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Die Erfindung betrifft eine Federbaugruppe mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, aufweisend eine obere Blattfedereinheit aus Stahl zur wenigstens indirekten Anbindung an einen Fahrzeugaufbau, mit der über eine Spannvorrichtung eine untere Blattfedereinheit aus Verbundwerkstoff verbunden ist, wobei die obere Blattfedereinheit vertikal zwischen einem oberen Spannelement und einem mittleren Spannelement der Spannvorrichtung eingespannt ist.
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In der Radaufhängung moderner Kraftfahrzeuge werden unterschiedliche Typen von Federn eingesetzt, über die der eigentliche Fahrzeugaufbau mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden ist. Dabei werden u.a. neben Spiralfedern auch Blattfedern eingesetzt, insbesondere bei Starrachsen. Eine derartige Blattfeder erstreckt sich entlang der Längsachse des Fahrzeugs und weist in aller Regel eine konkave Form auf, bspw. nach Art einer Parabel. Es können einzelne Federn oder auch Federpakete aus zwei oder mehr Federn eingesetzt werden. Die wenigstens eine Feder wird normalerweise in einem mittleren Bereich über eine Spannvorrichtung, bspw. mit Federbriden, mit der zu federnden Achse verbunden.
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Neben Blattfedern aus Federstahl kommen teilweise auch Blattfedern aus Verbundstoff, bspw. faserverstärktem Kunststoff, zum Einsatz. Der große Vorteil bei diesen besteht in ihrer deutlich geringeren Masse im Vergleich zu Metallfedern. Ein Nachteil ist allerdings, dass Verbundstoffe im Vergleich zu Federstahl in erheblich stärkerem Maße zum Kriechen neigen, wenn sie statischer Belastung ausgesetzt sind. Eine derartige statische Belastung kann insbesondere von einer Spannvorrichtung ausgehen. Die Feder verformt sich also dauerhaft unter der statischen Last, wodurch die Federeigenschaften beeinträchtigt werden und sich auch die Verbindung zwischen der Feder und der angebundenen Achse verschlechtert. Letzteres ist deshalb nachteilig, weil Blattfedern normalerweise zumindest ergänzend der Führung der entsprechenden Hinterachse dienen.
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Die
CN 104972859 A offenbart eine Federbaugruppe für eine Radaufhängung mit einer als Federpaket ausgebildeten Metallfeder sowie einer darunter angeordneten Hilfsfeder aus Verbundstoff. Die Metallfeder sowie die Hilfsfeder bilden zusammen mit einer oberen sowie einer unteren Metallplatte ein Paket, das durch eine Schraube zusammengehalten ist, die durch zentrale Bohrungen in den Federn sowie den Metallplatten hindurchgeführt ist.
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Aus der
WO 2017/027516 A1 ist ein Aufhängungssystem für eine Fahrzeugachse bekannt, mit einer aus Verbundwerkstoff bestehenden Blattfeder, die in zwei voneinander beabstandeten Bereichen durch Spannvorrichtungen eingespannt ist. Die beiden Spannvorrichtungen sind Teil einer Verbindungseinheit, über die die Blattfeder mit einer Hinterachse verbunden ist. Jede Spannvorrichtung weist ober- und unterhalb der Blattfeder einen Montageblock auf sowie ein zwischen diesem und der Blattfeder angeordnetes Elastomer-Kissen. Ein beide Montageblöcke überspannender Bügel ist mit einem unterhalb der Spannvorrichtung angeordneten Basisteil der Verbindungseinheit verschraubt. Im Bereich zwischen den Spannvorrichtungen ist die Blattfeder unverspannt und kann sich dort im Wesentlichen frei bewegen.
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Die
WO 2004/023000 A2 offenbart eine Vorrichtung zum Einspannen wenigstens eines langgestreckten Faserverbundbauelements, insbesondere eines Feder- und/oder Führungselements aus Faserverbundwerkstoff. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Spannelement und ein damit über Befestigungsmittel verbindbares zweites Spannelement, die im montierten Zustand einen Aufnahmebereich zur klemmenden Aufnahme eines Einspannbereichs des Faserverbundbauelements ausbilden. Das erste Spannelement weist wenigstens einen ersten Klemmabschnitt auf und das zweite Spannelement weist wenigstens einen dem ersten Klemmabschnitt zum Klemmen des Faserverbundbauelements im montierten Zustand zugeordneten zweiten Klemmabschnitt auf, wobei das erste und zweite Spannelement derart ausgebildet sind, dass das Faserverbundbauelement im montierten Zustand mit einer vorgegebenen Klemmkraft zwischen dem ersten und zweiten Klemmabschnitt eingeklemmt ist.
