DE10221589A1

DE10221589A1 - Mehrbogenverbundstoffblattfederaufbau mit variabler Federkonstante

Info

Publication number: DE10221589A1
Application number: DE10221589A
Authority: DE
Inventors: Junaid Akhtar; Giovanni Greco
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2003-07-31
Also published as: GB0211357D0; US20030122293A1; GB2383623A; GB2383623B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrbogenblattfederaufbau mit variabler Rate. Der Aufbau umfasst eine Hauptblattfeder, die aus einem Verbundstoffmaterial hergestellt ist, und einen zentralen Abschnitt mit einem ersten Radius und zumindest einen peripheren Bogenabschnitt festlegt, der einen zweiten Radius ungleich dem ersten Radius aufweist. Die Hauptblattfeder stellt eine kontinuierliche nicht lineare variable Federverformungsrate bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt allgemein auf dem Gebiet von Verbundstoffblattfedern für Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft sie einen Mehrbogenverbundstoffblattfederaufbau mit kontinuierlicher nicht linearer variabler Federkonstante, bzw. Ferrate.
Kraftfahrzeugaufhängungssysteme nutzen üblicherweise Blattfedern zum Tragen und Federn eines Fahrzeugs und seiner Insassen. Herkömmliche bekannte Stahlblattfedern nutzen mehrere sekundäre Stahlblätter mit kleiner werdenden Längen, die parallel zur Hauptblattfeder sowie unterhalb derselben befestigt sind, um eine variable Federrate bzw. variable Federkonstante bei zunehmenden Belastungen bereit zu stellen. Eine variable nicht lineare Federrate (Federkonstante) ist erwünscht, weil sie dazu beitragen kann, eine gleichmäßige und komfortable Fahrt des Fahrzeugs zu erzielen. Eine kleine Federrate zu Gunsten einer weichen Fahrt kann beispielsweise unter normalen Fahrtbedingungen erwünscht sein. Wenn die an das Fahrzeug angelegte Last zunimmt, kann es erwünscht sein, dass die Feder zunehmend steifer wird, um schwerere Lasten tragen zu können und unerwünscht große Federauslenkungen zu verhindern.
Stahlblattfedern erfordern eine Mehrblattkonstruktion, weil eine einzige dicke Blattfeder zu einem Einsatz für Kraftfahrzeugzwecke zu steif wäre. Während Mehrblattstahlfederkonstruktionen ein variables Ansprechen bzw. eine variable Federkonstante bereit stellen, kann der Übergang von einer niedrigen bzw. weichen Federkonstante zu einer härteren bzw. höheren Federkonstante abrupt oder diskontinuierlich ausfallen, wenn die Hauptblattfeder sich schlagartig in Kontakt mit den Sekundärblättern auslenkt. Ein derartiges plötzliches bzw. schlagartiges Auslenken bzw. entsprechende Änderungen der Federrate bzw. Federkonstante können zu einer harten bzw. unangenehmen Fahrt des Fahrzeugs führen. Das große Gewicht und das große Volumen von Stahlblattfedern begrenzen außerdem deren potentielle Verwendbarkeit und tragen zu hohem Kraftstoffverbrauch bei.
Die Verwendung von Verbundstoffmaterialien bei der Herstellung von Verbundstoffblattfedern bietet leichtere und kompaktere Konstruktionen bzw. Aufbauten. Um Verbundstoffblattfedern mit unterschiedlichen Federraten bzw. Federkonstanten herzustellen, sieht ein bekanntes Verfahren das Ersetzen von einigen der Glasfasern in einer Verbundstofffeder durch Fasern mit geringerem Elastizitätsmodul als Glas vor. Durch Variieren des Prozentsatzes an Glasgehalt sowie anderer Fasern kann die Federrate bzw. Federkonstante einer derartigen Hybridverbundstoffblattfeder bei der Herstellung kontrolliert werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen komplexen Herstellungsprozess zur Herstellung von Federn homogener Struktur. Eine homogene Struktur, die Fasern mit unterschiedlichen Modul- und Glasfasern in einer Harzmatrix verteilt, ist erforderlich, um eine gleichmäßige Spannungsverteilung zu erzielen und eine katastrophale Betriebsstörung auf Grund von Delaminierung zu vermeiden. Derartige Fasern besitzen jedoch keine variablen Federraten und stellen während normaler Fahrtbedingungen und Fahrtbedingungen unter hoher Last keine gleichmäßige bzw. weiche Fahrt bereit.
Eine weitere bekannte Blattfederkonstruktion mit doppelter Federkonstante bzw. doppelter Federrate weist eine kürzere und steifere Sekundärfeder mit Elastomerpolstern auf, die an jedem Ende angebracht sind, wobei diese Sekundärfeder unterhalb und parallel zu einer Hauptverbundstoffblattfeder derart fest angebracht ist, dass die Polster von der Hauptfeder beabstandet zu liegen kommen. Sobald die Hauptblattfeder von einer schweren Kraft veranlasst wird, in Kontakt mit den Polstern nach unten auszulenken, trägt die Sekundärfeder dazu bei, einen Teil der Last zu tragen und die gesamte Blattfederkonstruktion reagiert auf eine erhöhte Federrate bzw. Federkonstante. Der Federratenübergang von weich nach hart für diese Doppelfederratenkonstruktion erfolgt wiederum abrupt bzw. schlagartig. Die physikalischen Beschränkungen bei der Anbringung von Polstern auf einer Sekundärfeder unter der Hauptfeder können zu einer Begrenzung des Einsatzes dieser Doppelfederratenkonstruktion bei bestimmten Anwendungen führen.
Alternativ verwendet eine bekannte Blattfederkonstruktion variabler Rate bzw. Federkonstante einen elastischen Puffer mit geringer Federrate bei anfänglicher Belastung und höherer Federrate bei erhöhter Belastung. Der Puffer ist auf der Karosserie des Fahrzeugs über sowie außer Kontakt mit einer Verbundstoffblattfeder angebracht. Die Enden der Feder sind mit der Fahrzeugkarosserie verbunden und eine Fahrzeugachse ist am zentralen Abschnitt der Feder angebracht. Während der Belastung gelangt der Puffer in Eingriff mit der Feder, um eine höhere Federrate bzw. Federkonstante bereit zu stellen. Die Leistungsmerkmale der Federstruktur erweisen sich jedoch häufig als ungünstig, wenn die Feder plötzlich bzw. schlagartig in Kontakt mit dem Puffer gelangt.

