WO2007056973A1 - Segmentierte faserverbund-blattfeder und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents

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WO2007056973A1
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leaf spring
segments
fiber composite
legs
raw
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PCT/DE2006/001941
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Clemens Aulich
Rainer Förster
Heiko Kempe
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Ifc Composite Gmbh
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Priority to EP06818045A priority patent/EP1948959A1/de
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
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    • F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
    • F16F1/366—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers made of fibre-reinforced plastics, i.e. characterised by their special construction from such materials
    • F16F1/368—Leaf springs
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    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/774—Springs

Definitions

  • the invention relates to a leaf spring made of a fiber composite material according to the preamble of patent claim 1 and two methods for producing the same according to claims 9 and 10.
  • Leaf springs are commonly used for suspensions on a vehicle to cushion it against uneven terrain conditions.
  • Such vehicles may in particular be passenger cars, trucks and other commercial vehicles, but also rail vehicles and the like.
  • Leaf springs made of steel have been known for a long time. In these individual, narrow steel sheets are superimposed with decreasing lengths to achieve a variable spring constant with increasing load. By clamping and / or screw the plates of the leaf springs are connected to form a package. When mounting a leaf spring in a motor vehicle, for example, this takes place transversely to the direction of travel, wherein the central region thereof is fixed to the vehicle body, while the two axial ends of the leaf spring in the region of the suspension of the right and left vehicle wheel are arranged.
  • a metallic leaf spring is comparatively inexpensive to manufacture and reliable in operation, but such is disadvantageously difficult, which contributes to a relatively high vehicle weight and thus ultimately causes increased fuel consumption.
  • leaf springs made of fiber composite materials, which are formed, for example, impregnated with synthetic resin glass or carbon fibers and have the same size and comparable spring properties considerably less weight than steel leaf springs.
  • fiber composite sheet For example, springs are made of individual resin-impregnated fiber layers known as "prepreg.” These prepregs are manufactured and / or cut to the desired shape and placed on top of one another in a mold that corresponds to the dimensions of the leaf spring.
  • Prepreg resin-impregnated fiber layers
  • a leaf spring made of a fiber composite material which consists of a central arc section and ends of peripheral sections in one piece.
  • the peripheral portions have at their respective axial end an eyelet with an opening for receiving a bolt for the purpose of securing the leaf spring to the vehicle chassis.
  • the disadvantage here is the introduction of the attachment eye in the leaf spring, which can only be realized by a structurally complex mold or by a severing the fibers punching process.
  • the end portions are chamfered.
  • the respective end section is cut to size after curing of the leaf spring of the bevelled shape. This has the consequence that also the fibers of the material are cut.
  • the interfaces often lead to cracks, which emanate from the interfaces and extend substantially parallel to the longitudinal extent of the fibers at permanent alternating loads of the leaf spring. These cracks in turn can lead to breakage of the leaf spring.
  • a leaf spring made of a fiber composite material which is narrower and thicker at its axial ends than in a central, rectangular section.
  • the region of the axial ends of the leaf spring can be approximately trapezoidal in plan view.
  • the area of right-angled cross-sections of the leaf spring from one spring end to the other The end can be constant according to another variant.
  • the composite fibers are uncut from one axial end to the other.
  • the geometry of the leaf spring is produced during its manufacture by compression molding.
  • a leaf spring made of a fiber composite material with a central longitudinal portion and axial ends for a suspension on a vehicle in which the axial ends are formed with respect to the leaf spring width is tapered, and in the axially aligned Fibers of the fiber composite material are fed uncut to the end edge of the leaf spring.
  • the leaf spring can be reinforced in its central region by geometrically simple, rectangular fiber layers in terms of their component thickness, while being used to form the V-shaped axial ends of the leaf spring appropriately trained and guided over the entire component length fiber layers.
  • a leaf spring according to DE 10 2004 010 768 A1 has several advantages, since it can have substantially constant cross-sectional areas over almost its entire length as well as a substantially constant thickness with a reduced width at the axial end without being trimmed at its axial ends got to.
  • the invention is based on the object, a known from DE 10 2004 010 768 A1 leaf spring in such a way that it can be produced as inexpensively as possible with optimum product quality.
  • the invention is based on the finding that a fiber composite leaf spring can be produced inexpensively comparatively easily and in different ways by using largely identical sections of a continuously produced fiber composite material web.
  • the invention according to the features of claim 1 is based on a leaf spring made of a fiber composite material having a central longitudinal portion and two adjoining axial end portions for a suspension on a vehicle, wherein the end portions are tapered with respect to the leaf spring width, wherein the leaf spring resin-impregnated unidirectional fiber is constructed, which extend axially unabridged between the axial ends of the leaf spring, and in which the axial end portions before completion of the green leaf spring have a substantially V-shaped incision or a substantially V-shaped end geometry and thus axially each form two legs formed transversely to the longitudinal extent of the raw leaf spring, these legs are close to each other in the finished leaf spring.