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Die
EP 0 283 465 A1 zeigt eine Einspannvorrichtung für eine Blattfeder aus faserverstärktem Kunststoff, die in einem Einspannbereich zueinander planparallele Federblattober- und -unterseiten aufweist, mit zwei Spannelementen, zwischen welchen die Blattfeder eingespannt ist. Zwischen der Blattfeder und den beiden Spannelementen sind jeweils plattenförmige Zwischenlagen aus vergütetem Federstahl angeordnet, die zumindest im Wesentlichen die ganze Breite der Blattfeder einnehmen und die über den Bereich, der den Einspanndruck der Spannelemente überträgt, überstehen.
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Die
EP 0 240 676 A1 offenbart eine Einspannvorrichtung für eine Blattfeder aus faserverstärktem Kunststoff, mit einem den Blattfederkörper umschließenden Einspannkäfig, der zwei miteinander in Eingriff stehende Käfighälften aufweist, die mithilfe von Spannelementen gegen die Ober- und Unterseite des Blattfederkörpers gedrückt werden. An der Stelle der Einspannvorrichtung ist der Blattfederkörper an seiner Ober- und Unterseite jeweils mit einer mechanisch steifen Auflage aus faserverstärktem Kunststoff verbunden, gegen welche die zugehörigen Einspannkäfig-Hälften mit ihren Anpressflächen gedrückt werden, wobei jeweils die Form der Anpressflächen eine Relativbewegung in Federlängsrichtung zwischen der Anpressfläche und der an ihr anliegenden Kunststoff-Auflage verhindert.
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Aus der
US 4,684,110 A ist eine Haltevorrichtung für eine Blattfeder bekannt. Diese umfasst zwei starre Klammerteile, die miteinander verspannt werden und zwischen denen unter Zwischenordnung von elastischen Elementen die Blattfeder eingespannt ist. Jedes elastische Element weist dabei ein der Blattfeder zugewandtes Profil auf, das zwei konvexe Wölbungen und einen dazwischen angeordneten zurückweichenden Bereich aufweist. Während die Wölbungen an der Feder anliegen, kann sich die Feder je nach Biegung in den zurückweichenden Bereich hinein bewegen.
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Die
WO 2012/075582 A1 zeigt eine Blattfeder aus Verbundstoff mit einem variierenden Querschnitt. Endseitig der Feder können aus Aluminium oder Verbundstoff hergestellte Augen über Schraubverbindungen befestigt sein. Mittig kann ein Paar von Platten an der Feder angeschraubt sein. Der Verbundstoff kann unterschiedliche Fasern enthalten, darunter auch piezoelektrische Fasern.
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Die
DE 10 2005 055 050 A1 offenbart eine Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff für eine Radaufhängung an einem Fahrzeug, mit einem zentralen Längsabschnitt und zwei daran anschließenden axialen Endabschnitten, bei der sich die Endabschnitte hinsichtlich der Blattfederbreite verjüngen, wobei die Blattfeder aus harzgetränkten unidirektionalen Fasern aufgebaut ist. Die Blattfeder ist aus einzelnen, lang gestreckten Segmenten aufgebaut, welche separat als Faserverbundkörper hergestellt und vor deren Aushärten zu der Blattfeder zusammengefügt sind.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Bereitstellung einer Fahrzeugfederung mit geringem Gewicht, bei der die Formstabilität der Federn langfristig gewährleistet ist, durchaus noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Fahrzeugfederung sowohl das Gewicht als auch plastische Formveränderungen durch Kriechen zu minimieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Federbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Durch die Erfindung wird eine Federbaugruppe zur Verfügung gestellt. Diese kann insbesondere Teil einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs wie eines Lkw oder Pkw sein. Allerdings ist auch beispielsweise eine Anwendung für Anhänger möglich. Es handelt sich normalerweise um die Radaufhängung einer ungelenkten Achse, also typischerweise einer Hinterachse.