Auf dem Gebiet von Kraftfahrzeugverbundstoffblattfedern verbleibt deshalb ein Bedarf an einer Blattfederkonstruktion, die zu Gunsten einer verbesserten Fahrzeugfahrt und bei günstiger Herstellbarkeit eine kontinuierliche lineare variable Federrate bzw. Federkonstante bereit stellt.

Erreicht wird dieses Ziel durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 12 bzw. 22 bzw. 28. Vorteilhaft Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach schafft die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt einen Mehrbogenblattfederaufbau mit variabler Rate bzw. Federkonstante. Dieser Aufbau umfasst eine Hauptblattfeder, die aus einem Verbundstoffmaterial erstellt ist und einen zentralen Bogenabschnitt festlegt, der einen ersten Radius aufweist, und zumindest einen peripheren bzw. Randbogenabschnitt mit einem zweiten Radius unterschiedlich vom ersten Radius. Die Hauptblattfeder stellt eine kontinuierliche nicht lineare variable Federverformungsrate bereit.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Mehrbogenblattfederaufbau mit variabler Rate bzw. Federkonstante eine Hauptblattfeder, die aus einem Verbundstoffmaterial erstellt ist und einen zentralen Bogenabschnitt festlegt, der einen ersten Radius aufweist, und zumindest einen peripheren bzw. Randbogenabschnitt, der einen zweiten Radius aufweist, der sich vom ersten Radius unterscheidet. Die Hauptblattfeder stellt eine kontinuierliche nicht lineare variable Federverformungsrate bereit. Der Aufbau umfasst außerdem eine Lastplatte bzw. Belastungsplatte benachbart zu der Blattfeder. Die Lastplatte steht kontinuierlich mit der Blattfeder während eines vorbestimmten Satzes von Spiellastbedingungen im Eingriff, um die kontinuierliche nicht lineare variable Federverformungsrate der Hauptfeder zu verbessern.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Mehrbogenblattfederaufbau mit variabler Rate bzw. Federkonstante bereit, der eine Hauptblattfeder aufweist, die aus einem Verbundstoffmaterial erstellt ist und mehrere bogenförmige Abschnitte festlegt, die entlang der Länge der Hauptblattfeder integriert sind. Zumindest zwei der Abschnitte weisen unterschiedliche Federraten bzw. Federkonstanten auf. Die Hauptblattfeder stellt eine kontinuierliche nicht lineare variable Federverformungsrate bereit.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Erzielen einer kontinuierlichen nicht linearen variablen Federverformungsrate für einen Mehrbogenblattfederaufbau. Das Verfahren sieht das Bereitstellen einer Hauptblattfeder vor, die aus einem Verbundstoffmaterial erstellt ist. Die Hauptblattfeder legt einen zentralen Bogenabschnitt mit einem ersten Radius und zumindest einem peripheren bzw. Randbogenabschnitt fest, der mit dem zentralen Bogenabschnitt verbunden ist und einen zweiten Radius unterschiedlich zum ersten Radius aufweist. Das Verfahren sieht außerdem das Bereitstellen einer Lastplatte bzw. Belastungsplatte benachbart zu der Blattfeder vor. Das Verfahren sieht ferner das Anwenden einer nach unten gerichteten Kraft an die Hauptblattfeder vor, um eine weiche Federrate zu erzielen. Außerdem umfasst das Verfahren das Anlegen einer abwärts gerichteten Kraft an die Hauptblattfeder. Die Hauptblattfeder steht progressiv und kontinuierlich im Eingriff mit der Lastplatte, um eine harte Federrate bzw. Federkonstante und einen weichen bzw. glatten Übergang von der weichen Federrate zur harten Federrate bzw. -konstante zu ermöglichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; in dieser zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Mehrbogenfederaufbaus mit variabler Rate in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung unter Darstellung eines unbelasteten Federaufbaus,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Mehrbogenfederaufbaus variabler Rate von Fig. 1,
Fig. 3 eine Schnittansicht des Mehrbogenfederaufbaus variabler Rate von Fig. 1,
