WO2011072652A1 - Blattfederanordnung - Google Patents

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WO2011072652A1
WO2011072652A1 PCT/DE2010/001468 DE2010001468W WO2011072652A1 WO 2011072652 A1 WO2011072652 A1 WO 2011072652A1 DE 2010001468 W DE2010001468 W DE 2010001468W WO 2011072652 A1 WO2011072652 A1 WO 2011072652A1
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WO
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leaf spring
core
fiber composite
motor vehicle
vehicle
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PCT/DE2010/001468
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rodscha Drabon
Ulrich Mueller
Peter Stastny
Original Assignee
Benteler Sgl Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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Priority to US13/515,727 priority patent/US8925909B2/en
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G11/00—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or kind of springs
    • B60G11/02—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or kind of springs having leaf springs only
    • B60G11/04—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or kind of springs having leaf springs only arranged substantially parallel to the longitudinal axis of the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2204/00—Indexing codes related to suspensions per se or to auxiliary parts
    • B60G2204/10—Mounting of suspension elements
    • B60G2204/12—Mounting of springs or dampers
    • B60G2204/121—Mounting of leaf springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2206/00—Indexing codes related to the manufacturing of suspensions: constructional features, the materials used, procedures or tools
    • B60G2206/01—Constructional features of suspension elements, e.g. arms, dampers, springs
    • B60G2206/70—Materials used in suspensions
    • B60G2206/71—Light weight materials
    • B60G2206/7101—Fiber-reinforced plastics [FRP]