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Die Federbaugruppe weist eine obere Blattfedereinheit aus Stahl zur wenigstens indirekten Anbindung an einen Fahrzeugaufbau auf. Die obere Blattfedereinheit kann dabei als Federpaket oder insbesondere als einzelne obere Blattfeder ausgebildet sein. In jedem Fall ist jede Feder der oberen Blattfedereinheit aus Stahl, d. h. Federstahl, gebildet. Normalerweise erstreckt sich die obere Blattfedereinheit entlang der X-Achse des Fahrzeugs, wobei sie im Allgemeinen zumindest im unbelasteten Zustand nicht parallel zur X-Achse verläuft, sondern eine konkave Krümmung aufweist, bspw. nach Art einer Parabelfeder. Sämtliche Bezugnahmen auf die X-Achse (Längsachse), Y-Achse (Querachse) sowie die Z-Achse (Hochachse) des Fahrzeugs beziehen sich hier und im Folgenden auf den bestimmungsgemäß eingebauten Zustand der Federbaugruppe.
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Die obere Blattfedereinheit ist zur wenigstens indirekten Anbindung an einen Fahrzeugaufbau vorgesehen, wobei „Fahrzeugaufbau“ als Sammelbegriff für eine Karosserie, ein Chassis sowie ggf. einen Hilfsrahmen des jeweiligen Fahrzeugs dient, also diejenigen Teile, die normalerweise die gefederte Masse bilden. In bekannter Weise können endseitig der Blattfedereinheit Lageraugen ausgebildet sein, in die bspw. Gummi-Metall-Buchsen eingepresst sein können. Das jeweilige Lagerauge bzw. die darin angeordnete Buchse entspricht der Position eines aufbauseitigen Achsbolzens, über den eine drehbare Verbindung gegeben ist. Dabei kann der Achsbolzen seinerseits stationär am Aufbau angeordnet sein oder er kann, wie im Falle einer Hotchkiss-Aufhängung, an einem Verbindungsarm angeordnet sein, der wiederum schwenkbar am Aufbau angeordnet ist.
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Eine untere Blattfedereinheit aus Verbundwerkstoff ist über eine Spannvorrichtung mit der oberen Blattfedereinheit verbunden, wobei die obere Blattfedereinheit vertikal zwischen einem oberen Spannelement und einem mittleren Spannelement der Spannvorrichtung eingespannt ist. Die Spannvorrichtung überträgt dabei eine wenigstens überwiegend in vertikaler Richtung (entlang der Z-Achse) wirkende Spannkraft, die einerseits der Verbindung der Blattfedereinheiten miteinander und andererseits ihrer Anbindung an eine zu federnde Fahrzeugachse dient. Das obere Spannelement ist dabei wenigstens überwiegend oberhalb der oberen Blattfedereinheit angeordnet und das mittlere Spannelement wenigstens überwiegend unterhalb desselben. D. h. die obere Blattfedereinheit ist entlang der Z-Achse zwischen den genannten Spannelementen angeordnet. Durch die Wirkung der Spannvorrichtung spannen das obere und das mittlere Spannelement die obere Blattfedereinheit ein. Hierdurch wird ein Kraftschluss hergestellt, der optional durch einen Formschluss ergänzt sein kann.
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Die untere Blattfedereinheit besteht aus Verbundwerkstoff und kann insbesondere wenigstens überwiegend aus Faserverbundstoff bestehen. Als Faserverbundstoffe gelten hierbei sämtliche Werkstoffe, bei denen Fasern, wie bspw. Glasfasern, Carbonfasern und/oder Aramidfasern, zur Verstärkung in eine Polymermatrix (z. B. eine Kunststoff- oder Kunstharzmatrix) eingelagert sind. Optional können dabei weitere Partikel, Schichten oder Komponenten ein- oder angelagert sein, die sich nicht als Polymer oder als Fasern klassifizieren lassen. Ebenso wie die obere Blattfedereinheit kann auch die untere Blattfedereinheit insbesondere als einzelne untere Blattfeder ausgebildet sein, wenngleich auch eine Ausbildung als Federpaket denkbar wäre. Eine solche Blattfeder wird im Rahmen des Herstellungsprozesses normalerweise in einem einzigen Urformschritt gefertigt.
