DE3528183C2 - Blattfeder aus glasfaserverstärktem Harz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Blattfeder aus glasfaserverstärk­ tem Harz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 6.

Traditionell werden Blattfedern für Fahrzeuge aus einer Serie von aufeinandergelegten Stahlblättern gefertigt. Stahlblattfe­ dern ergeben nicht nur eine relativ schwere Konstruktion, son­ dern sie sind auch laut, da sie zum Quietschen neigen, und sie sind korrosionsanfällig.

Im Hinblick auf eine Verringerung des Fahrzeug-Gesamtgewichts wird seit einiger Zeit versucht, glasfaserverstärkte Werkstof­ fe als Ersatz für Stahlblattfedern einzusetzen. Bei bestimmten Blattfedern dieser Art wird der gewölbte Mittenabschnitt der Feder aus längsverlaufendem Fasermaterial, das mit dem warm­ härtbaren Harz getränkt ist, geformt, und getrennte metalli­ sche Endabschnitte werden mittels mechanischer Verbindungsor­ gane an den Enden des Mittenabschnitts befestigt (vg. dazu US-PS 3,968,958).

Diese Konstruktion ist relativ teuer, denn die Enden des glas­ faserverstärkten Harzblatts müssen zugerichtet oder maschinell bearbeitet werden. Es müssen Verbindungslöcher gebohrt und dann die Metallbügel oder Verbindungs­ organe an den Blattenden montiert werden. Durch das Zurichten des Faserwerkstoffs ergeben sich ferner freie Faserenden, die durch die Einwirkung von Wasser und Salz zersetzbar sind.

Bei anderen Ausführungsformen von glasfaserverstärkten Blatt­ federn DE-AS 12 31 967 werden kontinuierliche Litzen aus Faserwerkstoff, die mit einem warmhärtbaren Harz getränkt sind, schleifenförmig um voneinander beabstandete Hülsen oder Stifte gewickelt. Nach dem Wickeln wird der Wickelkörper in eine Form verbracht, wobei die parallelen Lagen der Schleife flach aneinanderlie­ gend zusammengebracht werden und das Harz anschließend gehär­ tet wird, so daß sich ein einstückiges Gefüge ergibt. Bei Federn dieser Art verlaufen die Faserlitzen kontinuierlich um die Endabschnitte und gehen an Halsbereichen in den Mitten­ abschnitt über, und üblicherweise grenzt an die Öffnung im Endabschnitt, wo die obere und die untere Lage im Halsbereich zusammengebracht werden, ein kleiner, in Querrichtung verlau­ fender V-förmiger Zwischenraum an. Wenn im Betrieb die Endab­ schnitte der Feder mit einer Last beaufschlagt werden, besteht die Gefahr, daß die Feder zur Delaminierung neigt, die an dem V-förmigen Zwischenraum beginnt und entlang der neutralen Achse fortschreitet. Ferner kann auch eine Drehbelastung, mit der Federn beim Wenden des Fahrzeugs beaufschlagt werden, oder eine Verdrehspannung, die aus der Einzelradaufhängung resul­ tiert, dazu führen, daß eine Delaminierung der Litzen an der neutralen Achse im Halsbereich eintritt.

Zur Vermeidung der Delaminierung wurde bereits vorgeschlagen, an dem gefährdeten Halsbereich Klemmen oder andere Befesti­ gungselemente anzubringen; dies würde jedoch normalerweise die Ausbildung von Löchern oder anderen Öffnungen in der Feder bedingen, wodurch die in Längsrichtung verlaufenden Verstär­ kungslitzen durchtrennt und die physikalischen Eigenschaften der Federn entsprechend verschlechtert werden würden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Blattfeder aus glasfaserverstärktem Harz, die an den Halsbereichen, die den gewölbten Mittenabschnitt mit den jeweiligen Endabschnitten verbinden, erhöhte Steifig­ keit hat.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 oder 6 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Feder wird geformt durch schleifenförmiges Wickeln einer Litze aus Faserwerkstoff, die mit einem ungehärteten warmhärt­ baren Harz getränkt ist, um zwei voneinander beabstandete Stifte oder Hülsen unter Bildung von zwei im wesentlichen parallelen Lagen, die zwischen den Hülsen verlaufen, sowie von gewölbten Endabschnitten, die um die Hülsen verlaufen und die parallelen Lagen miteinander verbinden.

Nach dem Wickeln wird das Wickelgefüge so in eine Form ver­ bracht, daß die parallelen Lagen flach aneinanderliegen. Das Gefüge wird unter Einwirkung von Wärme und Druck formge­ preßt, so daß das Harz aushärtet und ein einstückiger steifer Körper erhalten wird.

