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Die Erfindung betrifft aus Verbundwerkstoff
(faserverstärktem Kunststoff) hergestellte Blattfedern.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung im weitesten Sinne
auf die Befestigung eines Körpers mit einer
verschleißfesten Fläche an einer derartigen Blattfeder im
Anschluß an eines ihrer freien Enden.
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Blattfedern werden im allgemeinen in dem Aufhängungssystem
von Kraftfahrzeugen verwendet. Bei einem typischen
Anwendungsfall kann es sein, daß die Blattfeder eine Art
Gleitende ("slipper end") aufweisen muß, d. h. Mittel, die
die Veränderungen in der gradlinigen Entfernung zwischen
den Federenden aufnehmen können, wenn sich die
Konfiguration der Feder entsprechend der Federbelastung
ändert. Das eine Ende der Feder kann an einer festen Stelle
an dem Fahrgestell oder der Karosserie des Fahrzeugs
schwenkbar befestigt werden, während das andere Ende der
Feder an einer Stützfläche anliegt, gegenüber der es eine
Gleitbewegung in Längsrichtung der Feder entsprechend
der Federbelastung ausführt. Weist die Feder zwei oder mehr
Einzelblätter auf, ist auch eine relative Gleitbewegung
zwischen den einzelnen Blättern erforderlich, wenn sich
ihre Konfiguration unter sich ändernden
Beanspruchungsbedingungen ändert.
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Bei Stahlblattfedern ist es üblich, derartige
Gleitbewegungen direkt auf der Oberfläche des Federblatts
oder der Federblätter vorzusehen. Die Verschleißfestigkeit
der Federblätter ist zu diesem Zweck ausreichend. Bei aus
Verbundwerkstoff herstellten Blattfedern ist die
Verschleißfestigkeit des Federmaterials jedoch nicht
ausreichend, insbesondere dann nicht, wenn die Feder in
einer schmutzigen Umgebung Anwendung findet, wie dies bei
einem Kraftfahrzeug der Fall ist. Es ist daher
wünschenswert, eine Verbundblattfeder mit einem Element aus
einem entsprechend verschleißfesten Werkstoff zu versehen
und zwar überall dort, wo eine relative Gleitbewegung
wahrscheinlich ist. Es ist schwierig, solch ein
verschleißfestes Element in zufriedenstellender Weise, d. h.
platzsparend und zuverlässig, an einer Verbundfeder zu
befestigen. Es hat sich herausgestellt, daß die Verwendung
von Klebstoffen allein zu einem derartigen Zweck unter
Betriebsbedingungen nicht ausreicht, und jegliche
Konstruktion, die ein Loch oder Löcher in der Feder
vorsieht, ist wegen der schädlichen Auswirkung auf die
Federeigenschaften nicht akzeptabel.
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Aus der JP-A-55-86934 ist eine Blattfederanordnung mit
einem Hauptblatt aus Stahl und Hilfsblattfedern aus
faserverstärktem Kunststoff bekannt, bei der dünne Platten
aus Kohlefasern, Stahl oder dergleichen einteilig auf den
Oberflächenschichten der Hilfsblattfedern an beiden Enden
ihrer Zugseiten vorgesehen werden. Hierdurch wird der
Verschleiß der Blattfedern auf ein Minimum reduziert, wenn
sie an ihren Oberflächenschichten relativ zueinander
gleiten.