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Erfindungsgemäß ist die untere Blattfedereinheit zwischen dem mittleren Spannelement und einem unteren Spannelement angeordnet, das gegen das mittlere Spannelement verspannt ist und sich wenigstens teilweise unter Umgehung der unteren Blattfedereinheit hieran abstützt. Die beiden Spannelemente können sich optional über wenigstens ein zwischengeordnetes weiteres Element aneinander abstützen, wobei der Kraftfluss aber in jedem Fall die untere Blattfedereinheit umgeht. Alle drei Spannelemente (oberes, mittleres und unteres) sind normalerweise relativ steif ausgebildet und können aus Metall, bspw. Stahl oder Gusseisen, bestehen. Um über einen möglichst weiten Bereich eine freie Beweglichkeit der beiden Blattfedereinheiten zu ermöglichen, erstrecken sich die Spannelemente entlang der X-Achse normalerweise nur über einen relativ kleinen Teil der längeren Blattfedereinheit (normalerweise der oberen Blattfedereinheit), bspw. höchstens 30 % oder höchstens 20 %. Es versteht sich, dass die Bezeichnungen der Spannelemente deren Reihenfolge entlang der Z-Achse in eingebautem Zustand angeben. D. h., das obere Spannelement ist (wenigstens überwiegend) über dem mittleren Spannelement angeordnet und dieses wiederum (wenigstens überwiegend) über dem unteren Spannelement.
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Die untere Blattfedereinheit ist also zwischen dem mittleren und unteren Spannelement angeordnet, wobei ein wenigstens teilweiser Formschluss gegeben sein kann, durch den die Position der Blattfedereinheit gegenüber den Spannelementen bis auf geringfügige Bewegungen gesichert ist. Sie ist allerdings nicht wie die obere Blattfedereinheit derart zwischen den Spannelementen eingespannt, dass der gesamte Kraftfluss durch sie verläuft, sondern das mittlere Spannelement und das untere Spannelement stützen sich (direkt oder indirekt) unter Umgehung der unteren Blattfedereinheit aneinander ab. Anders ausgedrückt, wenigstens ein Teil des Kraftflusses zwischen dem mittleren Spannelement und dem unteren Spannelement umgeht die untere Blattfedereinheit. Insbesondere kann ein überwiegender Teil, z. B. mehr als 70 % oder wenigstens mehr als 50 %, der zwischen den Spannelementen wirkenden Kraft unter Umgehung der unteren Blattfedereinheit übertragen werden. Somit reduziert sich die statische Belastung der unteren Blattfedereinheit erheblich, wodurch ein Kriechen weitgehend unterbunden werden kann.
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Dadurch, dass das mittlere Spannelement zwischen der oberen Blattfedereinheit und der unteren Blattfedereinheit angeordnet ist, sind die beiden Blattfedereinheiten zumindest in diesem Bereich voneinander beabstandet. Bevorzugt sind die Blattfedereinheiten in entspanntem Zustand sowie im nicht-eingefederten Zustand auf ganzer Länge voneinander beabstandet. Auf diese Weise wirken auch keine statischen Kräfte seitens der oberen Blattfedereinheit auf die untere Blattfedereinheit ein. D. h. in diesem Fall wird die untere Blattfedereinheit nur beim Einfedern bzw. stärkeren Einfedern belastet, wenn sie (aufgrund deren Verformung) in Kontakt mit der oberen Blattfedereinheit kommt. Dies hängt selbstverständlich einerseits von der Form der beiden Blattfedereinheiten und andererseits von der Elastizität der oberen Blattfedereinheit ab.