Fig. 4 eine Explosionsansicht des Mehrbogenfederaufbaus variabler Rate von Fig. 1,
Fig. 5 eine vergrößerte fragmentarische Ansicht unter Darstellung eines integralen Befestigungsendes des Mehrbogenfederaufbaus variabler Rate von Fig. 1,
Fig. 6 eine weitere Seitenansicht des Mehrbogenfederaufbaus variabler Rate von Fig. 1 unter Darstellung einer Hauptblatterfeder ausgelenkt in Kontakt mit einer Lastplatte unter Lastbedingungen,
Fig. 7 eine Seitenansicht eines weiteren Mehrbogenfederaufbaus variabler Rate in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 eine Kurvendarstellung der kontinuierlichen nicht linearen variablen Federverformungsrate des Mehrbogenfederaufbaus variabler Rate von Fig. 1, und
Fig. 9 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Aktivieren einer kontinuierlichen nicht linearen variablen Federverformungsrate in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Der in Fig. 1-5 gezeigte Mehrbogenblattfederaufbau variabler Rate kommt beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz und umfasst eine Hauptblattfeder 10 und eine Lastplatte 40. Bei dieser Ausführungsform ist außerdem eine verbesserte Montageeinrichtung bzw. Befestigungseinrichtung in Form von Uretanstützen 52 vorgesehen.
Die Hauptblattfeder 10 ist allgemein aufwärts gekrümmt und weist einen zentralen Bogenabschnitt 20, ein Paar von passenden peripheren Bogenabschnitten 22 und ein Paar von integralen Befestigungsenden 30 auf, wie in Fig. 1 gezeigt. Jeder periphere Bogenabschnitt 22 ist mit einem gegenüberliegenden Ende des zentralen Bogenabschnitts 20 verbunden bzw. vereinigt und mit einem integralen Befestigungsende 30, um eine einstückige Blattfederkonstruktion für die Hauptblattfeder 10 bereit zu stellen. Sowohl der zentralen Bogenabschnitt 20 wie die peripheren Bogenabschnitte 22 sind allgemein aufwärts gekrümmt. In einer Ausführungsform weist jeder periphere Bogenabschnitt 22 einen Radius R₂₂ auf, der bevorzugt größer ist als der Radius R₂₀ des zentralen Bogenabschnitts 20 und eine Länge L₂₂, die bevorzugt kürzer ist als die Länge L₂₀ des zentralen Bogenabschnitts, wie in Fig. 2 gezeigt. In einer Ausführungsform des Mehrbogenblattfederaufbaus variabler Rate weist der zentrale Bogenabschnitt 20 der Hauptblattfeder 10 einen Radius R₂₀ von 980 mm und eine Umfangslänge L₂₀ von 932 mm auf, während jeder periphere Bogenabschnitt 22 einen Radius R₂₂ von 1130 mm und eine Umfangslänge L₂₂ von 210 mm aufweist. Es wird bemerkt, dass diese Abmessungen lediglich illustrativ und in keinster Weise beschränkend sind. Andere Radien und Längen für die Bogenabschnitte 20 und 22 erfüllen ihre Funktion abhängig von der gewünschten Federrate für die Hauptblattfeder. Beispielsweise können andere Ausführungsformen zentrale Bogen kürzerer Längen aufweisen als die peripheren Bogenabschnitte oder andere Geometrien in Übereinstimmung mit der gewünschten Federrate.
Die Technik zum Mischen bzw. Abgleichen mehrerer Bogenabschnitte 20 und 22 mit unterschiedlichen Radien und unterschiedlichen Längen in die Hauptblattfeder 10 erzeugt eine kontinuierliche nicht lineare variable Federrate (Federkonstante) für die Hauptblattfeder selbst bei Abwesenheit zusätzlicher Blätter, Polster oder Kontaktflächen. Um eine verbesserte Fahrzeugfahrt bereit zu stellen, kann die Federrate einer Mehrbogenhauptblattfeder 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung manipuliert werden durch Ändern der Geometrie der Feder, insbesondere durch Variieren des Radius R₂₀ und der Länge L₂₀ des zentralen Bogenabschnitts 20 und der Radien R₂₂ und der Länge L₂₂ der peripheren Bogenabschnitte 22. Das Mischen bzw. Abgleichen mehrerer Bogengeometrien in der Hauptblattfeder 10 trägt dazu bei, Spannung gleichmäßig über die Hauptblattfeder zu verteilen durch Bereitstellen gleichmäßiger bzw. glatter reibungsloser Übergänge zwischen Abschnitten mit unterschiedlichen Steifheiten. Das Verteilen von Spannung in gleichmäßiger Weise trägt auch dazu bei, einen betriebsmäßigen Ausfall bzw. Störung der Hauptblattfeder auf Grund von Delaminierung zu verhindern, hervorgerufen durch ungleichmäßige Spannung.
