DE102016215938B4 - Method for producing a leaf spring, and leaf spring and chassis for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder (1; 15; 18) aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei die Blattfeder (1; 15; 18) aus mehreren Faserlagen (9 bis 14) mit mindestens einer in Längsrichtung zwischen Enden (4, 5) liegenden Aufdickung (2, 3) gefertigt wird, wobei die mindestens eine Aufdickung (2, 3) jeweils durch zumindest einen Einleger (8) definiert wird, welcher als Einheit vorgefertigt und anschließend in dem Bereich der jeweils zu definierenden Aufdickung (2, 3) zwischen einer oberen Decklage (6; 16; 19) und einer unteren Decklage (7; 17; 20) angeordnet wird, und die mindestens eine Aufdickung (2, 3) jeweils durch mehrere zwischenliegende Einleger (8) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass einander entsprechende Einleger (8) gespiegelt zueinander angeordnet werden.Method for producing a leaf spring (1; 15; 18) from a fiber composite material, wherein the leaf spring (1; 15; 18) consists of a plurality of fiber layers (9 to 14) with at least one thickening (2) extending longitudinally between ends (4, 5) 3), wherein the at least one thickening (2, 3) is defined in each case by at least one insert (8), which is prefabricated as a unit and subsequently in the region of the respectively defined thickening (2, 3) between an upper cover layer (6; 16; 19) and a lower cover layer (7; 17; 20) is arranged, and the at least one thickening (2, 3) is respectively formed by a plurality of intermediate inserts (8), characterized in that corresponding inserts ( 8) are arranged mirrored to each other.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei die Blattfeder aus mehreren Faserlagen mit mindestens einer in Längsrichtung zwischen Enden liegenden Aufdickung gefertigt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Blattfeder und ein Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for producing a leaf spring made of a fiber composite material, wherein the leaf spring is made of several fiber layers with at least one lying in the longitudinal direction between the ends thickening. Furthermore, the invention relates to a leaf spring and a chassis for a motor vehicle.
Ein derartiges Verfahren bzw. eine solche Blattfeder ist aus der
Aus der
Der
Der
Schließlich ist aus der
In Fahrwerken von Kraftfahrzeugen können als Tragfedern Blattfedern zur Anwendung kommen, die den Aufbau des Fahrzeuges federnd gegenüber den an den Radträgern vorgesehenen Rädern abstützen. Ein wesentlicher Vorteil einer Blattfeder besteht dabei darin, dass diese im Vergleich zu anderen Federbauarten gleichzeitig auch als Konstruktionselement zur Verbindung von Aufbau und Achse fungieren und Radführungsfunktionen übernehmen kann. Werden dann noch mehrere Blattfedern verwendet, so kann aufgrund der Reibkräfte zwischen den einzelnen Federblättern noch eine gewisse Dämpfung erzielt werden, so dass die Blattfedern die Arbeit eines Schwingungsdämpfers unterstützen können.In chassis of motor vehicles leaf springs can be used as suspension springs, which support the construction of the vehicle resiliently with respect to the wheels provided on the wheel carriers. A significant advantage of a leaf spring is that it also act as a construction element for connecting structure and axle and can take over Radführungsfunktionen compared to other types of spring simultaneously. If a plurality of leaf springs are then used, a certain degree of damping can still be achieved due to the frictional forces between the individual spring leaves, so that the leaf springs can support the work of a vibration damper.
Vermehrt werden Blattfedern inzwischen aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt, wodurch sich die vorstehend genannten Vorteile bei gleichzeitig geringem Gewicht verwirklichen lassen. Üblicherweise wird die Blattfeder dazu aus mehreren Faserlagen zusammengesetzt, welche je nach gewünschter Gestaltung der Blattfeder zueinander positioniert, kompaktiert und anschließend über eine Kunststoffmatrix stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Je nach Geometrie und Materialwahl der hierdurch letztendlich gebildeten Blattfeder lassen sich dabei unterschiedliche Eigenschaften der Blattfeder realisieren.Leaf springs are now increasingly made of a fiber composite material, which can realize the advantages mentioned above with low weight. Usually, the leaf spring is composed of several fiber layers, which are positioned according to the desired design of the leaf spring to each other, compacted and then bonded together by a plastic matrix materially. Depending on the geometry and choice of material of this ultimately formed leaf spring can thereby realize different properties of the leaf spring.