  • the leaf spring is composed of individual, largely identically formed elongated segments, which are manufactured separately as a fiber composite body and assembled before the curing of the leaf spring.
  • Such a leaf spring can also be characterized in that the said segments are formed as prepregs, which are cut out of a continuously produced material web by two cuts with different, but oblique angles of intersection and placed to form the raw leaf spring, each with one of their longitudinal sides together ,
  • a leaf spring designed according to the invention it is preferably provided that two segments cut off from the material web are placed against each other with one of their respective longitudinal sides such that the first segment forms the right half and the second segment the left half of the leaf spring in plan view , or the other way around.
  • the short longitudinal sides of the segments are placed against one another to form the leaf spring.
  • the two cutting angles are selected so that the opening angle of the substantially V-shaped end geometry of the green leaf spring is identical to twice the cutting angle ⁇ when cutting off the segments from the material web.
  • the segments have substantially the thickness of the leaf spring perpendicular to their width B1 and L1 length, or that a plurality of segments superimposed form the thickness of the leaf spring.
  • a second variant of a leaf spring designed according to the invention is characterized in that other segments are used for its construction, which are provided with a substantially rectangular section from a material web are cut off and transverse to their length L have a width B which is smaller than the thickness D of these other segments, and that these other segments are laid together to form the green leaf spring with their opposite larger-area longitudinal sides.
  • the leaf spring according to the second variant is constructed in such a way that the segments placed against each other with their opposite, larger-area longitudinal sides have different axial lengths L.
  • the invention also relates in each case to a method for producing a leaf spring according to the two variants presented briefly.
  • the method for producing the leaf spring according to the first variant comprises the following method steps:
  • the second method comprises the method steps: - Cutting other, geometrically largely identical segments of a web of a fiber composite material with a substantially rectangular angle of intersection.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of fiber layers in a raw leaf spring according to the invention during their production
  • FIG. 2 is a leaf spring according to FIG. 1 after their production
  • FIG. 3 is a schematic representation of a fiber composite material web
  • Fig. 4 two of the Material web according to FIG. 3 cut and separated segments
  • Fig. 5 is a raw leaf spring, which from the two segments according to
  • Fig. 4 is constructed, and
  • Fig. 6 is a schematic cross-section AA through a raw leaf spring of FIG. 1 during its manufacture, which is constructed of longitudinally juxtaposed segments.
  • a leaf spring 1 according to the invention is made in a mold in a conventional manner using pressure and heat from a plurality of resin impregnated and superimposed unidirectional fibers, for example of glass, carbon or aramid.
  • a crude leaf spring 2 shown schematically in Fig. 1 is first constructed, which has a substantially rod-shaped circumferential geometry and has a central portion 3, followed by the axial end portions 10 and 11.
  • the end sections 10, 11 have an approximately V-shaped notch or a V-shaped end geometry 7, so that in each case two legs 8, 9 are formed on the end side of the raw leaf spring 2.
  • These legs 8, 9 are joined to each other before the setting of the green leaf spring 2 such that a finished leaf spring 1 according to FIG. 2 has pointed or substantially rounded axial ends 4, 5.
  • a leaf spring 1, 2 is first produced by cutting and joining individual sections or segments 13, 14, 15 from a continuously produced fiber composite material web 16, which is formed from a prepreg material is.
  • the prepreg material here consists of unidirectional fibers 23 impregnated with synthetic resin 24.
  • the segments 13, 14, 15 are cut off from the material web 16 by cuts 17 and 17 'at a predetermined oblique angle ⁇ and ⁇ , respectively, so that these segments 13, 14, 15 each have an in plan view Have substantially diamond-shaped circumferential geometry, each having a long longitudinal side and a comparatively short longitudinal side 18, 19.
  • the width B1 of the segments is small to the length L1 thereof.
  • FIG. 6 shows an enlarged schematic cross-section AA according to FIG. 1 by a raw leaf spring 2, which is constructed from segments 6 which are also preferably formed as prepregs, which, however, at least extend from the already described segments 13, 14, 15 distinguished in terms of their geometry.
  • these other segments 6 have only comparatively few unidirectional fibers 23 in terms of their width B, which are embedded in synthetic resin 24.
  • the length L is preferably much larger and the thickness D is greater than the said width B of these segments 6.