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Bevorzugt stützt sich wenigstens ein Spannelement über wenigstens ein elastisches Isolierelement an der unteren Blattfedereinheit ab. D. h., das jeweilige Isolierelement ist (vertikal, also in Richtung der Z-Achse) zwischen dem Spannelement und der unteren Blattfedereinheit angeordnet. Insbesondere kann ein Isolierelement wenigstens teilweise aus einem Elastomer, bspw. Gummi oder Silikon oder aber auch aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) bestehen. Die Elastizität des jeweiligen Isolierelements sollte zumindest in vertikaler Richtung deutlich größer sein als die der unteren Federeinheit, so dass beim Einwirken einer vertikalen Kraft im Wesentlichen nur eine elastische Verformung des Isolierelements erfolgt. Ein jeweiliges Isolierelement kann optional auch stoffschlüssig mit der unteren Blattfedereinheit bzw. mit dem jeweiligen Spannelement verbunden sein, bspw. durch Aufkleben oder Anvulkanisieren. Die Funktion des Isolierelements besteht darin, beim Zusammensetzen und Verspannen der Spannvorrichtung dafür zu sorgen, dass eine vertikale Kraft zwischen dem mittleren und unteren Spannelement durch die untere Blattfedereinheit übertragen wird, wobei diese vertikale Kraft allerdings aufgrund der elastischen Verformung des Isolierelements beschränkt bleibt. D. h. diese vertikale Kraft ist im Allgemeinen wesentlich kleiner als die Spannkraft, mit der das mittlere und untere Spannelement gegeneinander verspannt sind. Anders ausgedrückt, nur ein geringer Teil des Kraftflusses zwischen dem mittleren und unteren Spannelement verläuft durch das wenigstens eine Isolierelement und die untere Blattfedereinheit. Außerdem kann insbesondere ein aus Elastomer bestehendes Isolierelement den Druck auf die Blattfedereinheit besser verteilen, so dass es zu keiner stark ungleichmäßigen Belastung kommt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich das mittlere Spannelement und das untere Spannelement über wenigstens ein elastisches Isolierelement an der unteren Blattfedereinheit abstützen. D. h. die untere Blattfedereinheit ist sowohl oberseitig als auch unterseitig durch ein Isolierelement geschützt. Es kann sich hierbei um wenigstens zwei separate Isolierelemente handeln oder es könnte sich ein einzelnes Isolierelement um die obere Blattfedereinheit herum von deren Oberseite bis zu ihrer Unterseite erstrecken. Durch die Zwischenordnung eines elastischen Isolierelements auf beiden Seiten sind sowohl die Oberseite als auch die Unterseite vor einer stark ungleichmäßigen Druckverteilung geschützt.
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Unabhängig davon, ob nur auf einer Seite der unteren Blattfedereinheit oder auf beiden Seiten ein elastisches Isolierelement angeordnet ist, kann durch dessen Geometrie sowie dessen Materialeigenschaften die auf die untere Blattfedereinheit wirkende Kraft beeinflusst werden. Außerdem kann diese Kraft auch durch die Geometrie des mittleren und unteren Spannelements beeinflusst werden, welches sich an das Isolierelement anschließt.
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Bevorzugt ist das untere Spannelement fest mit einer Starrachse verbunden. Dabei kann das untere Spannelement sogar einstückig mit einem Teil der Starrachse ausgebildet sein bzw. stoffschlüssig hiermit verbunden sein, bspw. durch Verschweißen. Sofern die Starrachse ein Gehäuse aufweist, in dem eine drehbare Welle angeordnet ist - wie bspw. im Falle einer angetriebenen Achse -, kann das untere Spannelement mit dem entsprechenden Gehäuse verbunden sein.
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Optional kann zwischen dem oberen bzw. mittleren Spannelement und der oberen Blattfedereinheit ein Bauteil zwischengeordnet sein, durch welches die Spannkraft übertragen wird. Im Hinblick auf eine kompakte Ausgestaltung der Federbaugruppe und eine möglichst geringe Anzahl von Teilen ist es jedoch bevorzugt, dass das obere Spannelement und/oder das mittlere Spannelement unmittelbar an der oberen Blattfedereinheit anliegen. D. h. insbesondere können beide Spannelemente unmittelbar an der oberen Blattfedereinheit anliegen, so dass die Spannkraft direkt übertragen wird. Eine solche Ausgestaltung kann auch dazu dienen, dass die Stärke und Verteilung der Spannkraft an der oberen Blattfedereinheit besser einzustellen sind.