Aus der
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff zu schaffen, wobei dabei eine Herstellung mindestens einer Aufdickung mit niedrigem Herstellungsaufwand möglich sein soll.Starting from the above-described prior art, it is now the object of the present invention to provide a method for producing a leaf spring made of a fiber composite material, wherein it should be possible to produce at least one thickening with low production costs.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Eine erfindungsgemäße Blattfeder ist zudem Gegenstand von Anspruch 7, während ein eine Blattfeder aufweisendes Fahrwerk in Anspruch 8 beansprucht ist.This object is achieved on the basis of the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features. The following dependent claims give each advantageous embodiments of the invention. A leaf spring according to the invention is also the subject of
Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff die Blattfeder aus mehreren Faserlagen mit mindestens einer in Längsrichtung zwischen Enden liegenden Aufdickung gefertigt. Erfindungsgemäß wird die Blattfeder also aus mehreren einzelnen Faserlagen hergestellt, die in Kombination mit einem Kunststoff einen Faser-Kunststoff-Verbund ausbilden. Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei den Fasern dabei um Verstärkungsfasern, insbesondere in Form von Glasfasern, die von einer Kunststoffmatrix umgeben sind. Die Kunststoffmatrix wird dabei bevorzugt durch einen duroplastischen Kunststoff gebildet, welcher in Form von Epoxidharz vorliegen kann.According to the invention, in a method for producing a leaf spring made of a fiber composite material, the leaf spring is manufactured from a plurality of fiber layers with at least one longitudinal thickening between the ends. According to the invention, the leaf spring is thus made of a plurality of individual fiber layers, which form a fiber-plastic composite in combination with a plastic. For the purposes of the invention, the fibers are reinforcing fibers, in particular in the form of glass fibers, which are surrounded by a plastic matrix. The plastic matrix is preferably formed by a thermosetting plastic, which may be in the form of epoxy resin.
Bei der zu fertigenden Blattfeder wird dabei im Zuge der Fertigung zwischen den Enden mindestens eine Aufdickung ausgebildet. Hierbei ist unter einer „Aufdickung“ ein Abschnitt der Blattfeder zu verstehen, welcher im Vergleich zu sonstigen Abschnitten der Blattfeder mit einer deutlich größeren Dicke, d.h. einer größeren Erstreckung in Einfederrichtung, ausgeführt ist. Entlang der Längserstreckung der Blattfeder können dabei ein oder auch mehrere derartig aufgedickte Bereiche vorgesehen sein, welche hinsichtlich ihrer Dicke einander entsprechend oder abweichend gestaltet sein können.In the case of the leaf spring to be produced, at least one thickening is formed in the course of production between the ends. Here is under a "thickening" to understand a portion of the leaf spring, which is compared to other sections of the leaf spring with a significantly larger thickness, ie a greater extension in the compression direction, executed. Along the longitudinal extent of the leaf spring one or more such thickened areas may be provided, which may be designed according to their thickness in accordance with or deviating.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die mindestens eine Aufdickung jeweils durch zumindest einen Einleger definiert wird, welcher als Einheit vorgefertigt und anschließend in dem Bereich der jeweils zu definierenden Aufdickung zwischen einer oberen Decklage und einer unteren Decklage angeordnet wird. Mit anderen Worten wird also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mindestens ein Einleger bereits im Vorfeld gefertigt, wobei dieser vorgefertigte Einleger im weiteren Fertigungsprozess der eigentlichen Blattfeder dann zwischen einer unteren und einer oberen Decklage in dem aufzudickenden Bereich platziert wird und nach Verbindung mit den Decklagen dort die gewünschte Aufdickung definiert.The invention now includes the technical teaching that the at least one thickening is defined in each case by at least one insert, which is prefabricated as a unit and subsequently arranged in the region of the respectively defined thickening between an upper cover layer and a lower cover layer. In other words, in the method according to the invention, at least one insert is already manufactured in advance, wherein this prefabricated insert is then placed between a lower and an upper cover layer in the area to be thickened in the further production process of the actual leaf spring and, after connection with the cover layers there, the desired one Thickening defined.