Gemäß der Erfindung ist die Form so ausgelegt, daß der Hals­ bereich mehrere in Längsrichtung verlaufende Rippen oder Rif­ felungen erhält. Die Rippen springen aus einer durch die neutrale Achse der Feder gehende Ebene abwechselnd nach oben und unten vor. Die äußeren Enden der Rippen gehen in die jeweiligen Endabschnitte über, und die inneren Enden der Rip­ pen gehen sich verjüngend in den Mittenabschnitt der Feder über.

Durch die Rippen ergibt sich eine erhöhte Steifigkeit am Hals­ bereich, wodurch in diesem Bereich eine Delaminierung unter­ bunden wird. Bei der Feder nach der Erfindung wird die Stei­ figkeit am Ort des V-förmigen Zwischenraums, von dem die De­ laminierung ausgehen kann, erhöht, wodurch die Gefahr einer Delaminierung der Feder im Betrieb weitgehend verringert wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht der gemäß der Erfindung hergestellten Blattfeder;

Fig. 2 eine größere seitliche Teildarstellung eines Endes der Blattfeder;

Fig. 3 einen Schnitt 3-3 nach Fig. 2; und

Fig. 4 einen Schnitt 4-4 nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine aus glasfaserverstärktem Harz bestehende Blattfeder 1 zur Verwendung in einem Fahrzeug, die aus einem gewölbten Mittenabschnitt 2 und zwei im wesentlichen kreis­ förmigen Endabschnitten 3 und 4, die mit dem Mittenabschnitt 2 einstückig ausgeführt sind, besteht. Jeder Endabschnitt 3 und 4 umfaßt eine Öffnung 5, die ein Verbindungselement auf­ nehmen kann, um die Feder in üblicher Weise an einem Fahrzeug zu befestigen. In bestimmten Anwendungsfällen kann in die End­ abschnitte 3 und 4 eine metallische oder federnde Hülse ein­ geformt sein. Dann bildet die Hülse die Öffnung 5. Wie Fig. 2 zeigt, sind die Endabschnitte im wesentlichen länglich, sie können in bestimmten Fällen aber auch kreisrund sein. Der Ausdruck "im wesentlichen kreisförmig" umfaßt im vorliegenden Zusammenhang sowohl längliche als auch kreisrunde Endabschnit­ te oder ähnliche Konfigurationen.

Die Feder 1 besteht aus im wesentlichen fortlaufenden Litzen von Fasermaterial, die schleifenförmig um zwei beabstandete Stifte oder Hülsen in mehreren übereinanderliegenden Lagen gewickelt sind, so daß die erwünschten physikalischen Eigen­ schaften der Feder erhalten werden.

Die Litze kann irgendein Fasermaterial sein, das üblicherweise bei Wickelverfahren eingesetzt wird, z. B. kann es sich um synthetische Fasern wie Nylon, Dacron oder Orlon, Mineral­ fasern wie Glas, Pflanzenfasern wie Baumwolle, tierische Fasern wie Wolle oder Metallfasern wie Stahldraht oder Graphit handeln.

Die Litzen werden vor dem Wickeln mit einem ungehärteten flüssigen warmhärtbaren Harz getränkt. Das Harz ist von einem üblicherweise bei Wickelverfahren eingesetzten Typ und kann ein Polyester-, ein Vinylester- oder Epoxidharz sein.

Nach Beendigung des Wickelvorgangs wird das Wickelgefüge form­ gepreßt zur Bildung der in Fig. 1 gezeigten Feder. Beim Preß­ formen werden die beiden parallelen Lagen des gewickelten Schleifengefüges, die mit 6 und 7 bezeichnet sind, in einer Preßform zusammengebracht. Während des Formvorgangs wird das Harz gehärtet unter Bildung eines steifen einstückigen Körpers. In dem Preßformkörper verläuft die Verstärkungslitze fortlaufend vom Mittenabschnitt 2 ausgehend um die Endab­ schnitte 3 und 4, wobei die Verbindungsstelle zwischen dem Mittenabschnitt 2 und jedem Endabschnitt Halsabschnitte 8 bildet. Wie Fig. 2 zeigt, verläuft die Grenzfläche zwischen den beiden Lagen 6 und 7 auf der neutralen Achse 9 der Feder.

Während des Preßformens werden die Lagen 6 und 7 um den Stift oder die Hülse, die die Öffnungen 5 in den Endabschnitten bilden, nach innen gedrückt. Dadurch wird der geformte Körper normalerweise mit einem kleinen, in Querrichtung ver­ laufenden V-förmigen Zwischenraum bzw. einer Unterbrechung 10 an der Stelle ausgebildet, an der die beiden Lagen 6 und 7 auf das die Öffnung 5 begrenzende Element treffen. Es wurde beobachtet, daß im Betrieb an der Grenzfläche zwischen den Lagen 6 und 7, d. h. entlang der neutralen Achse, eine Schichtentren­ nung oder Delaminierung auftreten kann, die vom Zwischenraum 10 ausgeht und sich nach innen zur Mitte der Feder fortsetzt.