  • a raw leaf spring 2 according to the second variant is constructed by means of these other segments 6 in that substantially the following method steps are maintained:
  • the segments 6 to form the green leaf spring 2 with their large-scale longitudinal sides 20, 21 and vertically, for example in a form to be superimposed.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Blattfeder (1) aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem zentralen Längsabschnitt (3) und zwei daran anschließende axiale Endabschnitte (10, 11) für eine Radaufhängung an einem Fahrzeug, bei der die Endabschnitte (10, 11) hinsichtlich der Blattfederbreite sich verjüngend ausgebildet sind, wobei die Blattfeder (1) aus harzgetränkten unidirektionalen Faser (23) aufgebaut ist, die sich axial ungekürzt zwischen den axialen Enden (4, 5) der Blattfeder (1) erstrecken, und bei der die axialen Endabschnitte (10, 11) vor Fertigstellung der Roh-Blattfeder (2) einen im Wesentlichen V-förmigen Einschnitt bzw. einen im Wesentlichen V-förmige Endgeometrie aufweisen und somit axial jeweils zwei quer zur Längserstreckung der Roh-Blattfeder (2) ausgebildete Schenkel (8, 9) bilden, wobei diese Schenkel (8, 9) in der fertiggestellten Blattfeder (1) eng aneinander liegen. Zur kostengünstigen Herstellung einer solchen Faserverbundblattfeder ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Blattfeder (1 , 2) aus einzelnen, geometrisch weitgehend identischen lang gestreckten Segmenten (6; 13,14) aufgebaut ist, welche separat als Faserverbundkörper hergestellt und vor deren Aushärten zu der Blattfeder (1 , 2) zusammengefügt sind.

Description

Segmentierte Faserverbund-Blattfeder und Verfahren zur Herstellung derselben
Die Erfindung betrifft eine Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie zwei Verfahren zur Herstellung derselben gemäß den Ansprüchen 9 und 10.
Blattfedern werden üblicherweise für Radaufhängungen an einem Fahrzeug verwendet, um dieses gegen unebene Gelände- bzw. Fahrwegbeschaffenheiten abzufedern. Solche Fahrzeuge können insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und andere Nutzfahrzeuge, aber auch Schienenfahrzeuge und dergleichen sein.
Seit langem bekannt sind Blattfedern aus Stahl. Bei diesen sind einzelne, schmale Stahlbleche mit kleiner werdenden Längen übereinander gelegt, um eine variable Federkonstante bei zunehmender Belastung zu erreichen. Durch Klammerungen und/oder Schraubverbindungen sind die Bleche der Blattfedern zu einem Paket verbunden. Bei der Montage einer Blattfeder in einem Kraftfahrzeug erfolgt diese beispielsweise quer zur Fahrtrichtung, wobei der mittlere Bereich derselben an der Fahrtzeugkarosserie festgelegt ist, während die beiden axialen Enden der Blattfeder im Bereich der Aufhängung des rechten bzw. des linken Fahrzeugrades angeordnet sind. Wenngleich eine metallische Blattfeder vergleichsweise kostengünstig herstellbar und zuverlässig im Betrieb ist, so ist eine solche jedoch nachteilig schwer, welches zu einem relativ hohen Fahrzeuggewicht beiträgt und damit letztlich einen erhöhten Kraftstoffverbrauch verursacht.
Bekannt sind auch Blattfedern aus Faserverbundmaterialien, welche beispielsweise aus mit Kunstharz getränkten Glas- oder Kohlenstofffasem gebildet sind und bei gleicher Größe sowie vergleichbaren Federeigenschaften erheblich weniger Gewicht aufweisen als Stahl-Blattfedern. Solche Faserverbund-Blatt- federn werden beispielsweise aus einzelnen harzgetränkten Faserlagen hergestellt, die unter dem Begriff „Prepreg" bekannt sind. Diese Prepregs werden in der gewünschten Gestalt gefertigt und/oder zugeschnitten und übereinander in eine Pressform eingelegt, die den Abmessungen der Blattfeder entspricht. Anschließend wird die Roh-Blattfeder in der Pressform unter Einwirkung von Druck und Wärme ausgehärtet.
Aus der DE 102 21 589 A1 ist eine Blattfeder aus einem Faserverbundmaterial bekannt, die einstückig aus einem zentralen Bogenabschnitt und end- seitig aus peripheren Abschnitten besteht. Die peripheren Abschnitte besitzen an ihrem jeweiligen axialen Ende eine Öse mit einer Öffnung zur Aufnahme eines Bolzens zum Zwecke der Befestigung der Blattfeder am Fahrzeugchassis. Nachteilig hierbei ist die Einbringung der Befestigungsöse in die Blattfeder, die nur durch eine konstruktiv aufwendige Pressform oder durch einen die Fasern durchtrennenden Stanzvorgang zu realisieren ist.