Eine derartige Gestaltung eines Verfahrens hat dabei den Vorteil, dass durch die vorgelagerte Fertigung des zumindest einen Einlegers der Herstellungsaufwand reduziert werden kann. Denn die eigentliche Blattfeder wird somit auf mehrere Komponenten aufgeteilt, welche erst zum Ende des Fertigungsprozesses zusammengeführt werden. Hierdurch kann bei dem Einleger eine Positionierung und Verbindung der einzelnen Faserlagen einfacher gestaltet werden, als dies der Fall wäre, wenn Faserlage für Faserlage in einem Ablauf zur letztendlichen Blattfeder aufeinander gelegt werden würde. Als weiterer Vorteil kann eine Fertigung von Blattfedern hierdurch baukastenartig gestaltet werden, indem verschiedene Kombinationsmöglichkeiten vorgefertigter Ausführungen von Einlegern mit unterschiedlichen Decklagen bestehen und damit auch unterschiedliche Eigenschaften von Blattfedern realisierbar sind. Dabei könnten zudem unterschiedliche, vorgefertigte Einleger untereinander kombiniert werden. Insgesamt lässt sich die Fertigung einer Blattfeder einfach gestalten, indem ein oder mehrere vorgefertigte Einleger zwischen den Decklagen an der oder den jeweiligen Stellen angeordnet und hierdurch ein oder mehrere aufgedickte Bereiche verwirklicht werden.Such a design of a method has the advantage that the production costs can be reduced by the upstream production of the at least one insert. Because the actual leaf spring is thus divided into several components, which are merged only at the end of the manufacturing process. In this way, positioning and connection of the individual fiber layers can be made simpler in the inserter than would be the case if fiber layer for fiber layer were laid one on top of the other in an expiration to the final leaf spring. As a further advantage, a production of leaf springs can thereby be designed in a modular manner, in that different combination possibilities of prefabricated embodiments of inserts with different cover layers exist and thus also different properties of leaf springs can be realized. In addition, different prefabricated inserts could be combined with each other. Overall, the manufacture of a leaf spring can be made simple by arranging one or more prefabricated inserts between the cover layers at or the respective points and thereby one or more thickened areas are realized.
Dagegen wird im Falle der
Dass der zumindest eine Einleger als „Einheit vorgefertigt“ ist, bedeutet im Sinne der Erfindung, dass der Einleger im Zuge eines vorgelagerten Fertigungsprozesses als Faser-Kunststoff-Verbund bereits gefertigt wurde. Bevorzugt werden die einzelnen Faserlagen des Einlegers dabei in einem Ofenprozess vorkompaktiert und in einer Kunststoffmatrix eingebunden.The fact that the at least one insert is "prefabricated as unit" means, for the purposes of the invention, that the insert has already been produced in the course of an upstream production process as a fiber-plastic composite. Preferably, the individual fiber layers of the insert are precompacted in a furnace process and incorporated in a plastic matrix.
Prinzipiell kann der Einleger, je nach zu erreichenden Eigenschaften der letztendlichen Blattfeder, aus demselben Faserverbundwerkstoff gefertigt sein, wie die Decklagen oder auch aus einem zu abweichenden Werkstoff. Ebenso können auch die Decklagen aus ein und demselben Werkstoff bestehen oder durch unterschiedliche Werkstoffe gebildet sein.In principle, depending on the properties of the final leaf spring to be achieved, the insert can be made of the same fiber composite material as the cover layers or also of a material to be deviated. Likewise, the cover layers may consist of one and the same material or be formed by different materials.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird der zumindest eine Einleger im Vorfeld aus mehreren Faserlagen zusammengesetzt, welche in mindestens einem Abschnitt überlappend miteinander verbunden werden und hierdurch in dem jeweiligen Abschnitt eine größere Dicke definieren. In Weiterbildung dieser Ausführungsform werden dabei Faserlagen unterschiedlicher Länge miteinander verbunden. Der zumindest eine Einleger wird also entsprechend einem vordefinierten Muster aus den unterschiedlichen Faserlagen zusammengesetzt, wobei die zu erreichende Dicke durch gezielte Überlappung der unterschiedlichen Faserlagen realisiert wird.According to one embodiment of the invention, the at least one insert is in advance composed of a plurality of fiber layers, which are connected in overlapping manner in at least one section and thereby define a greater thickness in the respective section. In a further development of this embodiment, fiber layers of different lengths are connected to one another. The at least one insert is thus composed according to a predefined pattern of the different fiber layers, wherein the thickness to be achieved is realized by targeted overlapping of the different fiber layers.
