auf die X- und Y-Richtung zentriert.
Auf der Unterseite 13 der Blattfeder 2 ist ein spiegelverkehrter Aufbau gegeben. Demnach liegt eine Elastomerschicht 10 auf der Unterseite 13 auf bzw. ist mit dieser stoffschlüssig gekoppelt, gefolgt von einer Auflagenplatte 9, wobei die Auflagenplatte 9 wiederum einen Zentrierfortsatz 11 aufweist, der in eine Zentrieröffnung 12 einer Sattelplatte 14 formschlüssig eingreift. Die Sattelplatte 14 selbst liegt auf einem Auflagebock 15 einer Kraftfahrzeugachse auf. Der Auflagerbock 15 selbst weist eine Zentrierhülse 18 auf, in die ein Zentrierfortsatz 17 der Sattelplatte 14 formschlüssig eingreift, um auch die Sattelplatte 14 in X- und Y-Richtung zu zentrieren. Am Ende der Haltebügel 5 sind Muttern 19 angeordnet, so dass durch Anziehen der Muttern 19 eine zusätzliche Presskraft ausgeübt wird auf die innen zentriert angeordnete Blattfeder 2 und diese somit kraftschlüssig, insbesondere auf die X-Richtung bezogen lagefixiert ist.
2 zeigt eine Längsschnittansicht durch die erfindungsgemäße Blattfeder 2. Gut zu erkennen ist, dass die jeweils auf der Oberseite 6 und der Unterseite 13 angeordnete Elastomerschicht 10 seitlich gegenüber der Auflagenplatte 9 überstehend ausgebildet ist. Hierdurch kommt es gerade in einem Randbereich 20 zu einer Vermeidung von Spannungsspitzen aufgrund der überstehenden Elastomerschicht 10. Ferner weist die Elastomerschicht 10 eine Dicke 21 auf, die bevorzugt zwischen 0,5 und 1,5 mm liegt.
Bezugszeichenliste

1: Blattfederanordnung
2: Blattfeder
3: Längenabschnitt zu 2
4: Haltebauteil
5: Haltebügel
6: Oberseite zu 2
7: Abstandhalter
8: Federplatte
9: Auflagenplatte
10: Elastomerschicht
11: Zentrierfortsatz
12: Zentrieröffnung
13: Unterseite zu 2
14: Sattelplatte
15: Auflagebock
16: Kraftfahrzeugachse
17: Zentrierfortsatz zu 15
18: Zentrierhülse
19: Mutter
20: Randbereich
21: Dicke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010020428 A1 [0006]

Claims

Blattfederanordnung (1) aufweisend eine Blattfeder (2) aus Faserverbundwerkstoff und ein Haltebauteil (4), über das die Blattfeder (2) mit einer Kraftfahrzeugachse gekoppelt ist, wobei das Haltebauteil (4) einen Längenabschnitt (3) der Blattfeder (2) überspannt, wobei auf einer Oberseite (6) und/oder einer Unterseite (13) der Blattfeder (2) eine Auflagenplatte (9) angeordnet ist, wobei zwischen Auflagenplatte (9) und Blattfeder (2) eine Elastomerschicht (10) angeordnet ist, wobei die Elastomerschicht (10) in ihrer Grundfläche größer ist als die Grundfläche der Auflagenplatte (9).
Blattfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Unterseite (13) der Blattfeder (2) eine Sattelplatte (14) angeordnet ist und auf einer Oberseite (6) eine Federplatte (8), wobei beide Platten (8, 14) bevorzugt als Stahlbauteil ausgebildet sind.
Blattfederanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagenplatte (9) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet ist.
Blattfederanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagenplatte (9) aus Kunststoff besteht.
Blattfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (10) mit der Blattfeder (2) und/oder der Auflagenplatte (9) stoffschlüssig verbunden ist.
Blattfederanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (10) auf die Auflagenplatte (9) und/oder auf die Blattfeder (2) vulkanisiert ist.
Blattfederanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (10) mit der Blattfeder (2) verklebt ist, wobei das Matrixharz des Faserverbundwerkstoffes und/oder ein separat zugeführter Klebstoff als Klebstoff dienen.
Blattfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagenplatte (9) einen Zentrierfortsatz (11) aufweist, und der Zentrierfortsatz (11) der oberen Auflagenplatte (9) im montierten Zustand in eine Zentrieröffnung (12) der Federplatte (8) eingreift und der Zentrierfortsatz (11) der unteren Auflagenplatte (9) in eine Zentrieröffnung (12) der Sattelplatte (14) eingreift.
Blattfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (10) eine Dicke (21) zwischen 0,5 und 1,5 mm, insbesondere von 0,8 bis 1,2 mm und bevorzugt von 1 mm aufweist.
Blattfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (2) als Längsblattfeder ausgebildet ist und dass die Kraftfahrzeugachse als Starrachse ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder (2) zur Verwendung in einer Blattfederanordnung (1) mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen eines Blattfederhalbzeuges, – Aufbringen und/oder Einbringen von Matrixharz in das Blattfederhalbzeug, – Aufbringen der Elastomerschicht (10) und Auflegen der Auflagenplatte (9), – Erwärmen des Blattfederhalbzeuges, so dass das Matrixharz aushärtet und die Elastomerschicht (10) auf die Auflagenplatte (9) aufvulkanisiert.
Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder (2) zur Verwendung in einer Blattfederanordnung (1) mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet, durch folgende Schritte: – Bereitstellen eines Blattfederhalbzeuges mit einem Matrixharz oder Zusammenführen eines Blattfederhalbzeuges mit einem Matrixharz; – Erwärmen des Blattfederhalbzeuges, so dass das Matrixharz aushärtet; – Aufbringen der Elastomerschicht (10) auf die Blattfeder (2) und Auflegen einer Auflagenplatte (9) auf die Elastomerschicht (10), wobei die Bauteile stoffschlüssig entweder durch Vulkanisation miteinander verbunden werden oder miteinander verklebt werden, wobei zuvor ein Klebstoff zwischen Elastomerschicht (10) und Blattfeder (2) und/oder zwischen Elastomerschicht (10) und Auflagenplatte (9) eingebracht wird.