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Im weitesten Sinne ist es die Aufgabe der gegenwärtigen
Erfindung, eine wirkungsvolle Befestigung eines Körpers
mit einer verschleißfesten Fläche am Ende einer aus einem
Verbundwerkstoff hergestellten Blattfeder zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß wird daher eine Feder mit einem länglichen,
aus einem Verbundwerkstoff hergestellten Blatt geschaffen,
das im Anschluß an eines seiner freien Enden mit
Lagermitteln mit einer verschleißfesten Fläche versehen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Lagermittel
einen ersten Körper und einen zweiten Körper aufweisen, die
sich entlang den entsprechenden, in entgegengesetzte
Richtungen weisenden Flächen des Blattes erstrecken, wobei
sich die Körper in Längsrichtung des Blattes erstrecken und
jenseits des freien Endes des Blattes aneinander und an dem
Blatt selbst an einer Stelle befestigt sind, die durch ein
in Querrichtung sich um das Blatt herum erstreckendes
Befestigungselement in einem Abstand von dem genannten
freien Ende gehalten wird, wobei das Blatt einen gekrümmten
Endabschnitt aufweist und der erste und zweite Körper
komplementäre gekrümmte Formationen aufweisen, die
ineinandergreifen, um dazwischen eine Relativbewegung in
Längsrichtung der Feder zu vermeiden, wobei ein Lagerkörper
mit einer verschleißfesten Fläche an wenigstens einem der
beiden genannten Körper befestigt ist oder einen Teil davon
bildet.
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Bei der erfindungsgemäßen Feder hat die gegenseitige
Befestigung der Körper an einer Stelle jenseits des freien
Endes der Feder und deren Befestigung an der Feder selbst
mittels eines querverlaufenden, in einem Abstand von dem
freien Ende der Feder verlaufenden Befestigungselementes
den Vorteil, daß die Anordnung keinen großen Einbauraum
erforderlich macht, der deren Einbau in einem Kraftfahrzeug
(oder in irgendeiner anderen Einrichtung oder Vorrichtung)
komplizieren würde, und dennoch sind die Körper so
zuverlässig befestigt, daß sie sich nicht ohne weiteres im
Betrieb lösen können. Es besteht keine Notwendigkeit, in
der Feder ein Loch oder Löcher vorzusehen, so daß die
Probleme, die dadurch entstehen könnten, überwunden sind.
Es ist verhältnismäßig einfach, eine Blattfeder aus
Verbundwerkstoff bereitzustellen, die in einem typischen
Fall durch ein Verfahren gefertigt wird, das einen
Verfahrensschritt einschließt, bei dem die Feder auf ihre
endgültige Form geformt wird und im Anschluß an ihr freies
Ende einen passend gekrümmten Abschnitt aufweist, und es
ist ebenso einfach, die an der Feder befestigten Körper
bereitzustellen, bei denen es sich vorzugsweise um
Preßteile aus Metall, z. B. Stahl, mit komplementären
gekrümmten Formen handelt.
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Das Befestigungselement kann eine endlose Metallschleife
aufweisen, die sich um die genannten Körper und das
Federblatt erstreckt und die verformt werden kann, um sie
anzuziehen und sicherzustellen, daß sie in die an den
Körpern vorgesehenen Formationen in der Weise eingreift,
daß sie nicht zufällig in Längsrichtung der Feder
verschoben werden kann. Bei einem der unten beschriebenen
Ausführungsformen ist das Befestigungselement einteilig mit
einem der Körper hergestellt.
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Obwohl es auch noch im Rahmen der Erfindung liegt, wenn
die Oberfläche eines Körpers oder mehrere Körper als solche
eine verschleißfeste Fläche darstellt, ist vorgesehen, daß
wenigstens ein Körper selbst einen Lagerkörper aus einem
geeigneten verschleißfesten Werkstoff, wie z. B. Stahl,
trägt. Ein derartiger Lagerkörper kann eine flache
verschleißfeste Fläche aufweisen, wobei ein
Elastomerelement zwischen ihr und dem an dem Federblatt
befestigten Körper angeordnet ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung befaßt sich insbesondere
mit einer Blattfederanordnung mit einem ersten Blatt, das
an seinen Enden mit Mitteln zur Befestigung der Feder an
einem Kraftfahrzeug, in dem sie Federanordnung eingesetzt
werden soll, versehen ist, sowie mit einem zweiten Blatt,
das aus einem Verbundwerkstoff hergestellt ist und an dem
ersten Blatt an einer Stelle zwischen deren Enden befestigt
ist, wobei Endabschnitte des zweiten Blatts an
Endabschnitten des ersten Blattes anliegen. Bei einer
derartigen Federanordnung kann das erste Blatt aus einem
Verbundwerkstoff oder vorzugsweise aus Metall bestehen.