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Zwischen dem mittleren Spannelement und dem unteren Spannelement könnte wenigstens ein Bauteil zwischengeordnet sein, durch das die Spannkraft übertragen wird. Um die Anzahl der Teile möglichst gering zu halten und die gesamte Federanordnung einfach und stabil zu gestalten, ist es allerdings bevorzugt, dass sich das mittlere Spannelement unmittelbar am unteren Spannelement abstützt. Anders ausgedrückt, die Spannkraft wird direkt vom mittleren zum unteren Spannelement übertragen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weisen das mittlere Spannelement und/oder das untere Spannelement Wangenabschnitte auf, zwischen denen die untere Blattfedereinheit formschlüssig aufgenommen ist. Diese Wangenabschnitte bilden gewissermaßen eine Einfassung für die untere Blattfedereinheit, wobei diese in Richtung der Querachse (Y-Achse) zwischen den Wangenabschnitten angeordnet ist. Die Wangenabschnitte erzeugen dabei einen Formschluss, d. h. sie schränken zumindest die Bewegung der unteren Blattfedereinheit in Querrichtung ein. Insbesondere kann die untere Blattfedereinheit spielfrei zwischen den Wangenabschnitten aufgenommen sein, so dass eine Bewegung in Querrichtung unterbunden wird. Die Wangenabschnitte können bspw. die Form von sich senkrecht (entlang der Z-Achse) sowie in Längsrichtung (entlang der X-Achse) erstreckenden Seitenwänden haben. Ein Spannelement, das Wangenabschnitte aufweist, kann sich auch mit den Wangenabschnitten am jeweils anderen Spannelement abstützen. Falls beide Spannelemente Wangenabschnitte aufweisen, können sich die jeweiligen Wangenabschnitte aneinander abstützen.
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Wie bei Blattfedern üblich, weist zumindest die obere Blattfedereinheit normalerweise im unbelasteten Zustand eine konkave Krümmung auf. Auch die untere Blattfedereinheit kann ggf. gekrümmt sein. Allerdings weist bevorzugt die untere Blattfedereinheit eine schwächere Krümmung auf als die obere Blattfedereinheit. Dies bezieht sich jeweils auf den unbelasteten Zustand der beiden Federeinheiten. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die untere Blattfedereinheit gerade ausgebildet ist. Diese Aussagen beziehen sich jeweils auf eine Längsachse der Blattfedereinheit, in diesem Sinne wäre also eine sich zu den Enden linsenartig bzw. bikonvex verjüngende Blattfeder „gerade“, sofern sie zu einer geraden Mittelachse symmetrisch ist. In jedem Fall führt diese Ausbildung im Allgemeinen dazu, dass die Enden der unteren Blattfedereinheit erst dann durch die obere Blattfedereinheit beaufschlagt werden, wenn diese bei starkem Einfedern eine Krümmung erreicht hat, die mit derjenigen der unteren Blattfedereinheit vergleichbar ist. Erst ab diesem Punkt erfolgt eine elastische Verformung der unteren Blattfedereinheit und es entsteht somit eine zusätzliche Federkraft.
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Wenn beim Einfedern die obere und die untere Blattfedereinheit aufeinandertreffen, kann dies einerseits zu einer störenden Geräuschentwicklung, andererseits zu einer Beschädigung bzw. Abnutzung einer oder beider Blattfedereinheiten führen. Um diese unerwünschten Effekte zu minimieren, ist es bevorzugt, dass wenigstens eine Blattfedereinheit zur jeweils anderen Blattfedereinheit orientierte elastische Dämpferelemente aufweist. Insbesondere können derartige Dämpferelemente an der unteren Blattfedereinheit angeordnet sein, wobei sie zur oberen Blattfedereinheit, also nach oben, orientiert sind. Bevorzugt sind sie endseitig an der unteren Blattfedereinheit angeordnet. Sind die Dämpferelemente an der oberen Blattfedereinheit angeordnet, weisen Sie nach unten. Die Dämpferelemente können wenigstens teilweise aus Gummi oder einem anderen Elastomer bestehen.