Bei anderen Blattfederkonstruktionen aus Faserverbundwerkstoffen sind die Endabschnitte angeschrägt. Dabei wird der jeweilige Endabschnitt nach dem Aushärten der Blattfeder der angeschrägten Form entsprechend zurechtge- schnitten. Dies hat zur Folge, dass auch die Fasern des Werkstoffes angeschnitten werden. Die Schnittstellen führen bei Dauerwechselbelastungen der Blattfeder häufig zu Rissen, die von den Schnittstellen ausgehen und im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung der Fasern verlaufen. Diese Risse wiederum können zum Bruch der Blattfeder führen.
Aus der EP 0 093 707 B1 beziehungsweise der dazu parallelen US 4,557,500 B1 ist eine Blattfeder aus einem Faserverbundmaterial bekannt, die an ihren axialen Enden schmaler und dicker als in einem zentralen, rechteckigen Abschnitt ausgebildet ist. Der Bereich der axialen Enden der Blattfeder kann in Draufsicht dabei etwa trapezförmig ausgebildet sein. Die Fläche von rechtwinkligen Querschnitten der Blattfeder von einem Federende bis zu dem anderen Fe- derende kann gemäß einer anderen Variante konstant sein. Bei einer anderen Bauart dieser Blattfeder sind die Verbundfasern von einem bis zum anderen axialen Ende ungeschnitten. Die Geometrie der Blattfeder wird während deren Herstellung durch Pressformen erzeugt.
Außerdem ist aus der DE 10 2004 010 768 A1 der Anmelderin eine Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem zentralen Längsabschnitt und axialen Enden für eine Radaufhängung an einem Fahrzeug bekannt, bei der die axialen Enden hinsichtlich der Blattfederbreite sich verjüngend ausgebildet sind, und bei der axial ausgerichtete Fasern des Faserverbundwerkstoffs ungekürzt bis zur Abschlusskante der Blattfeder geführt sind. Außerdem ist bei dieser Blattfeder vorgesehen, dass sie aus harzgetränkten Faserlagen aufgebaut ist, die bei der Herstellung der Blattfeder an ihren axialen Enden in einer Draufsicht eine V- förmige Geometrie bzw. einen V-förmigen Einschnitt aufweisen und somit jeweils zwei quer zur Längserstreckung der Blattfeder ausgebildete Schenkel bilden. Diese beiden Schenkel werden im Herstellprozess eng aneinandergelegt und ausgehärtet, so dass die fertig gestellte Blattfeder im Bereich ihrer Enden etwa trapezförmig ausgebildet ist und keine Materialaufdickung in diesem Bereich aufweist.
Aus dieser Druckschrift ist zudem bekannt, dass die Blattfeder in ihrem zentralen Bereich durch geometrisch einfache, rechteckige Faserlagen hinsichtlich deren Bauteildicke verstärkt werden kann, während zur Ausbildung der V- förmigen axialen Enden der Blattfeder entsprechend ausgebildete und über die gesamte Bauteillänge geführte Faserlagen verwendet werden.
Eine Blattfeder gemäß der DE 10 2004 010 768 A1 ist mit einigen Vorteilen verbunden, da diese über beinahe ihre gesamt Länge im Wesentlichen konstante Querschnittsflächen sowie eine weitgehend konstante Dicke mit am axialen Ende verringerter Breite aufweisen kann, ohne dass dieselbe an ihren axialen Enden beschnitten werden muss. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine aus der DE 10 2004 010 768 A1 bekannte Blattfeder derart weiterzubilden, dass diese bei optimaler Produktqualität möglichst kostengünstig herstellbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich hinsichtlich der Blattfeder aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Zwei Herstellverfahren sind in den Ansprüchen 9 und 10 genannt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich durch die Verwendung von weitgehend identischen Abschnitten einer kontinuierlich hergestellten Faserverbundwerkstoff-Materialbahn vergleichsweise einfach und auf unterschiedliche Weise eine Faserverbund-Blattfeder kostengünstig herstellen lässt.
Demnach geht die Erfindung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 aus von einer Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem zentralen Längsabschnitt und zwei daran anschließende axiale Endabschnitte für eine Radaufhängung an einem Fahrzeug, bei der die Endabschnitte hinsichtlich der Blattfederbreite sich verjüngend ausgebildet sind, wobei die Blattfeder aus harzgetränkten unidirektionalen Faser aufgebaut ist, die sich axial ungekürzt zwischen den axialen Enden der Blattfeder erstrecken, und bei der die axialen Endabschnitte vor Fertigstellung der Roh-Blattfeder einen im Wesentlichen V- förmigen Einschnitt bzw. einen im Wesentlichen V-förmige Endgeometrie aufweisen und somit axial jeweils zwei quer zur Längserstreckung der Roh-Blattfeder ausgebildete Schenkel bilden, wobei diese Schenkel in der fertiggestellten Blattfeder eng aneinander liegen. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei dieser Blattfeder zudem vorgesehen, dass die Blattfeder aus einzelnen, weitgehend identisch ausgebildeten lang gestreckten Segmenten aufgebaut ist, welche separat als Faserverbundkörper hergestellt und vor deren Aushärten zu der Blattfeder zusammengefügt sind. Eine solche Blattfeder kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass die genannten Segmente als Prepregs ausgebildet sind, die aus einer kontinuierlich hergestellten Materialbahn durch jeweils zwei Schnitte mit unterschiedlichen, jedoch schrägen Schnittwinkeln herausgeschnitten und zur Bildung der Roh- Blattfeder mit jeweils einer ihren Längsseiten aneinander gelegt sind.