Definitions

  • the invention relates to a leaf spring assembly for a chassis of a motor vehicle.
  • the suspension and damping of a motor vehicle has a particular effect on the vertical vehicle vibrations.
  • the design of the suspension is decisive for the ride comfort, ie for the vibration stress of the occupants as well as the load. Furthermore, the suspension has a decisive influence on driving safety.
  • the known suspension elements include leaf springs, which are used both in the car and in the commercial vehicle sector.
  • Leaf springs are single or multi-layered and can also take over the function of the wheel guidance in certain applications. They allow a favorable introduction of force in the body.
  • Leaf springs made of steel have a significant weight. Especially in the commercial vehicle sector, however, the largest possible weight savings should be realized so that under Compliance with the maximum permissible weight as much cargo can be carried. Of course, lighter leaf spring arrangements also have a positive effect on fuel consumption. It is therefore the state of the art, leaf springs made not only of steel, but also made of glass fiber reinforced plastics (GRP) to save weight.
  • GRP glass fiber reinforced plastics
  • the leaf springs made of GRP have the same stiffness as leaf springs made of steel.
  • the higher compliance in the Y direction can have a negative effect on the lateral guidance behavior of the vehicle, since a higher transverse displacement of the axle takes place under the influence of lateral forces.
  • the higher transverse offset can be counteracted by using leaf springs in which at least one layer consists of a metal profile.
  • leaf springs in which at least one layer consists of a metal profile.
  • metal profiles have a higher weight than glass fiber reinforced plastic, so that the desired savings can not be achieved by metal inserts.
  • the manufacturing process of such springs is complex.
  • JP 540 25 986 A2 it is proposed to cover an inner layer of a fiber-reinforced plastic made of carbon fibers (CFRP) on both sides with GFRP fibers, so that this three-layer construction has a higher strength overall.
  • CFRP carbon fibers
  • the stiffer CFRP fibers have a low weight and should be located in the region of the neutral fiber of the leaf spring, ie primarily in the central region, due to the higher rigidity or lower elasticity.
  • a major disadvantage, however, is that CFRP materials are much more expensive than glass fiber materials. Currently, the factor is about 1: 16 at 1 kg of fibers.
  • DE 101 39 780 A1 discloses a composite leaf spring with improved lateral stiffness.
  • the increase in lateral stiffness is accomplished by introducing two carbon fiber inserts into the longitudinal side regions of a fiberglass composite spring.
  • the volume amount of the carbon fiber inserts is preferably between 10 and 20 percent by volume of the total volume of the spring and is a function of the load characteristic required in the suspension system.
  • the composite leaf spring provides weight advantages for fiberglass springs compared to conventional steel leaf springs.
  • GB 2 041 846 A also discloses a leaf spring arrangement, wherein the center arrangement of the leaf spring has a bearing surface on which the leaf spring is supported.
  • the bearing surface is inclined at an angle relative to the vertical axis of the motor vehicle.
  • the construction of the leaf spring is relatively complex due to the horizontally oriented ends and the inclined center connection, since the force application direction in the region of the center connection during vertical compression in the Z direction leads to a force component in the Y direction.
  • the invention has for its object to provide a leaf spring assembly for a chassis of a motor vehicle, which is characterized by a low weight, cost-effective production and high stiffness against lateral forces.
  • the leaf spring arrangement according to the invention for a chassis of a motor vehicle comprises a leaf spring, which ends by body connections with a vehicle body and in its central region by a central connection to a vehicle axle, in particular a rigid axle, the motor vehicle is coupled.
  • the leaf spring consists in a known manner of several layers of a glass fiber composite plastic, wherein between a top layer and a lower layer of fiberglass composite plastic reinforcement from a carbon fiber composite plastic (CFRP) is arranged.
  • CFRP carbon fiber composite plastic
  • At least one reinforcement is disposed alongside a core located between the upper and lower layers, the core being made of fiberglass composite plastic. It uses a longitudinal reinforcement made of CFRP, which is not as significant in terms of cost as a complete intermediate layer made of CFRP.
  • CFRP reinforcement is only alongside, i. H. at a distance from the central longitudinal plane of the leaf spring present. The reason is that, with respect to laterally acting forces, a core of CFRP has a lesser share of transverse bending stiffness since the greatest bending stress occurs at a distance from the neutral fiber and not in the neutral fiber. A further increase in lateral stiffness would be achieved by a CFRP core, but this measure is out of proportion to the associated costs when using the material CFRP. Therefore, the CFRP material is used only in those areas of the leaf spring in which the highest bending stresses occur in the transverse direction, so that at low cost yet high resistance moments can be achieved.
  • the leaf spring In addition to the material-technical adjustment of the central position of the leaf spring, the leaf spring is generally oriented so that a better side guidance is achieved.
  • the center arrangement of the leaf spring has a bearing surface for supporting the leaf spring, wherein the bearing surface is inclined by an angle gamma with respect to the vertical axis of the motor vehicle.
  • the end bearing axes in the body connections are inclined by the angle gamma. There is no need to change the spring geometry.
  • the same leaf springs can be used as with a horizontal bearing axis or horizontally extending bearing surfaces can be used.
  • the reinforcements are expediently arranged on either side of the core on both sides.
  • the reinforcements may have the same thickness as the core, wherein the thickness of the core or the reinforcements over the longitudinal extent of the leaf spring may vary.
  • the thickness of the core, as well as the entire leaf spring decreases toward the center connection toward and toward the bodywork connections. It is conceivable that only the thickness of the core or the reinforcements is variable, while the upper and lower layer of GRP has a substantially constant thickness.
  • the thickness of the fiberglass spring increases toward the ends again, since there must be a possibility to connect to the body. For this purpose, appropriate bearings may be provided in the ends of the leaf spring.
  • the reinforcements themselves are each narrower than the core per se and preferably extend over a range of 20% to 50% of the width of the leaf spring.
  • the reinforcement is wider than the adjacent layers of GRP.
  • the reinforcement is also supported on the upper and lower side adjacent GFK layers and thus twisting of the reinforcements made of CFRP is prevented, it is expedient if the reinforcements do not protrude longitudinally over the upper and lower layers of GRP. In other words, it is considered expedient if all layers have the same width.
  • the angle gamma is in all variants preferably in a range of 1 ° to 20 °, in particular in a range of 1 ° to 5 °.
  • Figure 1 is a schematic view of a bearing with steel leaf springs rigid axle of a motor vehicle
  • Figure 2 is a leaf spring made of GRP / CFK in perspective view
  • Figure 3 is an enlarged view of one end of the leaf spring of the figure
  • FIG. 4 shows the leaf spring of FIG. 2 in an exploded view
  • Figure 5 shows a portion of Figure 4 in an enlarged view
  • Figure 6 is a perspective view of a leaf spring connection
  • Figure 7 the leaf spring connection of Figure 6 in an end view.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a vehicle axle, here a rigid axle as a rear axle of a motor vehicle.
  • Rigid axles are characterized by the fact that the gauge, the toe and the fall are always constant to the road and generally good spur safety. The production costs are low. However, under the influence of side forces FS acting in the Y direction, unfavorable deformations of the leaf spring may occur if the leaf springs are not made of steel but of a fiber-reinforced plastic.
  • the leaf springs made of steel shown in Figure 1 have been replaced by leaf springs made of a glass fiber composite material and a carbon fiber composite material (GFK / CFK) according to the invention.
  • Figure 2 shows such a leaf spring 1.
  • the leaf fiber has a three-layer structure and has an upper layer 2 made of GRP and a lower layer 3 made of GRP. Between the upper and lower layers 2, 3 a reinforcement 4 made of CFK is arranged. It can be seen from FIG. 2 that the middle layer or reinforcement 4 has a greater thickness in the middle region of the leaf spring than at the ends.
  • the upper and lower layers 2, 3 have a constant thickness over the entire length.
  • the attacking side force FS and the reaction forces are shown act on the end of the leaf spring 1.
  • the dashed line represents an example of a bending line, which sets under the influence of forces.
  • the core region between the upper layer 2 and the lower layer 3 is filled by a material mix of GRP and CFK.
  • GRP and CFK a material mix of GRP and CFK.
  • the core 6 and the two lateral reinforcements 4, 5 completely fill the area between the layers. It can be clearly seen in FIG. 4 that the core 6 is also bulged in its central region, that is, has a greater thickness than towards the ends.
  • the core 6 is substantially wider than the reinforcements 4, 5.
  • the ratio is about 3: 2. That is, the core extends over about 60% of the width, while the equally wide reinforcements 4, 5 over each about 20% of the width extend.
  • the core region is formed symmetrically, ie, the two reinforcements 4, 5 are at the same distance from the central vertical axis M and the not shown in more detail median transverse plane in which the central vertical axis M extends. It is conceivable that the arrangement is asymmetrical, ie, that the reinforcements have a different width from each other, or that the core is formed asymmetrically.
  • FIG. 6 shows an embodiment of a leaf spring 7, which is connected via a center connection 8 to a vehicle axle 9 designed as a rigid axle. Ends 10 of the leaf spring 7 are pivotally mounted on a body connection 11 of the vehicle body 12.
  • the special feature is that the leaf spring 7 is rotated by a certain angle gamma.
  • the axis of rotation is the longitudinal axis of the motor vehicle, d. H. the X axis.
  • the angle gamma is entered here in relation to the vertical axis or Z axis.
  • a bearing axis of the end 10 of the leaf spring 7 is not in the Y direction, but was pivoted by the angle gamma.
  • the leaf spring 7 has been pivoted by the angle gamma away from the vehicle center. With a slope of a wheel axle one would speak of a positive camber angle. In the present case, however, not the wheel axle is inclined, but only the support axis A of the leaf spring. 7

