DE3527931C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspannung für eine Blatt­ feder, die mit einem Maschinenelement verbunden ist, wel­ che aus Kunststoff mit längs der Feder sich erstreckenden Fasern, z.B. aus Glas, Kohlenstoff, Aramid od.dgl. be­ steht, wobei die Blattfeder auf ihrer Druckseite im Ein­ spannbereich eine Verschiebesicherung aufweist.

Federn dienen unter anderem dazu, periodisch oder aperi­ odisch schwingende Maschinenelemente mit einem weiteren Maschinenelement zu verbinden, um das weitere Maschinen­ element vor extremen Schwingungsbeanspruchungen, insbe­ sondere Amplitudenspitzen, zu schonen. Derartige Federn verbinden somit ein Maschinenelement, beispielsweise eine Achse eines Kraftfahrzeuges mit dem restlichen Kraftfahr­ zeug. Diese Federn sind im allgemeinen so gestaltet, daß sie sowohl den Normal- als auch den Spitzenbeanspruchun­ gen vollauf gewachsen sind. Bei extremen Unterschieden in der Beanspruchung, wie sie beispielsweise bei Lastkraft­ wagen gegeben sind, und zwar bezogen auf unbeladenen und beladenen Zustand derselben, kann es von Vorteil sein, neben der Feder, welche zur Verbindung der Maschinenele­ mente dient, eine weitere Feder, eine sogenannte Stütz­ feder, zum Einsatz zu bringen, die bei Vollbelastungen zum Einsatz kommt. Die Stützfeder hat weiters den Vor­ teil, daß eine progressive Federkennlinie erhalten werden kann, womit die Stützfeder als wesentliches Federungsele­ ment zum Einsatz kommt.

Federn für Maschinenelemente sind herkömmlich aus Stahl oder Bronze gefertigt, wobei in jüngster Zeit eine Sub­ stitution von Stahlfedern, insbesondere Stützfedern, bei den Kraftfahrzeugen durch glasfaserverstärkte Federn ein­ tritt. Derartige Blattfedern weisen zumindest in und über die Längserstreckung der Feder sich erstreckende Fasern aus Glas auf, welche in einem hartelastischen Kunststoff eingebettet sind. Diese Federn weisen neben dem Vorteil, daß sie ein wesentlich geringeres Gewicht als die Stahl­ federn aufweisen, den Vorteil auf, daß ein erhöhter Fahr­ komfort gegeben ist, wobei gleichzeitg ein Federbruch in herkömmlichem Sinn nicht auftreten kann, sondern eine langsame Delaminierung der Feder, also ein Desintegrieren der Feder einsetzt, wodurch ein momentaner Bruch der Fe­ dern vermieden ist.

Federn aus faserverstärktem Kunststoff sind nicht isotrop aufgebaut, sodaß bei sämtlichen Konstruktionselementen ein hohes Augenmerk auf die gerichteten Eigenschaften der Feder gelenkt werden müssen. Insbesondere ist zu berück­ sichtigen, daß der hartelastische Kunststoff eine hohe Druckfestigkeit, jedoch nur eine geringe Zugfestigkeit aufweist. Weiters ist bei der Verbindung derartiger Fe­ dern mit den übrigen Maschinenelementen darauf zu achten, daß die in Federnlängsrichtung verlaufenden Fasern nicht unterbrochen werden, wie es beispielsweise durch einen Herzbolzen bedingt wäre. Weiters ist zu berücksichtigen, daß an einer derartigen Feder keine Kerbstellen auftreten dürften. So ist eine Blattfeder aus glasfaserverstärktem Kunststoff als interner Stand der Technik bekannt, die zwei V-förmige Durchbiegungen aufweist, welche mit den durchgehenden Glasfasern aufgebaut werden. Im Bereich dieser zwei V-förmigen Durchbiegungen ist die Feder über eine Einspannung mit einer Kraftfahrzeugachse verbunden. Diese V-förmigen Vertiefungen sind mit den durchgehenden Glasfasern aufgebaut, wodurch die Glasfasern aus ihrem an sich für die Federungseigenschaften vorteilhaften Verlauf abgelenkt werden, sodaß derartige Federn in bestimmten Bereichen entweder stärker dimensioniert werden müssen, wodurch ein höherer Materialaufwand gegeben ist, oder ei­ ner vorzeitigen Zerstörung aufgrund der zweifachen V-för­ migen Umlenkung unterliegen.