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Bei einer derartigen Federanordnung unterstützt das zweite
Federblatt das erste Federblatt, und selbst wenn das erste
Federblatt aus Stahl besteht, erreicht man immer noch eine
wesentliche Gewichtsersparnis im Vergleich zu einer Feder
ähnlicher Leistung, bei der alle Blätter aus Stahl
bestehen. Bei Mehrblattfedern, bei denen alle Blätter aus
einem Verbundwerkstoff bestehen, bezieht sich ein ganz
wesentliches Problem auf die Befestigung der Feder an einem
Kraftfahrzeug. Besteht das erste Blatt aus Stahl, so kann
dieses Problem umgangen werden, da jedes Blattfederende
einfach als Spirale ausgeführt werden kann, die eine
Öffnung zur Aufnahme einer Befestigungsschraube oder
dergleichen bereitstellt. Die Stahl- und Verbundblätter
müssen jedoch an ihren Enden (wo auch eine Achse oder
dergleichen befestigt wird) zusammengehalten werden, und es
muß gewährleistet werden, daß die Federblätter einander
gegenüber richtig fluchten. Insbesondere muß ein als
"Scherenstellung" bekannter Zustand vermieden werden, bei
dem die Blätter um ihren mittleren Bereich herum relativ
zueinander in der Weise schwenken, daß ihre Enden nicht in
einer Fluchtlinie liegen. Bei einer ganz aus Stahl
bestehenden Feder können eine Scherenstellung verhindernde
Halter mit einem Federblatt oder mehreren Blättern
vernietet werden, aber solche Mittel - wie oben beschrieben
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- verursachen Schwierigkeiten bei Verbundblattfedern. Es
muß also nicht nur Verschleiß als Folge eines
Aneinanderreibens an den Enden der Federblätter, sondern
auch eine Scherenstellung vermieden werden.
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Die Erfindung sieht daher weiterhin eine
Blattfederanordnung vor mit einem ersten Blatt und einem
zweiten Blatt aus einem Verbundwerkstoff, wobei das zweite
Blatt mit erfindungsgemäßen, wie oben beschriebenen Körpern
versehen ist und eines der genannten Körper Abschnitte
aufweist, die in das erste Blatt eingreifen, um das erste
und zweite Blatt in einer Fluchtlinie zu halten. Diese
Abschnitte können Halter aufweisen, die so angeordnet sind,
daß sie das erste und zweite Blatt relativ zueinander in
ihrer Stellung halten.
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Bei den unten beschriebenen Ausführungsformen dieses
Aspektes der Erfindung besteht das erste Federblatt aus
Stahl und ist an seinen Enden so ausgeführt, daß es
Befestigungsmittel aufweist, die eine Befestigung an einem
Fahrzeug ermöglichen.
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Die Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
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Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Anordnung
mit zwei erfindungsgemäßen Federblättern,
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Fig. 2 eine detaillierte Seitenansicht eines Teils der
Anordnung gemäß Fig. 1,
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Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teils einer weiteren
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Federanordnung,
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Fig. 4 & 5 entsprechende Seitenansichten zweier weiterer
Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen
Federanordnung.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung
mit zwei Federblättern 11, 12. Die Blätter bestehen aus
einem Verbundwerkstoff, d. h. faserverstärktem Kunststoff.
Sie werden in einem im Anschluß an ihren Mittelpunkt sich
befindenden Bereich durch eine im Umriß gezeigte
Vorrichtung 10 zusammengehalten, die in bekannter Weise im
wesentlichen U-förmige Schrauben und entsprechende
Abstandsstücke und Klemmkörper aufweist. Bei einem
typischen Anwendungsfall in einem Kraftfahrzeug ermöglicht
die Vorrichtung 10 auch die Befestigung einer Achse an den
Federn. Das eine Paar benachbarter Blattenden weist
Lageranordnungen 13, 14 mit Gleitenden auf, wie es in
detaillierterer Form in Fig. 2 dargestellt ist. Die anderen
Enden der Federblätter können in ähnlicher Weise ausgeführt
werden, wenn es sich bei den Blättern um zusätzliche oder
Hilfsblätter eines nicht dargestellten Hauptfederblatts
handelt, oder sie sind so angeordnet, daß sie an dem
Fahrzeug befestigt werden können.