Wie in Fig. 3 gezeigt, besitzt die Hauptblattfeder 10 üblicherweise bzw. allgemein rechteckigen Querschnitt. Bevorzugt weist die Hauptblattfeder 10 eine gleichmäßige Querschnittsfläche über ihre gesamte Länge auf, einschließlich dem zentralen Bogenabschnitt 20 und den peripheren Bogenabschnitten 22. Diese Konstruktion bietet eine vereinfachte Herstellung. Dem Fachmann auf diesem Gebiet erschließt sich, dass die Querschnittsfläche der Hauptblattfeder 10 durch andere Formen festgelegt sein kann, wie etwa durch verschiedene Trapezformen. In ähnlicher Weise muss die Hauptblattfeder 10 keine gleichmäßige Querschnittsfläche über ihre gesamte Länge aufweisen. Beispielsweise kann die Hauptblattfeder periphere Bogenabschnitte 22 aufweisen, die in Richtung auf ein Ende verjüngt verlaufen.
In Fig. 4-5 ist ein Paar von integralen Befestigungsenden 30 gezeigt. Jedes integrale Befestigungsende 30 legt eine Öffnung zur Aufnahme einer Befestigungsöse 32 fest, die mit einem außerhalb einer Form erzeugten Metalleinsatz 34 versehen ist, wobei die gesamte Anordnung einen integralen Teil der Hauptblattfeder 10 bildet, wie nachfolgend erläutert. Das Paar von integralen Befestigungsenden 30 wird dazu genutzt, die Hauptblattfeder an einer Laststruktur, beispielsweise einer Fahrzeugkarosserie, anzubringen.
Die in Fig. 1-5 gezeigte Hauptblattfeder 10 ist aus einem Verbundstoffmaterial, bevorzugt aus faserverstärktem (Kunst) harz gebildet. Insbesondere wird ein unidirektionelles (UD) Band verwendet, das aus Glasfasern besteht, die in einer M10- Epoxidmatrix mit einem Anteil von 50 Vol.-% Fasern vorab imprägniert sind und die in einer Richtung ausgerichtet sind. Ein derartiges Prepreg-Band ist erhältlich von Hexcel Corp., Dublin, CA., USA. Dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt sich ohne Weiteres, dass andere Materialien für die Fasern und für das Harz verwendet werden können, abhängig von den mechanischen und Umgebungsbetriebsgrenzen, die für die Feder gelten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hauptblattfeder 10 aus Streifen aus UD-Bandmaterial unter Verwendung eines Kompressionsform- bzw. -gießprozesses ausgebildet. Insbesondere ist eine vorbestimmte Anzahl von UD- Bandstreifen um die Befestigungsöse 32 bei Raumtemperatur gewickelt worden. Eine ursprüngliche Verbundstoffauslegung der Feder wird dazu in einer vorerhitzten Form bei einer Temperatur von etwa 135 Grad Celsius bis etwa 150 Grad Celsius für etwa 30 Minuten platziert. Die Auslegung wird daraufhin in dem Formhohlraum unter Verwendung eines Press- und Schließzyklus von etwa 8 Minuten bis zur Abdichtung komprimiert. Daraufhin wird er ausgehärtet für etwa 10 Minuten in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 100 Grad Celsius bis etwa 120 Grad Celsius unter Sicherstellung, dass die Temperatur der Hauptblattfeder 150 Grad Celsius nicht erreicht, um eine exotherme Reaktion zu verhindern. Schließlich wird die Hauptblattfeder entformt, während sie noch ziemlich heiß ist.
Dem Fachmann auf dem Gebiet der Technik erschließt sich, dass andere Fasern oder Harze auch verwendet werden können, beispielsweise Polyester oder Vinylesterharz. Der Volumenanteil an Fasern in dem Verbundstoff kann erhöht oder verringert werden, um die Steifheit der Hauptblattfeder 10 oder von einem Teil von ihr zu erhöhen oder zu erniedrigen. Während unidirektionelle Fasern in einigen Ausführungsformen bevorzugt sind, können andere Ausführungsformen Schichten aus einem 90 Grad-Band oder einem Quer(ab)spielband bei 45 Grad oder anderen Winkeln, wie etwa 30 Grad oder 60 Grad, verwendet werden, um das Ausmaß bzw. die Festigkeit der Moduleigenschaften der Verbundstofffeder an die Gegebenheiten anzupassen.