Aus der FR-PS 8 34 996 ist es bekannt, Gummizwischen­ schichten, die an einer Blattfeder oder Einspannung an­ vulkanisiert sind, zwischen einer Einspannung und der Feder vorzusehen. Weiters wird aus dem DEGM 18 26 867 eine Einspannung bekannt, wobei Gummizwischenlagen vor­ gesehen sind, die Spannungsspitzen am Ende der Einspan­ nung vermeiden sollen. Die Gummizwischenlagen können mit einem spitzen Winkel, also keilförmig ausgebildet sein.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Einspannung für Federn zu schaffen, die besonders einfach aufgebaut ist, bei welcher die Feder in der Ein­ spannung bezogen auf die Federlängserstreckung im wesent­ lichen unverrückbar festgehalten ist, wobei Kerbstellen an der Feder möglichst vermieden sind, und die einen ste­ tigen Verlauf der Glasfasern erlauben. Erfindungsgemäß wird das Ziel dadurch erreicht, daß die Blattfeder mit einer Vielzahl von Erhebungen und Vertiefungen versehen ist, die aus faserfreiem Kunststoff bestehen, und daß zwischen Blattfeder und Einspannung eine weichelastische Schicht, z.B. aus Gummi, eingefügt ist.

Dadurch ist eine Einspannung mit einer Blattfeder, z.B. Stützfeder, geschaffen, welche den optimalen Verlauf der Fasern gestattet, wobei gleichzeitig die Vielzahl der Er­ hebungen und Vertiefungen, welche durch Kunststoff gebil­ det sind, eine exakte Lagefixierung in der Einspannung erlaubt, wobei weiters die weichelastische Schicht ge­ ringe Bewegung auch in Federlängsrichtung gestattet, so­ daß die Scherbeanspruchung der Erhebungen geringer gehal­ ten werden kann.

Ist bzw. sind die weichelastischen Schichten gegen die Feder vorgespannt, so ergibt sich eine besonders gleich­ mäßige Krafteinleitung in die Feder auch bei extremen Be­ lastungen.

Weist die Blattfeder zwei in Abstand voneinander, bezogen auf die Längserstreckung derselben, angeordnete Bereiche mit einer Vielzahl von Erhebungen und Vertiefungen auf, so ist auf besonders vorteilhafte Weise der unterschied­ lichen Wärmedehnung zwischen Einspannung, welche in der Regel aus Stahl bestehen wird, und der Feder Rechnung ge­ tragen.

Ergeben die Erhebungen und Vertiefungen ein welliges Pro­ fil, so ist einerseits ein besonders geringer Materialbe­ darf gegeben, wobei gleichzeitig die Einleitung der Kräf­ te in die Blattfeder durch eine relativ große Fläche ge­ währleistet ist, sodaß die Beanspruchungen jedes einzel­ nen Wellenelementes besonders gering gehalten werden können.

Ist die Vielzahl von Erhebungen und Vertiefungen auf zu­ mindest einer Fläche der Teilebene angeordnet, die zur neutralen Ebene der Blattfeder geneigt ist, und einen spitzen Winkel einschließt, dessen Spitze außerhalb der Einspannung liegt, so kann durch einen Formschluß der Feder dieselbe in der Einspannung besonders vorteilhaft gehalten sein.

Eine besonders einfache und exakte Montage der Blattfeder mit Einspannung ergibt sich dann, wenn die weichelasti­ schen Schichten mit der Feder und/oder der Einspannung verklebt bzw. anvulkanisiert sind wobei auch bei einer Massenproduktion eine besonders gute Reproduzierbarkeit der Einspannung gegeben ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der einzigen Figur ist eine Einspannung mit Blattfeder teilweise im Schnitt dargestellt.