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Bevorzugt weist die Spannvorrichtung wenigstens ein Zugelement zur Übertragung einer Spannkraft vom oberen Spannelement zum unteren Spannelement auf. D. h. ein solches Zugelement geht zumindest vom oberen Spannelement zum unteren Spannelement durch. Insbesondere kann wenigstens ein Zugelement als Federbride ausgebildet sein, deren Schenkel seitlich der Blattfedereinheiten (also entlang der Y-Achse versetzt) verlaufen. Dies ist stark bevorzugt gegenüber Ausgestaltungen, bei denen ein Zugelement durch die Blattfedereinheiten hindurchgeführt ist. Eine solche Federbride ist U-förmig ausgestaltet und kann bspw. über das obere Spannelement geführt sein, während ihre Enden durch Bohrungen im unteren Spannelement geführt und auf der Unterseite desselben durch Muttern gesichert sind.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Federbaugruppe;
- 2 eine Draufsicht der Federbaugruppe aus 1;
- 3 eine Schnittdarstellung entsprechend der Linie III-III in 2, sowie
- 4 eine Schnittdarstellung entsprechend der Linie IV-IV in 2.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 - 4 zeigen eine erfindungsgemäße Federbaugruppe 1, die bspw. in einem Transporter oder LKW eingesetzt werden kann. Durch die Federbaugruppe 1 ist eine als Starrachse ausgebildete Hinterachse 20 mit einem (nicht dargestellten) Fahrzeugaufbau verbunden. Die Federbaugruppe 1 weist eine als obere Blattfedereinheit fungierende Stahlfeder 2 aus Federstahl sowie eine als untere Blattfedereinheit fungierende Kompositfeder 3 aus faserverstärktem Kunststoff auf. Wie in der Seitenansicht von 1 erkennbar ist, ist die Stahlfeder 2 konkav ausgebildet, bspw. nach Art einer Parabelfeder, und weist endseitig ein vorderes Lagerauge 2.1 sowie ein hinteres Lagerauge 2.2 auf. In jedes Lagerauge 2.1, 2.2 ist eine Gummi-Metall-Buchse 13 eingepresst, die einen metallischen Innenzylinder 14 sowie einen metallischen Außenzylinder 16 aufweist, die durch einen konzentrisch angeordneten Gummizylinder 15 voneinander getrennt sind. Durch den jeweiligen Innenzylinder 14 ist im zusammengebauten Zustand ein Achsbolzen geführt, der bspw. im Fall einer Hotchkiss-Aufhängung am vorderen Lagerauge 2.1 stationär am Fahrzeugaufbau angeordnet sein kann und am hinteren Lagerauge 2.2 an einem Kopplungsarm, der seinerseits schwenkbar mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist.
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Beide Federn 2, 3 sind durch eine Spannvorrichtung 4 miteinander sowie mit der Hinterachse 20 verbunden. Innerhalb der Spannvorrichtung 4 lassen sich drei Spannelemente 5, 6, 7 unterscheiden, die insgesamt über zwei Federbriden 8 zusammengehalten werden. Ein oberes Spannelement 5 aus Stahl ist oberhalb der Stahlfeder 2 angeordnet und ein mittleres Spannelement 6 ist unterhalb der Stahlfeder 2 angeordnet, so dass die Stahlfeder 2 zwischen diesen Spannelementen 5, 6 eingespannt ist. Wie insbesondere in den Schnittdarstellungen von 3 und 4 erkennbar ist, liegen die genannten Spannelemente 5, 6 unmittelbar an der Stahlfeder 2 an bzw. stützen sich an dieser ab, so dass der gesamte Kraftfluss der wirkenden Spannkraft durch die Stahlfeder 2 verläuft.