Gemäß einer hierzu alternativen oder auch ergänzenden Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung wird der zumindest eine Einleger im Vorfeld aus mehreren Faserlagen zusammengesetzt, wobei mindestens ein Abschnitt mit größerer Dicke gefertigt wird, indem mindestens eine kürzere Faserlage auf zumindest einer längeren Faserlage befestigt wird. In diesem Fall wird also die gewünschte Dicke des zumindest einen Einlegers dadurch realisiert, dass auf einer oder mehreren längeren Faserlagen eine oder mehrere kürzere Faserlagen aufgesetzt werden. Die Fasern werden also übereinander geschichtet.According to an alternative or supplementary embodiment of the invention, the at least one insert is previously composed of several fiber layers, wherein at least one section is made of greater thickness by attaching at least one shorter fiber layer to at least one longer fiber layer. In this case, therefore, the desired thickness of the at least one inserter is realized in that one or more shorter fiber layers are placed on one or more longer fiber layers. The fibers are thus stacked on top of each other.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die obere Decklage und/oder die untere Decklage jeweils durch mehrere Faserlagen gebildet. Erfindungsgemäß setzt sich also die obere Decklage oder die untere Decklage oder auch sowohl die obere, als auch die untere Decklage jeweils aus mehreren Faserlagen zusammen. Hierdurch kann je nach Wahl der Anzahl an Faserlagen die Eigenschaft der letztendlich zu fertigenden Blattfeder beeinflusst werden. Dabei ist es im Sinne der Erfindung auch denkbar, die obere Decklage bzw. die untere Decklage ebenfalls im Rahmen eines vorgelagerten Prozesses vorzufertigen. Alternativ dazu können die einzelnen Faserlagen aber auch erst im Rahmen der Verbindung mit dem mindestens einen, zwischenliegenden Einleger zusammengefügt werden.According to a further embodiment of the invention, the upper cover layer and / or the lower cover layer are each formed by a plurality of fiber layers. According to the invention, therefore, the upper cover layer or the lower cover layer or also both the upper and the lower cover layer are each composed of a plurality of fiber layers. As a result, depending on the choice of the number of fiber layers, the property of the leaf spring to be ultimately produced can be influenced. It is also conceivable in the context of the invention, the upper cover layer and the lower cover layer also to be prefabricated as part of an upstream process. Alternatively, however, the individual fiber layers can also be joined together only as part of the connection with the at least one intermediate insert.
In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform weisen die mehreren Faserlagen jeweils dieselben Längen auf. Besonders bevorzugt erstrecken sich die Faserlagen der oberen Decklage und/oder der unteren Decklage in Längsrichtung der Blattfeder dabei von dem axialen Ende bis hin zum anderen Ende der letztendlichen Blattfeder.In a further development of the aforementioned embodiment, the plurality of fiber layers each have the same lengths. Particularly preferably, the fiber layers of the upper cover layer and / or the lower cover layer extend in the longitudinal direction of the leaf spring from the axial end to the other end of the final leaf spring.
Erfindungsgemäß wird die mindestens eine Aufdickung jeweils durch mehrere zwischenliegende Einleger gebildet. Die einzelne Aufdickung wird also durch Zusammenspiel mehrerer Einleger gebildet, wobei diese Einleger dabei einander entsprechen und gespiegelt zueinander zwischen der oberen Decklage und der unteren Decklage angeordnet sind. Durch dieses Zusammenspiel kann durch die als Gleichteile ausgeführten Einleger eine deutlich höhere Aufdickung realisiert werden.According to the invention, the at least one thickening is formed in each case by a plurality of intermediate inserts. The individual thickening is thus formed by interaction of several depositors, wherein these depositors correspond to one another and are mirrored to each other between the upper cover layer and the lower cover layer. Through this interaction can be realized by the run as a common parts inserts significantly higher thickening.
Eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Blattfeder zeichnet sich dadurch aus, dass in Längsrichtung zwischen Enden mindestens eine Aufdickung ausgebildet ist, wobei im jeweiligen Bereich der mindestens einen Aufdickung zwischen einer oberen Decklage und einer unteren Decklage zumindest ein Einleger vorgesehen ist, welcher als vorgefertigte Einheit mit den Decklagen verbunden ist. Eine derartige Blattfeder ist dann insbesondere Teil eines Fahrwerks für ein Kraftfahrzeug, wobei die verwendete Blattfeder im Weiteren noch entsprechend der weiteren, im Vorfeld beschriebenen Varianten gefertigt sein kann.A leaf spring produced by means of the method according to the invention is characterized in that at least one thickening is formed in the longitudinal direction between ends, wherein at least one insert is provided in the respective region of the at least one thickening between an upper cover layer and a lower cover layer, which as a prefabricated unit with the cover layers is connected. Such a leaf spring is then in particular part of a chassis for a motor vehicle, wherein the leaf spring used can be further made according to the further, previously described variants.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.The invention is not limited to the specified combination of the features of the independent or the dependent claims. It also results in ways to combine individual features, even if they emerge from the claims, the following description of preferred embodiments of the invention or directly from the drawings. The reference of the claims to the drawings by use of reference numerals is not intended to limit the scope of the claims.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Blattfeder entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung, gezeigt im fertiggestellten Zustand; -
2 eine schematische Darstellung der Blattfeder aus1 , zerlegt in ihre Komponenten; -
3 eine schematische Einzelansicht eines Einlegers aus2 , gezeigt vor seiner Fertigstellung; -
4 eine schematische Einzelansicht des Einlegers im fertiggestellten Zustand; -
5 eine schematische Einzelansicht einer oberen Decklage aus2 , gezeigt vor ihrer Fertigstellung; -
6 eine schematische Einzeldarstellung einer unteren Decklage aus2 , gezeigt vor ihrer Fertigstellung; -
7 eine schematische Darstellung einer Blattfeder entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, gezeigt vor ihrer Fertigstellung; und -
8 eine schematische Ansicht einer Blattfeder entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung, gezeigt vor ihrer Fertigstellung
-
1 a schematic representation of a leaf spring according to the invention according to a first embodiment of the invention, shown in the finished state; -
2 a schematic representation of the leaf spring1 , disassembled into their components; -
3 a schematic single view of an insert from2 , shown before its completion; -
4 a schematic single view of the insert in the finished state; -
5 a schematic single view of anupper cover layer 2 , shown before its completion; -
6 a schematic detail of alower cover layer 2 , shown before its completion; -
7 a schematic representation of a leaf spring according to a second embodiment of the invention, shown before its completion; and -
8th a schematic view of a leaf spring according to a third embodiment of the invention, shown before its completion
Aus
Als Besonderheit wird die Blattfeder
Die Decklagen
Wie hingegen aus den
Des Weiteren sind in
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich eine Blattfeder mit niedrigem Herstellungsaufwand fertigen, wobei gleichzeitig unterschiedliche Dickenverläufe problemlos realisierbar sind.By means of the method according to the invention, a leaf spring can be produced with a low production cost, wherein at the same time different thickness profiles can be realized without difficulty.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Blattfederleaf spring
- 22
- Aufdickungthickening
- 33
- Aufdickungthickening
- 44
- EndeThe End
- 55
- EndeThe End
- 66
- obere Decklageupper cover layer
- 77
- untere Decklagelower cover layer
- 88th
- Einlegerdepositors
- 99
- Faserlagefiber layer
- 1010
- Faserlagefiber layer
- 1111
- Faserlagefiber layer
- 1212
- Faserlagefiber layer
- 1313
- Faserlagefiber layer
- 1414
- Faserlagefiber layer
- 1515
- Blattfederleaf spring
- 1616
- obere Decklageupper cover layer
- 1717
- untere Decklagelower cover layer
- 1818
- Blattfederleaf spring
- 1919
- obere Decklageupper cover layer
- 2020
- untere Decklagelower cover layer
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