Bevorzugt ist gemäß einer ersten Variante einer erfindungsgemäß ausgebildeten Blattfeder vorgesehen, dass zwei von der Materialbahn abgeschnittene Segmente mit jeweils einer ihrer jeweiligen Längsseiten derart aneinander gelegt sind, dass das erste Segment in der Draufsicht die rechte Hälfte und das zweite Segment die linke Hälfte der Blattfeder bildet, oder umgekehrt.
Um die schwalbenschanzförmige Endgeometrie der Roh-Blattfeder einfach herstellen zu können, ist gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die kurzen Längsseiten der Segmente zur Bildung der Blattfeder aneinander gelegt sind.
Vorzugsweise sind die die beiden Schnittwinkel so gewählt, dass der Öffnungswinkel der im Wesentlichen V-förmigen Endgeometrie der Roh-Blattfeder identisch ist mit der dem zweifachen des Schnittwinkels α beim Abschneiden der Segmente aus der Materialbahn.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Segmente senkrecht zu ihrer Breite B1 und Länge L1 im Wesentlichen die Dicke der Blattfeder aufweisen, oder dass mehrere Segmente übereinander gelegt die Dicke der Blattfeder bilden.
Eine zweite Variante einer erfindungsgemäß ausgebildeten Blattfeder ist dadurch gekennzeichnet, dass zu deren Aufbau andere Segmente genutzt werden, die mit einem im Wesentlichen rechtwinkligen Schnitt von einer Material- bahn abgeschnitten sind und quer zu ihrer Länge L eine Breite B aufweisen, die kleiner ist als die Dicke D dieser anderen Segmente, und dass diese anderen Segmente zur Bildung der Roh-Blattfeder mit ihren gegenüberliegenden großflächigeren Längsseiten aneinander gelegt sind.
Zur Herstellung der im Wesentlichen V-förmigen Endgeometrie der Roh- Blattfeder ist die Blattfeder gemäß der zweiten Variante derart aufgebaut, dass die mit ihren gegenüberliegenden großflächigeren Längsseiten aneinander gelegten Segmente unterschiedliche axiale Längen L aufweisen.
Die Erfindung betrifft auch jeweils ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder gemäß den beiden kurz vorgestellten Varianten. Das Verfahren zur Herstellung der Blattfeder gemäß der ersten Variante umfasst folgende Verfahrensschritte:
- Abschneiden von geometrisch weitgehend identischen Segmenten aus einer Bahn eines Faserverbundmaterials mit jeweils zwei Schnitten unter schrägen Schnittwinkeln α beziehungsweise ß.
- Trennen der Segmente voneinander.
- Zusammenfügen von zwei Segmenten an ihren kurzen Längsseiten.
- Wiederholen der ersten drei Schritte, bis die Dicke der Roh-Blattfeder erreicht ist.
- Umschwenken der durch die beiden Schnitte endseitig gebildeten vier Schenkel in Richtung zur Längsachse der Roh-Blattfeder soweit, bis die Schenkel aneinander liegen.
- Aufbringen eines Anpressdrucks auf die Roh-Blattfeder in einer Pressform und Aushärten derselben unter Wärmeeinwirkung.
Zur Herstellung der Blattfeder gemäß der zweiten Variante umfasst das zweite Verfahren die Verfahrensschritte: - Abschneiden von anderen, geometrisch weitgehend identischen Segmenten aus einer Bahn eines Faserverbundmaterials mit einem im Wesentlichen rechtwinkligen Schnittwinkel.
- Aneinanderlegen oder Aufeinanderlegen einer Mehrzahl der anderen Segmente an ihren großflächigeren Längsseiten derart, dass eine Roh-Biattfeder mit längs geschichtetem Aufbau aus diesen anderen Segmenten entsteht, wobei die Breite der Materialbahn im Wesentlichen die Dicke D der Roh-Blattfeder aufweist und die Summe der quer zur Längserstreckung aneinander gefügten anderen Segmente im Wesentlichen die Breite der der Roh-Blattfeder bestimmt.
- Ausbilden einer V-förmigen Endgeometrie der Roh-Blattfeder durch Aneinanderlegen dieser anderen Segmente mit unterschiedlicher axialer Länge L.