Die Blattfeder i ist aus glasfaserverstärktem, hartela­ stischem Kunststoff, z.B. einem Epoxidharz aufgebaut, wo­ bei die Fasern sich längs der Feder erstrecken. Die Feder ist eine sogenannte Hyperbelfeder, das heißt, sie ist an ihren beiden Enden breiter als im Mittelbereich. Die Ein­ spannung 2 ist teilweise im Schnitt dargestellt, Die Hy­ perbelfeder ist derartig in der Einspannung angeordnet, daß der Bereich, an welchem die Verbreiterung der Blatt­ feder in Federlängsrichtung erfolgt, noch teilweise in der Einspannung ist, sodaß eine zusätzliche Sicherung ge­ gen Verschiebung in Federnlängsrichtung gewährleistet ist. In der Einspannung 2 sind weichelastische Schichten 3, 4 vorgesehen. Die weichelastische Schicht 4, welche unterhalb der Druckseite der Blattfeder angeordnet ist; kooperiert mit einem Bereich 5, der eine Vielzahl von Er­ hebungen 6 und Vertiefungen 7 aufweist. Durch die Viel­ zahl von Erhebungen 6 und Vertiefungen 7 wird ein wel­ liges Profil 8 gebildet. Die fiktive Teilebene ε, welche im wesentlichen in Längserstreckung der Feder bei dem welligen Profil ziehbar ist, schließt mit der neutralen Ebene N einen Winkel a ein, welcher spitzwinkelig ist, wobei sich die beiden Ebenen außerhalb der Einspannung schneiden. Zur Anpassung der Einspannung an die Neigung der Ebene kann entweder eine keilförmige Gummieinlage verwendet werden, oder aber, wie gegenständlich verwirk­ licht, kann die Einspannung 2 einen Stahlkeil 9 aufwei­ sen, sodaß eine durchgehende Schichtstärke der weichela­ stischen Schicht 4 gewährleistet ist. Um eine Verschie­ bung oder ein Auswandern oder Ausquellen der weichela­ stischen Schicht 4 zu verhindern, können beidseitig von dieser Anschläge 10, 11 vorgesehen sein. Die Federein­ spannung ist bezogen auf die Symmetrieebene S symmetrisch angeordnet, das heißt, es sind beidseitig der Mitte Be­ reiche mit welligem Profil 8 und auch mit einer oberen weichelastischen Schicht 3 vorgesehen. Der Mittenbereich 12 der Blattfeder 1 liegt sowohl oben als auch unten nicht an der Einspannung an, sodaß eine freie Beweglich­ keit dieses Mittenbereiches gewährleistet ist. An sich kann auch auf der Zugseite ein welliges Profil 8 vorge­ sehen sein, wodurch zwar keine Schwächung der Feder ein­ tritt, aber diese Zähne werden in der Regel einer ra­ scheren Materialermüdung unterliegen.

Claims (6)

1. Einspannung für eine Blattfeder, die mit einem Maschinen­ element verbunden ist, welche aus Kunststoff mit längs der Feder sich erstreckenden Fasern besteht, wobei die Blattfeder auf ihrer Druck­ seite im Einspannbereich eine Verschiebesicherung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (1) mit einer Viel­ zahl von Erhebungen (6) und Vertiefungen (7) versehen ist, die aus faserfreiem Kunststoff bestehen, und daß zwischen Blattfe­ der (1) und Einspannung (2) eine weichelastische Schicht (3, 4) z.B. aus Gummi, eingefügt ist.

2. Einspannung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weichelastischen Schichten (3, 4) gegen die Blattfeder (1) vorgespannt sind.

3. Einspannung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (1) zwei im Abstand voneinander, bezogen auf die Längserstreckung der Blattfeder angeordnete Bereiche, mit einer Vielzahl von Erhebungen (6) und Vertiefungen (7) versehen ist.

4. Einspannung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erhebungen (6) und Vertiefungen (7) ein welliges Profil (8) ausbilden.

5. Einspannung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vielzahl von Erhebungen (6) und Vertiefun­ gen (7) auf einer Fläche der Teilebene (ε) angeordnet ist, die zur neutralen Ebene (N) der Blattfeder (1) geneigt ist und einen spitzen Winkel (α) einschließt, dessen Spitze außerhalb der Ein­ spannung (2) liegt.

6. Einspannung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die weichelastischen Schichten (3, 4) mit der Einspannung (2) und der Blattfeder (1) oder nur mit der Blattfeder (1) verklebt, insbesondere anvulkanisiert sind.