Um die kontinuierliche nicht lineare variable Federrate für die Hauptblattfeder 10 zu verbessern bzw. zu erhöhen und eine gewünschte Federratenreaktion bereit zu stellen, ist eine Lastplatte 40 in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen, wie in Fig. 1-4 gezeigt. Die Lastplatte 40 dient dazu, die Hauptblattfeder 10 unter Lastbedingungen in Eingriff zu nehmen. Wie in Fig. 1-2 gezeigt, ist die Lastplatte 40 unter der Hauptblattfeder 10, bevorzugt unter dem zentralen Bogenabschnitt 20 und bevorzugt an einer derartigen Stelle angeordnet, dass der Mittenpunkt der Lastplatte 40 vertikal beabstandet ist unter dem Mittenpunkt des zentralen Bogenabschnitts 20.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Lastplatte 40 bevorzugt aus demselben Verbundstoffmaterial wie die Hauptblattfeder hergestellt. Gegebenenfalls können andere Ausführungsformen eine größere Steifheit oder eine kleinere Steifheit in der Lastplatte erzielen durch Variieren des Faservolumenanteils in der Lastplatte. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Lastplatte 40 außerdem bevorzugt eine planare Oberseite mit einer Länge L₄₀ auf, die allgemein bzw. üblicherweise kürzer als die Ösen-Ösen-Länge L₁₀ der Hauptblattfeder ist. Beispielsweise kann die Ösen-Ösen-Länge L₁₀ der Hauptblattfeder 10 ungefähr 1205 mm betragen, während die Länge L₄₀ der Lastplatte 40 ungefähr 600 mm beträgt, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Lastplatte 40 weist außerdem bevorzugt eine allgemein rechteckige gleichmäßige Querschnittsfläche über ihre gesamte Länge auf, um den Herstellungsprozess zu vereinfachen, wie in Fig. 3 gezeigt.
Dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt sich jedoch, dass diese Abmessungen für die Lastplatte 40 lediglich illustrativ sind. Es wird bemerkt, dass die Geometrie der Lastplatte variieren kann in Übereinstimmung mit der gewünschten Federratenreaktion für die Feder und den Lastplattenaufbau. Beispielsweise muss die Querschnittsfläche der Lastplatte 40 nicht dieselben Abmessungen haben wie die Querschnittsfläche der Hauptblattfeder 10. Die Querschnittsfläche der Lastplatte 40 kann außerdem über die Länge der Lastplatte ungleichmäßig sein, einschließlich verjüngten Abschnitten. Die Lastplatte 40 kann außerdem eine nicht planare Oberseite aufweisen, die mit der Hauptblattfeder 10 in Eingriff gelangt, wie vorstehend erläutert, einschließlich einer aufwärts gekrümmt verlaufenden Fläche in Richtung auf die Enden der Hauptblattfeder 10 mit einem Radius größer als der Radius eines beliebigen Bogenabschnitts 20 und 22, der die Hauptblattfeder 10 festlegt.
Um einen Mehrbogenblattfederaufbau variabler Rate in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auszubilden, werden die Hauptblattfeder 10 und die Lastplatte 40 bevorzugt miteinander verklebt unter Verwendung eines Paars von Urethanklammern 52, die die Hauptblattfeder 10 und die Lastplatte 40 umwickeln bzw. umschließen, wie in Fig. 1-4 gezeigt. Die Urethanklammern 52 können einen Lokalisierungsknopf 54 zum Anbringen des Blattfederaufbaus an einer (nicht gezeigten) Federachse aufweisen. Außerdem kann ein Zwischenelement 50 bevorzugt zwischen der Hauptblattfeder 10 und der Lastplatte 40 angeordnet sein, wie in Fig. 4 gezeigt, um die Verbindung bzw. Klebeverbindung zu verbessern und ein Rutschen zwischen der Hauptblattfeder und der Lastplatte zu unterbinden. In einer Ausführungsform besteht das Zwischenelement 50 aus einer Urethanschicht; andere geeignete starke Materialien, wie etwa ein Elastomer oder ein plastisches Material, können jedoch stattdessen verwendet werden.