- Umschwenken der längs geschichtet gebildeten vier Schenkel in Richtung zur Längsachse der Roh-Blattfeder soweit, bis die Schenkel aneinander liegen.
- Aufbringen eines Anpressdrucks auf die Roh-Blattfeder in einer Pressform und Aushärten derselben unter Wärmeeinwirkung.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf Faserlagen in einer Roh- Blattfeder gemäß der Erfindung während deren Herstellung, Fig. 2 eine Blattfeder gemäß Fig. 1 nach deren Herstellung, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Faserverbund-Materialbahn, Fig. 4 zwei aus der Materialbahn gemäß Fig. 3 abgeschnittene und separierte Segmente, Fig. 5 eine Roh-Blattfeder, welche aus den beiden Segmenten gemäß
Fig. 4 aufgebaut ist, und
Fig. 6 einen schematischen Querschnitt A-A durch eine Roh-Blattfeder gemäß Fig. 1 während deren Herstellung, welche aus längsseitig aneinander gelegten Segmenten aufgebaut ist. Eine Blattfeder 1 gemäß der Erfindung wird in einer Pressform in an sich bekannter Weise unter Anwendung von Druck und Wärme aus einer Mehrzahl von mit Harz getränkten und übereinander gelegten unidirektionalen Fasern, beispielsweise aus Glas, Kohlenstoff oder Aramid, hergestellt. Dazu wird zunächst eine in Fig. 1 schematisch dargestellte Roh-Blattfeder 2 aufgebaut, welche eine im Wesentlichen stabförmige Umfangsgeometrie aufweist und über einen Mittelabschnitt 3 verfügt, an den sich axiale Endabschnitte 10 und 11 anschließen. Die Endabschnitte 10, 11 weisen einen etwa V-förmigen Einschnitt bzw. eine V-förmige Endgeometrie 7 aus, so dass bei der Roh-Blattfeder 2 end- seitig jeweils zwei Schenkel 8, 9 ausgebildet sind. Diese Schenkel 8, 9 werden vor dem Abbinden der Roh-Blattfeder 2 derart aneinander gefügt, dass eine fertig gestellte Blattfeder 1 gemäß Fig. 2 spitze oder weitgehend abgerundeten axiale Enden 4, 5 aufweist.
Um eine solche Blattfeder 1 , 2 kostengünstig und mit optimaler Qualität herstellen zu können, weist diese den in den Figuren schematisch dargestellten Aufbau auf. Wie die Figuren 3 bis 5 verdeutlichen, wird eine Blattfeder 1 , 2 gemäß der Erfindung zunächst durch Abschneiden und aneinanderfügen von einzelnen Abschnitten bzw. Segmenten 13, 14, 15 von einer kontinuierlich produzierten Faserverbund-Materialbahn 16 hergestellt, die aus einem Prepreg- Material gebildet ist. Das Prepreg-Material besteht hier aus mit Kunstharz 24 imprägnierten unidirektionalen Fasern 23.
Wie Fig. 3 zeigt, werden die Segmente 13, 14, 15 durch Schnitte 17 bzw. 17' mit einem vorbestimmten schrägen Winkel α beziehungsweise ß von der Materialbahn 16 abgeschnitten, so dass diese Segmente 13, 14, 15 in der Draufsicht jeweils eine im Wesentlichen rautenförmige Umfangsgeometrie aufweisen, mit jeweils einer langen Längsseite und einer im Vergleich dazu kurzen Längsseite 18, 19. Die Breite B1 der Segmente ist klein zur Länge L1 derselben. Nach dem Abschneiden der Segmente 13, 14 werden diese, wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt, voneinander getrennt und mit ihren kurzen und schmalen Längsseiten gegeneinander gelegt. Dadurch wird die Roh-Blattfeder 2 mit den jeweiligen Schenkeln 8, 9 bzw. ihrer V-förmigen Endgeometrie 7 schichtweise bis zur gewünschten Dicke aufgebaut. Wie Fig. 5 verdeutlicht, ist der Öffnungswinkel dieser V-förmigen Endgeometrie 7 im Wesentlichen doppelt so groß wie der Schnittwinkel α.
Bei der so hergestellten Roh-Blattfeder 2 werden anschließend nur noch die Schenkel 8, 9 eng aneinander gelegt, sowie die Roh-Blattfeder 2 in einer Pressform unter Anwendung von Druck und Wärme zu einer fertigen Blattfeder 1 , etwa gemäß Fig. 1 , ausgehärtet.