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Die in der Fig. 2 darstellte Anordnung weist zwei
Federblätter auf, nämlich das obere Blatt 11 und das untere
Blatt 12, das aus einem Verbundwerkstoff (faserverstärktem
Kunststoff) besteht. Jedes der Blätter 11, 12 trägt eine
Lageranordnung 13, 14 an einem freien Ende 15, 16, so daß
das untere Blatt 12 an dem oberen Blatt 11 und das obere
Blatt 11 an einem Teil des Fahrzeugs (nicht dargestellt)
gleiten kann.
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Die Lageranordnungen 13, 14 des oberen und unteren Blatts
sind im wesentlichen identisch, so daß nur die
Lageranordnung 13 des oberen Blatts 11 im einzelnen
beschrieben wird.
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Das Blatt 11 hat eine rechteckige und im wesentlichen
längliche Querschnittsform. Der Abschnitt 17 des Blatts
11, der sich direkt an das freie Ende 15 des Blatts 11
anschließt, ist nach unten gekrümmt, so daß die
entsprechenden Abschnitte 19, 20 seiner oberen und unteren
Fläche 21, 22 konvex beziehungsweise konkav ausgebildet
sind.
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Die Lageranordnung 13 weist ein erstes Preßteil 23 und ein
zweites Preßteil 24 auf. Das erste Preßteil 23 weist einen
flachen, die flache obere Fläche 21 des Blatts 11
berührenden Abschnitt 25, einen gekrümmten, den konvexen
Abschnitt 19 der oberen Fläche 21 des Blatts 11 berührenden
Abschnitt 26 sowie einen in Längsrichtung des Blatts 11
über dessen freies Ende 15 hinaus vorstehenden Flansch 27
auf. Der Flansch 27 ist mit einem Steg 28 versehen, um ihn
starrer auszuführen.
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Das zweite Preßteil 24 weist einen flachen, die untere
Fläche 22 des Blatts 11 berührenden Abschnitt 29, einen
gekrümmten, den konkaven Abschnitt 20 der unteren Fläche 22
berührenden Abschnitt 30 sowie einen in Längsrichtung des
Blatts 11 über dessen freies Ende 15 hinaus vorstehenden
Flansch 31 auf.
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Das erste und zweite Preßteil 23, 24 sind jenseits des
freien Endes 15 des Blatts 11 durch Schrauben aneinander
befestigt, von denen eine bei 33 dargestellt ist und sich
durch die Flansche 27, 31 erstreckt. Alternative
Befestigungsmittel, wie z. B. Nieten oder eine
Schweißverbindung, könnten ebenso verwendet werden, um die
Preßteile 23, 24 jenseits des freien Endes des Blatts
zusammenzuhalten. Die Preßteile werden weiterhin durch ein
Band 34 aneinander befestigt, das das Blatt 11 und die
Preßteile an einer von dem freien Ende 15 entfernt
gelegenen Stelle umgreift. Die Preßteile 23, 24 sind mit
Vorsprüngen 35 versehen, die eine Ausnehmung zur
Positionierung des Bandes 34 definieren.
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Bei dem Band 34 handelt es sich vorzugsweise um ein
endloses Metallband, das so geformt ist, das es in
Längsrichtung der Feder über die Vorsprünge 35 in seine
gewünschte Stelle bewegt werden kann, damit es die
Preßteile 23, 24 an der Feder hält. Das Band kann dann in
die Ausnehmung zwischen den Positionen 35 hinein verformt
werden, z. B. mittels einer Presse, so daß es seine Stellung
beibehält.
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Der gekrümmte Abschnitt 17 des Blatts ,11 und die
Komplementärformen der Preßteile 23, 24 verhindern eine
Bewegung der Lageranordnung 13 in Längsrichtung des Blatts
11.