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Springs (AREA)

Abstract

Blattfederanordnung für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Blattfeder (1, 7) endseitig durch Karosserieanbindungen (11) mit einem Fahrzeugaufbau (12) und im mittleren Bereich durch eine Mittenanbindung (8) mit einer Fahrzeugachse (9) des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, wobei die Blattfeder (1, 7) aus mehreren Lagen (2, 3) eines Glasfaserverbundkunststoffes besteht, wobei zwischen einer oberen Lage (2) aus Glasfaserverbundkunststoff und einer unteren Lage (3) aus Glasfaserverbundkunststoff eine Verstärkung (4, 5) aus einem Kohlefaserverbundkunststoff angeordnet ist, wobei wenigstens eine Verstärkung (4, 5) längsseits eines sich zwischen der oberen und der unteren Lage (2, 3) befindenden Kerns (6) angeordnet ist, der aus einem anderen Werkstoff als die Verstärkungen (4, 5) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittenanbindung (8) der Blattfeder (7) eine Auflagerfläche aufweist, auf welcher sich die Blattfeder (7) abstützt, wobei die Auflagerfläche um einen Winkel (Gamma) gegenüber der Hochachse (Z) des Kraftfahrzeugs geneigt ist, und wobei Mittenanbindungen (8) einer Fahrzeugachse (9) gegensinnig geneigt sind, wobei die Karosserieanbindung (11) eine Lagerungsachse (A) für die Enden (10) der Blattfeder (7) aufweist, wobei eine zur Lagerungsachse (A) senkrechte Ebene um einen Winkel (Gamma) gegenüber der Hochachse (Z) des Kraftfahrzeugs geneigt ist und wobei die Lagerungsachsen (A) zweier Blattfedern (7) einer Fahrzeugachse (9) gegensinnig geneigt sind.