Unter Bedingungen mit Spiel, einschließlich unbelasteten Bedingungen beim Einparken, überträgt die Hauptblattfeder 10 keine Last auf die Lastplatte 40. Das Zwischenelement 50 sorgt deshalb dafür, dass die Hauptblattfeder 10 außer direktem Kontakt mit der Lastplatte 40 unter den genannten Spielbedingungen steht. Ein Belasten der Hauptblattfeder und der Lastplatte und ein Kontakt zwischen ihnen beginnt dann, wenn eine Spiellast bzw. ein Lastspiel angelegt ist, wodurch die Hauptblattfeder in Kontakt mit der Lastplatte ausgelenkt wird, wie in Fig. 6 gezeigt. Die Kontaktlänge zwischen der Hauptblattfeder und der Lastplatte nimmt üblicherweise mit höheren Lasten zu. Die Kombination der Hauptblattfeder 10 mit der Lastplatte 40 stellt dann die gewünschte kontinuierliche nicht lineare variable Federrate bereit, wie in Fig. 8 gezeigt. Diese Reaktion umfasst einen ersten Bereich mit einer weichen Reaktion 56 unter Kurven- bzw. Parklast- und normalen Lastbedingungen. Die Reaktion umfasst außerdem einen weichen bzw. glatten Übergang von der weichen Reaktion 56 zu einer steiferen Reaktion 58, wenn die Last und die Federauslenkung zunehmen.
Dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt sich, dass eine Hauptblattfeder, hergestellt in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, nicht beschränkt ist auf ein Paar von peripheren Bogenabschnitten. Beispielsweise verwendet eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ein erstes Paar von peripheren Bogenabschnitten 22a und ein zweites Paar von peripheren Bogenabschnitten 22b, wie in Fig. 7 gezeigt. Bevorzugt sind beide Paare symmetrisch um den zentralen Bogenabschnitt 20 angeordnet, wobei die peripheren Bogenabschnitte 22a mit gegenüberliegenden Enden des zentralen Bogenabschnitts 20 verbunden sind, und wobei die peripheren Bogenabschnitte 22b mit den Enden der vorderen bzw. vorauseilenden peripheren Bogenabschnitte 22a und einem Paar von integralen Befestigungsenden 30 verbunden sind. Insbesondere weisen die peripheren Bogenabschnitt 22a denselben Radius und dieselbe Länge auf. Die peripheren Bogenabschnitte 22b sind in ähnlicher Weise identisch zueinander, und zwar innerhalb Herstellungstoleranzen. Die peripheren Bogenabschnitte 22a weisen einen allgemein größeren Radius auf als die peripheren Bogenabschnitte 22b. Zusätzlich zu den unterschiedlichen Paaren von peripheren Bogenpassabschnitten erschließt sich dem Fachmann, dass einzelne periphere Bogenabschnitte mit unterschiedlichen Radien und Längen in einer asymmetrischen Anordnung um einen zentralen Bogenabschnitt verbunden bzw. vereinigt werden können.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer kontinuierlichen nicht linearen variablen Federverformungsrate für einen Mehrbogenblattfederaufbau, wie in Fig. 9 gezeigt. Das Verfahren umfasst den Schritt 60, eine Hauptblattfeder bereit zu stellen, die aus einem Verbundstoffmaterial erstellt ist. Die Hauptblattfeder legt einen zentralen Bogenabschnitt mit einem ersten Radius fest. Die Hauptblattfeder legt außerdem zumindest einen peripheren Bogenabschnitt mit einem zweiten Radius ungleich dem ersten Radius und verbunden mit dem zentralen Bogenabschnitt fest. Das Verfahren umfasst außerdem den Schritt 62, eine Lastplatte mit einer Oberseite benachbart zur Blattfeder bereit zu stellen. Das Verfahren umfasst außerdem den Schritt 64, eine abwärts gerichtete Kraft an die Hauptblattfeder anzulegen, um eine weiche Federrate bzw. Federkonstante zu erzielen. Das Verfahren umfasst außerdem einen Schritt 66 zum Anlegen einer erhöhten abwärts gerichteten Kraft an die Hauptblattfeder unter Spiellastbedingungen, so dass die Hauptblattfeder progressiv und kontinuierlich mit der Lastplatte im Eingriff steht, um eine steifere Reaktion zu erzielen. Das Verfahren sieht außerdem einen glatten bzw. gleichmäßigen Übergang von der weichen Reaktion zur harten Reaktion vor.
Obwohl die Erfindung anhand spezieller Ausführungsformen erläutert wurde, ist sie nicht hierauf beschränkt, sondern zahlreichen Abwandlungen und Modifikationen zugänglich, wie sich dem Fachmann ohne weiteres erschließt, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, die in den anliegenden Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