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Ein Lager- oder Gleitkörper, so wie er in allgemeiner Form
bei 36 dargestellt ist, ist an dem oberen Preßteil 23
befestigt. Der Lagerkörper 36 weist ein Polster 37 aus
verschleißfestem Stahl auf, das mit einem Stützpolster 38
aus Elastomer verbunden ist. Das Stützpolster 38 ist
seinerseits mit einer Metallscheibe 39 verbunden, die
mittels Schrauben 40 an dem ersten Preßteil 23 befestigt
ist. Ein ähnlicher Lagerkörper ist an dem oberen Preßteil
des unteren Federblatts 12 befestigt und liegt an dem
unteren Preßteil 24 des Blatts 11 an. Bei derartigen
Lagerkörpern an den oberen Preßteilen kann es sich um
einfache, direkt an den Preßteilen befestigte Stahlpolster
handeln, die keine Elastomerpolster, so wie bei 38
dargestellt, aufweisen.
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Alternativ kann ein Reiben direkt auf den Flächen der
oberen Preßteile (wie bei 23) der Federblätter stattfinden.
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Fig. 3 zeigt einen Teil einer Blattfederanordnung mit einem
ersten Blatt 110 und einem zweiten Blatt 111. Das erste
Blatt 110 besteht aus Stahl, und sein Endabschnitt 112 ist
als Spirale ausgeführt, die eine quer sich erstreckende
Öffnung zur Aufnahme einer Büchse und einer
Befestigungsschraube zur Befestigung der Feder an dem
Fahrzeug aufweist. Das zweite Blatt 11 besteht aus einem
Verbundwerkstoff, d. h. faserverstärktem Kunststoff und
würde an dem ersten Blatt 110 an einer Stelle befestigt,
die sich im wesentlichen in der Mitte zwischen den
Blattenden befindet.
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Das zweite Verbundblatt 111 ist mit Mitteln versehen, die
dem Verschleiß des Endabschnitts des genannten Blattes
gegenüber beständig sind, wenn eine Relativbewegung in
Längsrichtung der Blätter zwischen dem ersten und zweiten
Blatt auftritt, wenn diese sich im Betrieb biegen. Solche
verschleißfesten Mittel sind im wesentlichen so
ausgebildet, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, werden
aber dennoch im einzelnen hier beschrieben. Ein Blechkörper
113 liegt auf der oberen Fläche des Endabschnitts des
Blatts 111 und weist nach unten sich erstreckende Flansche
auf, von denen einer bei 114 angedeutet ist; sie greifen in
die seitenflächen des Blattes ein, um eine
Querverschiebung des Blattes zu verhindern. Ein weiterer
Blechkörper 115 mit nach oben sich erstreckenden Flanschen
116 ist an den unteren Flächen des Blattes 111 vorgesehen.
Die Blechkörper 113, 115 sind aneinander und an dem
Federblatt 11 mittels eines quer sich erstreckenden
ringförmigen Metallbandes oder einer quer sich
erstreckenden Metallschleife 117 an einer von dem Blattende
entfernt gelegenen Stelle befestigt. An dem freien Ende des
Blatts sind die Körper 113, 115 bei 118 miteinander
verschweißt, und das äußerste freie Ende des Blatts 111 ist
bei 119 nach oben gebogen, damit es in die Körper 113, 115
eingreifen kann, damit diese sich nicht relativ zu dem
Blatt in dessen Längsrichtung bewegen können.
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Eine Scheibe 120 ist mit der oberen Fläche des Körpers 113
verschweißt, wobei ein Lagerkörper 121 darauf angeordnet
ist, der die untere Fläche des ersten Blattes 110 berührt.
Der Lagerkörper 121 kann z. B. aus Metall, einem geeigneten
verschleißfesten Kunststoff oder möglicherweise aus einem
Metall-Gummi-Metall-Verbundkörper bestehen. Der Lagerkörper
121 wird so ausgewählt, daß er ausreichende
Verschleißeigenschaften aufweist, wenn er unter
Betriebsbeanspruchungen in Längsrichtung des Blatts 110
einem Reibvorgang ausgesetzt ist.