Fig. 6 zeigt einen vergrößerten schematischen Querschnitt A-A gemäß Fig. 1 durch eine Roh-Blattfeder 2, welche aus Segmenten 6 aufgebaut ist, die zwar ebenfalls vorzugsweise als Prepregs ausgebildet sind, welche sich von den bereits beschriebenen Segmenten 13, 14, 15 jedoch zumindest hinsichtlich ihrer Geometrie unterschieden. So kann vorgesehen sein, dass diese anderen Segmente 6 hinsichtlich ihrer Breite B nur vergleichsweise wenige unidirektionale Fasern 23 aufweisen, welche in Kunstharz 24 eingebettet sind. Zudem ist die Länge L bevorzugt sehr viel größer und die Dicke D größer als die genannte Breite B dieser Segmente 6.
Wie Fig. 2 und Fig. 6 verdeutlichen, ist eine Roh-Blattfeder 2 gemäß der zweiten Variante mittels dieser anderen Segmente 6 dadurch aufgebaut, dass im Wesentlichen folgende Verfahrensschritte eingehalten werden:
- Abschneiden der anderen Segmente 6 aus einer Bahn eines Faserverbundmaterials mit einem im Wesentlichen rechtwinkligen Schnittwinkel (Schnitt 22).
- Aneinanderlegen einer Mehrzahl dieser anderen Segmente 6 an ihren großflächigeren Längsseiten 20, 21 derart, dass eine Roh-Blattfeder 2 mit längs geschichtetem Aufbau entsteht, wobei die Breite der Materialbahn im Wesentlichen die Dicke D der Roh-Blattfeder aufweist und die Summe der quer zur Längserstreckung aneinander gefügten Segmente 6 im Wesentlichen die Breite der Roh-Blattfeder 2 bestimmt.
- Ausbilden einer V-förmigen Endgeometrie 7 der Roh-Blattfeder 2 durch Anei- nanderlegen der Segmente 6 unterschiedlicher axialer Länge L gemäß den Richtungspfeilen in Fig. 6.
- Aufbringen eines Anpressdrucks auf die Roh-Blattfeder 2 in einer Pressform und Aushärten derselben unter Wärmeeinwirkung.
Sofern es die Herstellung der Blattfeder 1 erleichtert, können die Segmente 6 zur Bildung der Roh-Blattfeder 2 mit ihren großflächigen Längsseiten 20, 21 auch vertikal, beispielsweise in einer Form, übereinander gelegt werden.
Möglich bei dem letztgenannten Verfahren ist auch ein Verzicht auf den Fertigungsschritt des Umschwenkens und Aneinanderlegens von axialen Schenkeln, da die Roh-Blattfeder durch ihren längs geschichteten Aufbau bereits weitgehend die Endgeometrie 25 der fertigen Blattfeder 1 gemäß Fig.1 aufweisen kann.
Bezuqszeichen
1 Blattfeder
2 Roh-BIattfeder
3 Mittelabschnitt
4 Axiales Ende
5 Axiales Ende
6 Segment
7 V-förmiger Einschnitt bzw. V-förmige Endgeometrie
8 Schenkel
9 Schenkel
10 Endabschnitt
11 Endabschnitt
12 Längsachse der Blattfeder
13 Segment
14 Segment
15 Segment
16 Materialbahn
17 Schnitt zur Erzeugung eines Segments 13, 14, 15
18 Kurze Längsseite
19 Kurze Längsseite
20 Längsseite
21 Längsseite
22 Schnitt, Schnittfläche eines Segments 6
23 Glasfaser
24 Kunstharz
25 Endgeometrie der fertigen Blattfeder 1 B Breite eines Segments 6
B1 Breite eines Segments 13, 14, 15
L Länge eines Segments 6 L1 Länge eines Segments 13, 14, 15
D Dicke eines Segments 6 α Schnittwinkel ß Schnittwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Blattfeder (1) aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem zentralen Längsabschnitt (3) und zwei daran anschließende axiale Endabschnitte (10, 11) für eine Radaufhängung an einem Fahrzeug, bei der die Endabschnitte (10, 11) hinsichtlich der Blattfederbreite sich verjüngend ausgebildet sind, wobei die Blattfeder (1) aus harzgetränkten unidirektionalen Faser (23) aufgebaut ist, die sich ungekürzt zwischen den axialen Enden (4, 5) der Blattfeder (1) erstrecken, und bei der die axialen Endabschnitte (10, 11) vor Fertigstellung der Roh-Blattfeder (2) einen im Wesentlichen V-förmigen Einschnitt bzw. einen im Wesentlichen V- förmige Endgeometrie aufweisen und somit axial jeweils zwei quer zur Längserstreckung der Roh-Blattfeder (2) ausgebildete Schenkel (8, 9) bilden, wobei diese Schenkel (8, 9) in der fertiggestellten Blattfeder (1) eng aneinander liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (1 , 2) aus einzelnen, geometrisch weitgehend identischen lang gestreckten Segmenten (6; 13,14) aufgebaut ist, welche separat als Faserverbundkörper hergestellt und vor deren Aushärten zu der Blattfeder (1 , 2) zusammengefügt sind.