1. Mehrbogenblattfederaufbau mit variabler Rate, aufweisend:
Eine Hauptblattfeder, die aus einem Verbundstoffmaterial erstellt ist, wobei die Hauptblattfeder einen zentralen Abschnitt mit einem ersten Radius und zumindest einem peripheren Bogenabschnitt mit einem zweiten Radius festlegt, der ungleich zum ersten Radius ist,
wobei die Hauptblattfeder eine kontinuierliche nicht lineare variable Federverformungsrate bereit stellt.

2. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 1, wobei das Verbundstoffmaterial aus faserverstärktem Harz besteht.

3. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 1, wobei die Hauptblattfeder eine gleichmäßige Querschnittsfläche über ihre gesamte Länge aufweist.

4. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 1, wobei die Hauptblattfeder außerdem zumindest ein integrales Befestigungsende aufweist, das mit dem zumindest einen peripheren Bogenabschnitt verbunden ist, wobei das zumindest eine Befestigungsende zur Verbindung mit einer Laststruktur ausgelegt ist.

5. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 4, wobei das zumindest eine integrale Befestigungsende eine Befestigungsöse umfasst.

6. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 5, wobei die Befestigungsöse zur Installation einen Metalleinsatz umfasst.

7. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Lastplatte benachbart zu der Blattfeder, wobei die Lastplatte mit der Blattfeder kontinuierlich in Eingriff gelangt während eines vorbestimmten Satzes von Spiellastbedingungen, um die kontinuierliche nicht lineare variable Federverformungsrate zu verbessern bzw. zu verstärken.

8. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 7, wobei die Lastplatte aus demselben Verbundstoffmaterial wie die Hauptblattfeder erstellt ist.

9. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 7, wobei die Lastplatte eine gleichmäßige Querschnittsfläche über ihre gesamte Länge aufweist.

10. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 7, außerdem aufweisend ein Zwischenelement, das zwischen der Blattfeder und der Lastplatte beabstandet ist.

11. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 10, wobei das Zwischenelement aus Urethan erstellt ist.

12. Mehrbogenblattfederaufbau mit variabler Rate, aufweisend:
Eine Hauptblattfeder, die aus einem Verbundstoffmaterial erstellt ist, wobei die Hauptblattfeder einen zentralen Bogenabschnitt mit einem ersten Radius und zumindest einen ersten peripheren Bogenabschnitt mit einem zweiten Radius ungleich dem ersten Radius festlegt, wobei die Hauptblattfeder eine kontinuierliche nicht lineare variable Federverformungsrate bereit stellt, und
eine Lastplatte benachbart zu der Blattfeder, wobei die Lastplatte kontinuierlich in Eingriff mit der Blattfeder während eines vorbestimmten Satzes von Spiellastbedingungen gelangt, um die kontinuierliche nicht lineare variable Federverformungsrate zu verbessern bzw. zu verstärken.

13. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 12, wobei das Verbundstoffmaterial aus faserverstärktem Harz besteht.

14. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 12, wobei die Hauptblattfeder über ihre gesamte Länge eine gleichmäßige Querschnittsfläche aufweist.

15. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 12, wobei die Hauptblattfeder außerdem zumindest ein integrales Befestigungsende aufweist, das mit dem zumindest einen peripheren Bogenabschnitt verbunden ist, wobei das zumindest eine Befestigungsende zur Verbindung mit einer Laststruktur ausgelegt ist.

16. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 15, wobei das zumindest eine integrale Befestigungsende eine Befestigungsöse umfasst.

17. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 16, wobei die Befestigungsöse zur Installation einen Metalleinsatz umfasst.

18. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 12, wobei die Lastplatte aus demselben Verbundstoffmaterial wie die Hauptblattfeder erstellt ist.

19. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 12, wobei die Lastplatte über ihre gesamte Länge eine gleichmäßige Querschnittsfläche aufweist.

20. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 12, außerdem aufweisend ein Zwischenelement, das zwischen der Blattfeder und der Lastplatte beabstandet ist.

21. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 20, wobei das Zwischenelement aus Urethan erstellt ist.

22. Mehrbogenblattfederaufbau mit variabler Rate, aufweisend:
Eine Hauptblattfeder, die aus einem Verbundstoffmaterial erstellt ist, wobei die Hauptblattfeder mehrere bogenförmige Abschnitte festlegt, die entlang der Länge der Hauptblattfeder integriert sind, wobei zumindest zwei der Abschnitte unterschiedliche Federraten aufweisen;
wobei die Hauptblattfeder eine kontinuierliche nicht lineare variable Federverformungsrate bereit stellt.

23. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 22, wobei die Hauptblattfeder außerdem zumindest ein integrales Befestigungsende aufweist, das mit zumindest einem der Bogenabschnitte verbunden ist, wobei das zumindest eine Befestigungsende zur Verbindung mit einer Laststruktur ausgelegt ist.

24. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 23, wobei das zumindest eine integrale Befestigungsende eine Befestigungsöse aufweist.

25. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 24, wobei die Befestigungsöse zur Installation einen Metalleinsatz umfasst.

26. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 22, außerdem aufweisend eine Lastplatte benachbart zu der Blattfeder, wobei die Lastplatte kontinuierlich mit der Blattfeder während eines vorbestimmten Satzes von Spiellastbedingungen in Eingriff gelangt, um die kontinuierliche nicht lineare variable Federverformungsrate zu verbessern bzw. zu verstärken.

27. Mehrbogenblattfederaufbau nach Anspruch 26, außerdem aufweisend ein Zwischenelement, das zwischen der Blattfeder und der Lastplatte beabstandet ist.

28. Verfahren zum Erzeugen einer kontinuierlichen nicht linearen variablen Federverformungsrate für einen Mehrbogenblattfederaufbau, aufweisend:
Bereitstellen einer Hauptblattfeder, die aus einem Verbundstoffmaterial erstellt ist, wobei die Hauptblattfeder einen zentralen Bogenabschnitt mit einem ersten Radius und zumindest einen peripheren Bogenabschnitt bereit stellt, der mit dem zentralen Abschnitt verbunden ist und einen zweiten Radius ungleich dem ersten Radius aufweist,
Bereitstellen einer Lastplatte benachbart zu der Blattfeder,
Anlegen einer abwärts gerichteten Kraft an die Hauptblattfeder zur Erzielung einer weichen Federrate, und
Anlegen einer erhöhten abwärts gerichteten Kraft an die Hauptblattfeder, wobei die Hauptblattfeder progressiv und kontinuierlich mit der Lastplatte in Eingriff gelangt, um eine harte Federrate und einen weichen Übergang von der weichen Federrate zur harten Federrate zu erzielen.

29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Hauptblattfeder außerdem zumindest ein integrales Befestigungsende aufweist, das mit dem zumindest einen peripheren Bogenabschnitt verbunden ist, wobei das zumindest eine Befestigungsende zur Verbindung mit einer Laststruktur ausgelegt ist.

30. Verfahren nach Anspruch 28, außerdem aufweisend das Trennen der Hauptblattfeder von der Lastplatte unter leeren Spiellastbedingungen mit einem Zwischenelement.