Gemäß der Erfindung sind in die Feder im Halsbereich 8 mehrere in Längsrichtung verlaufende Rippen 11 eingeformt. Jede Rippe besteht aus zwei nach außen konvergierenden Seitenflächen 12, die in einer im wesentlichen ebenen Außenfläche 13 enden. Benachbarte Rippen an beiden Seiten der Feder sind durch im wesentlichen ebene Vertiefungen 14 voneinander beabstandet.

Insbesondere springen Rippen 11a aus der Ebene nach oben vor, während Rippen 11b nach unten vorspringen. Aufgrund des Formvorgangs ist die Achse des V-förmigen Zwischenraums im Hals­ bereich entsprechend der Strichlinie 15 versetzt.

Die äußeren Enden der Rippen 11 weisen eine größere Tiefe als die inneren Enden auf und gehen in die ent­ sprechenden Endabschnitte 3 und 4 über, wogegen die inneren Enden der Rippen unter Verjüngung in den Mittenabschnitt 2 übergehen.

Die Rippen geben dem Halsbereich 8 erhöhte Steifigkeit, so daß der Bereich geringerer Steifigkeit um einen erheblichen Betrag von dem Zwischenraum 10 nach innen versetzt ist. Dies trägt dazu bei, eine Delaminierung entlang der Grenzfläche zwischen den Lagen 6 und 7 zu verhindern.

Claims (6)

1. Blattfeder aus glasfaserverstärktem Harz mit einem gewölb­ ten Mittenabschnitt (2) sowie zwei im wesentlichen kreis­ förmigen Endabschnitten (3, 4), die mit den jeweiligen En­ den des Mittenabschnitts (2) verbunden sind, wobei

• - jeder Endabschnitt (3, 4) eine Öffnung (5) aufweist,
• - die Feder eine Endloslitze von im wesentlichen fortlaufen­ den Fasern, die mit einem gehärteten wärmehärtbaren Harz getränkt ist, aufweist,
• - die Litze im Mittenabschnitt (2) in einer oberen Lage (6) und einer unteren Lage (7) angeordnet ist und durch die Endabschnitte (3, 4) unter Verbindung der oberen mit der unteren Lage (6, 7) verläuft,
• - die obere und die untere Lage (6, 7) an einer neutralen Achse (9) flach miteinander verbunden sind, und
• - der Teil der Litze, der jede Lage mit dem entsprechenden Endabschnitt verbindet, einen Halsbereich (8) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Halsbereich (8) mehrere in Längsrichtung ver­ laufende Rippen (11) angeordnet sind, die aus einer durch die neutrale Achse (9) gehenden Ebene abwechselnd nach oben und unten vorspringen und die Steifigkeit der Feder im Halsbereich (8) erhöhen, wodurch ein Aufblättern entlang der neutralen Achse (9) verhindert wird.

2. Blattfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halsbereiche (8) und der Mittenabschnitt (2) über ihre Gesamtlänge eine im wesentlichen gleichbleibende Quer­ schnittsfläche haben.

3. Blattfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe jeder Rippe (11) vom jeweiligen Endabschnitt (3, 4) in Richtung zum Längsmittelpunkt des Mittenab­ schnitts (2) abnimmt.

4. Blattfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte, nach oben vorspringende Rippen (11a) je­ weils durch eine obere Vertiefung (14) und benachbarte, nach unten vorspringende Rippen (11b) jeweils durch eine untere Vertiefung (14) voneinander getrennt sind, wobei die Vertiefungen (14) außenseitig durch die jeweiligen Endab­ schnitte (3, 4) und zur Litze hin von einer Ebene begrenzt sind, die durch die neutrale Achse (9) verläuft.

5. Blattfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rippe (11) zwei nach außen konvergierende Seiten­ wandungen (12) und eine im wesentlichen ebene Außenfläche (13) aufweist, wobei die Außenflächen (13) in die entspre­ chende Ober- bzw. Unterseite des Mittenabschnitts (2) über­ gehen.

6. Blattfeder aus glasfaserverstärktem Harz mit einem gewölb­ ten Mittenabschnitt (2) und zwei im wesentlichen kreisför­ migen Endabschnitten (3, 4), die mit den entsprechenden En­ den des Mittenabschnitts (2) verbunden sind, wobei jeder Endabschnitt (3, 4) eine Öffnung (5) aufweist und die den Mittenabschnitt (2) mit den jeweiligen Endabschnitten (3, 4) verbindenden Federabschnitte Halsbereiche (8) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Halsbereich (8) mehrere in Längsrichtung ver­ laufende Rippen (11) angeordnet sind, die von einem Mittel­ punkt der Dicke des Halsbereichs (8) ausgehend nach oben und unten vorspringen, wobei die Dicke jeder Rippe (11) in Richtung vom jeweiligen Endabschnitt (3, 4) zur Mitte der Feder abnimmt.