2. Blattfeder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (6; 13,14) als Prepregs ausgebildet sind, die von einer Materialbahn (16) durch jeweils zwei Schnitte (17, 17') abgeschnitten und zur Bildung der Roh- Blattfeder (2) mit jeweils einer ihren Längsseiten (18, 19; 21 , 22) aneinander gelegt sind.
3. Blattfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei von der Materialbahn (16) abgeschnittene Segmente (13,14) mit jeweils einer ihrer jeweiligen Längsseiten (18, 19) derart aneinander gelegt sind, dass das erste Segment (13) in der Draufsicht die rechte Hälfte und das zweite Segment (14) die linke Hälfte der Blattfeder (1 , 2) bildet, oder umgekehrt.
4. Blattfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kurzen Längsseiten (18, 19) der Segmente (13, 14) zur Bildung der Blattfeder (1 , 2) aneinander gelegt sind.
5. Blattfeder nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel der im Wesentlichen V-förmigen Endgeometrie (7) der Roh- Blattfeder (2) identisch ist mit der dem zweifachen des Schnittwinkels (α) beim Abschneiden der Segmente (13, 14) von der Materialbahn (16).
6. Blattfeder nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (13, 14) senkrecht zu ihrer Breite (B1) und Länge (L1) im Wesentlichen die Dicke der Blattfeder (1 , 2) aufweisen, oder dass mehrere Segmente (13, 14) übereinander gelegt die Dicke der Blattfeder (1 , 2) bilden.
7. Blattfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass andere Segmente (6) mit einem im Wesentlichen rechtwinkligen Schnitt (22) von einer Materialbahn abgeschnitten und quer zu ihrer Länge (L) eine Breite (B) aufweisen, die kleiner ist als die Dicke (D) dieser anderen Segmente (6), und dass diese anderen Segmente (6) zur Bildung der Roh-Blattfeder (2) mit ihren gegenüberliegenden großflächigeren Längsseiten (20, 21) aneinander gelegt sind.
8. Blattfeder nach zumindest einem der Ansprüche 1 , 2, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Segmente (6) zur Bildung der im Wesentlichen V-förmigen Endgeometrie (7) der Roh-Blattfeder (2) unterschiedliche axiale Längen (L) aufweisen.
9. Verfahren zur Herstellung einer Faserverbund-Blattfeder (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Abschneiden von geometrisch weitgehend identischen Segmenten (13, 14) aus einer Bahn (16) eines Faserverbundmaterials mit jeweils zwei Schnitte (17, 17') unter schrägen Schnittwinkeln (α, ß). b) Trennen der Segmente (13, 14). c) Zusammenfügen von zwei Segmenten (13, 14) an ihren kurzen und schmalen Längsseiten (18, 19). d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c), bis die Dicke der Roh-Blattfeder (2) erreicht ist. e) Umschwenken der durch die Schnitte (17, 17') endseitig gebildeten vier Schenkel (8, 9) in Richtung zur Längsachse (12) der Roh-Blattfeder (2) soweit, bis die Schenkel (8, 9) aneinander liegen. f) Aufbringen eines Anpressdrucks auf die Roh-Blattfeder (2) in einer Pressform und Aushärten derselben unter Wärmeeinwirkung.
10. Verfahren zur Herstellung einer Faserverbund-Blattfeder (1) gemäß zumindest einem der Ansprüchen 6 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: g) Abschneiden von anderen geometrisch weitgehend identischen Segmenten (6) aus einer Bahn eines Faserverbundmaterials mit einem im Wesentlichen rechtwinkligen Schnittwinkel (Schnitt 22). h) Aneinanderlegen oder Aufeinanderlegen einer Mehrzahl der anderen Segmente (6) an ihren großflächigeren Längsseiten (20, 21) derart, dass eine Roh-Blattfeder (2) mit längs geschichtetem Aufbau aus den anderen Segmenten entsteht, wobei die Breite der Materialbahn im Wesentlichen die Dicke (D) der Roh-Blattfeder (2) aufweist und die Summe der quer zur Längserstreckung aneinander gefügten anderen Segmente (6) im Wesentlichen die Breite der der Roh-Blattfeder (2) bestimmt. i) Ausbilden einer V-förmigen Endgeometrie der Roh-Blattfeder (2) durch
Aneinanderlegen der anderen Segmente (6) unterschiedlicher axialer Länge (L). j) Umschwenken der längs geschichteten vier Schenkel (8, 9) in Richtung zur Längsachse (12) der Roh-Blattfeder (2) soweit, bis die Schenkel (8, 9) aneinander liegen. k) Aufbringen eines Anpressdrucks auf die Roh-Blattfeder (2) in einer Pressform und Aushärten derselben unter Wärmeeinwirkung.
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