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Um die Blätter 110, 111 in einer Fluchtlinie relativ
zueinander zu halten, weist der Körper 115 auf jeder Seite
einen Halter 122 auf, der sich nach oben bis zu einer
Stelle oberhalb des Blattes 110 erstreckt. Die Halter 122
verlaufen in einem geringen Abstand von den Seiten des
Blattes 110 und sind oberhalb des Blattes 110 durch eine
Scheibe 123 miteinander verbunden. Das gegen einen der
beiden Halter 122 anstoßende Blatt 110 widersetzt sich
jeglicher Tendenz der Endabschnitte des Blattes 110, 111,
sich quer zueinander zu verschieben. Bei der dargestellten
Ausführungsform sind die Halter 122 einteilig miteinander
ausgeführt und zwar in Form eines im wesentlichen
U-förmigen Blechteils.
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Fig. 4 zeigt zwei Blätter 210, 211, die - wie im Fall der
Ausführungsform gemäß Fig. 3 - aus Stahl bzw. einem
Verbundwerkstoff bestehen. Die Konfiguration der Blätter
ist im wesentlichen die gleiche wie in Fig. 3, abgesehen
davon, daß bei dem unteren (Verbund-) Blatt 211 der
Endabschnitt sich weiter nach oben erstreckt als der
Endabschnitt des Blatts 111, um in die Befestigungsmittel
für die Federanordnung an dem Fahrzeug eingreifen zu können
und um einen gewissen Grad an Sicherheit zu gewährleisten,
falls die Feder 210 versagt. Das Blatt 211 ist mit oberen
und unteren Blechkörpern 213 215 versehen, die an einer von
dem freien Ende des Blattes entfernt gelegenen Stelle von
einem quer sich erstreckenden ringförmigen Band 217 und von
einer Schraube 218 jenseits dieses freien Endes
zusammengehalten werden.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Scheibe 220 mit
aufrechtstehenden Haltern 222 versehen, die sich oberhalb
des Blattes 210 erstrecken und in dessen Seiten eingreifen
können, um eine Relativverschiebung zwischen den Blättern
zu verhindern. Die Halter 222 sind oberhalb des Blattes 210
mittels einer Schraube 223 aneinander befestigt.
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Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit einem ersten und
zweiten Blatt 310, 311, wie in Fig. 4 dargestellt. Das
Blatt 311 weist obere und untere Blechkörper 313, 315 auf,
die aneinander und an dem Blatt mittels einer Schraube 318
und eines quer sich erstreckenden Bandes befestigt sind,
wobei bei dieser Ausführungsform letzteres mit dem Element
313 einteilig hergestellt ist. Die Konfiguration des Bandes
317 ist dergestalt, daß es über den Endabschnitt des
Blattes 311 gelegt werden kann und gleichzeitig in einem
Winkel dazu gehalten wird, wobei es um das Blatt herum
gespannt wird, wenn das Element in die dargestellte
Position bewegt wird. Der Körper 313 weist eine Scheibe 320
und einen Lagerkörper 321 auf.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Körper 315 mit
aufrechtstehenden Haltern 322 versehen, die mittels
Schrauben 323 zusammengehalten werden, wie es in der
Ausführungsform gemäß Fig. 3 gezeigt wird.
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Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Fig. 3 bis
5 weisen also die Teile auf, die einen Verschleiß des
Verbundblattes der Federanordnung verhindern, wobei
Abschnitte vorgesehen sind, die wirkungsvoll eine
Relativverschiebung der Blätter der Federanordnung
vermeiden. Die Konstruktion der Anordnung wird nicht
wesentlich kompliziert, noch werden die Kosten erhöht.
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Die Erfindung läßt sich auch auf Anordnungen anwenden, bei
denen mehr als zwei Blätter vorgesehen sind, wobei Halter
122, 222, 322 in geeigneten Größen vorgesehen sind, die
alle Blätter der Anordnung zusammenhalten, um
Relativverschiebungen zu verhindern.