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Die Kompositfeder 3 ist zwischen dem mittleren Spannelement 6 und einem unteren Spannelement 7 angeordnet, das mit der Hinterachse 20 verschweißt ist. Wie insbesondere aus der Schnittdarstellung in 4 hervorgeht, weist das mittlere Spannelement 6 erste Wangenabschnitte 6.1 auf, die sich unmittelbar an zweiten Wangenabschnitten 7.1 des unteren Spannelements 7 abstützen. Die Wangenabschnitte 6.1, 7.1 sind entlang der Y-Achse beiderseits der Kompositfeder 3 angeordnet und bilden insoweit mit dieser einen Formschluss. Das mittlere Spannelement 6 stützt sich in vertikaler Richtung über ein erstes Gummielement 10 an der Kompositfeder 3 ab und das untere Spannelement 7 stützt sich über ein zweites Gummielement 11 an der Kompositfeder 3 ab. Beide Gummielemente 10, 11 weisen eine deutlich größere Elastizität auf als die benachbarten Spannelemente 6, 7 oder die Kompositfeder 3. Somit führt die Einwirkung einer vertikalen Kraft primär zu einer Verformung der Gummielemente 10, 11. Dies wiederum führt dazu, dass beim Verspannen des mittleren und unteren Spannelements 6, 7 gegeneinander der Kraftfluss hauptsächlich durch die Wangenelemente 6.1, 7.1 verläuft, während nur ein kleiner Teil des Kraftflusses durch die Gummielemente 10, 11 und die Kompositfeder 3 verläuft. D. h., die gesamte auf die Kompositfeder 3 wirkende statische Kraft bleibt beschränkt und durch die elastische Verformbarkeit der Gummielemente 10, 11 wird auch der Druck annähernd gleichmäßig verteilt. Es kommt somit zu keiner besonderen (lokalen) Belastung der Kompositfeder 3 durch statische Kräfte, wodurch eine plastische Verformung, also ein Kriechen, weitgehend verhindert wird. Dennoch ist die Kompositfeder 3 durch die über die Gummielemente 10, 11 übertragene Kraft sowie durch den Formschluss über die Wangenelemente 6.1, 7.1 in ihrer Position zwischen den angrenzenden Spannelementen 6, 7 gesichert.
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Obwohl die Spannkraft auf die Kompositfeder 3 und somit ein hiermit verbundener Kraftschluss begrenzt ist, hat dies keinerlei nachteilige Auswirkungen auf die Anbindung der Hinterachse 20 an den Fahrzeugaufbau. Diese ist über das untere Spannelement 7, das mittlere Spannelement 6 sowie die Stahlfeder 2 gegeben, die zwischen dem mittleren Spannelement 6 und dem oberen Spannelement 5 unter Einwirkung der vollen Spannkraft gesichert ist.
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Wie in 1 erkennbar ist, die einem nicht-eingefederten Zustand entspricht, ist die Kompositfeder 3 nicht konkav ausgebildet, sondern verläuft entlang einer geraden Mittelachse in Richtung der X-Achse, wobei sie sich zu den Enden hin bikonvex verjüngt. Dabei sind Endbereiche 3.1, 3.2 der Kompositfeder 3 von der Stahlfeder 2 vertikal beabstandet, d. h. es kommt hierbei zu keiner Kraftübertragung auf die Kompositfeder 3. Dies geschieht erst bei stärkerem Einfedern, wobei die Stahlfeder 2 mit zwei Dämpferkissen 12 aus Gummi in Kontakt kommt, die oberseitig an den Endbereichen 3.1, 3.2 der Kompositfeder 3 angeklebt sind. Durch die Zwischenordnung dieser Dämpferkissen 12 wird der Aufprall der Stahlfeder 2 auf die Kompositfeder 3 gedämpft, wodurch eine übermäßige Geräuschentwicklung ebenso wie Beschädigungen einer der Federn 2, 3 verhindert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Federbaugruppe
- 2
- Stahlfeder
- 2.1,2.2
- Lagerauge
- 3
- Kompositfeder
- 3.1,3.2
- Endbereich
- 4
- Spannvorrichtung
- 5
- oberes Spannelement
- 6
- mittleres Spannelement
- 6.1, 7.1
- Wangenabschnitt
- 7
- unteres Spannelement
- 8
- Federbride
- 9
- Mutter
- 10, 11
- Gummielement
- 12
- Dämpferkissen
- 13
- Gummi-Metall-Buchse
- 14
- Innenzylinder
- 15
- Gummizylinder
- 16
- Außenzylinder
- 20
- Hinterachse
- X
- X-Achse
- Y
- Y-Achse
- Z
- Z-Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 104972859 A [0004]
- WO 2017/027516 A1 [0005]
- WO 2004/023000 A2 [0006]
- EP 0283465 A1 [0007]
- EP 0240676 A1 [0008]
- US 4684110 A [0009]
- WO 2012/075582 A1 [0010]
- DE 102005055050 A1 [0011]