Description

Blattfederanordnung
Die Erfindung betrifft eine Blattfederanordnung für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs.
Die Federung und Dämpfung eines Kraftfahrzeugs wirkt sich insbesondere vor allem auf die vertikalen Fahrzeugschwingungen aus. Die Auslegung der Federung ist maßgebend für den Fahrkomfort, d. h. für die Schwingungsbeanspruchung der Insassen als auch der Ladung. Ferner hat die Federung entscheidenden Einfluss auf die Fahrsicherheit. Zu den bekannten Federungselementen zählen Blattfedern, die sowohl im PKW als auch im Nutzfahrzeugbereich zum Einsatz kommen. Blattfedern sind ein- oder mehrlagig ausgeführt und können bei bestimmten Anwendungen auch die Funktion der Radführung übernehmen. Sie ermöglichen eine günstige Krafteinleitung in die Karosserie. Blattfedern aus Stahl haben ein nicht unerhebliches Gewicht. Gerade im Nutzfahrzeugbereich sollen jedoch möglichst große Gewichtseinsparungen realisiert werden, damit unter Einhaltung des zulässigen Gesamtgewichts möglichst viel Ladung mitgeführt werden kann. Selbstverständlich wirken sich leichtere Blattfederanordnungen auch positiv auf den Kraftstoffverbrauch aus. Es zählt daher zum Stand der Technik, Blattfedern nicht nur aus Stahl, sondern auch aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) herzustellen, um Gewicht einzusparen.
Bei Starrachsen mit Längsblattfeder aus glasfaserverstärkten Kunststoffen wird die Steifigkeit in Y-Richtung, d. h. quer zur Fahrtrichtung, im Vergleich zu Blattfedern aus Stahl bei gleicher Federbreite kleiner, selbst wenn in Z-Richtung, d. h. in Hochrichtung des Kraftfahrzeugs, die Blattfedern aus GFK die gleiche Steifigkeit besitzen wie Blattfedern aus Stahl.
Die höhere Nachgiebigkeit in Y-Richtung kann jedoch negative Auswirkungen auf das Seitenführungsverhalten des Fahrzeugs haben, da ein höherer Querversatz der Achse unter dem Einfluss von Seitenkräften erfolgt. Dem höheren Querversatz kann entgegengewirkt werden, indem Blattfedern, bei denen mindestens eine Lage aus einem Metallprofil besteht, verwendet werden. Eine solche Blattfeder wird in der DE 198 147 92 A1 beschrieben. Allerdings besitzen Metallprofile ein höheres Gewicht als glasfaserverstärkter Kunststoff, so dass das gewünschte Einsparpotential durch Metalleinlagen nicht erreicht werden kann. Weiterhin ist der Herstellprozess solcher Federn komplex.
In der JP 540 25 986 A2 wird vorgeschlagen, eine innere Schicht eines faserverstärkten Kunststoffs aus Karbonfasern (CFK) beidseitig mit GFK- Fasern zu belegen, so dass dieser dreilagige Aufbau insgesamt eine höhere Festigkeit besitzt. Die steiferen CFK-Fasern besitzen ein geringes Gewicht und sollten aufgrund der höheren Steifigkeit bzw. geringeren Elastizität im Bereich der neutralen Faser der Blattfeder, d. h. primär im mittleren Bereich angeordnet sein. Ein wesentlicher Nachteil ist jedoch, dass CFK-Materialien wesentlich teurer sind als Glasfaserwerkstoffe. Derzeit liegt der Faktor bei ca. 1 : 16 bei 1 kg Fasern. Die DE 101 39 780 A1 offenbart eine Verbundblattfeder mit verbesserter lateraler Steifheit. Die Erhöhung der lateralen Steifheit wird bewirkt durch Einführung von zwei Kohlenstofffasereinsätzen in die Längsseitenbereiche einer Glasfaserverbundstofffeder. Die Volumenmenge der Kohlenstofffasereinsätze beträgt bevorzugt zwischen 10 und 20 Volumen- Prozent des Gesamtvolumens der Feder und ist eine Funktion der Belastungseigenschaft, die in dem Aufhängungssystem erforderlich ist. Die Verbundstoffblattfeder erbringt Gewichtsvorteile für Glasfaserfedern im Vergleich zu herkömmlichen Stahlblattfedern.
Die GB 2 041 846 A offenbart ebenfalls eine Blattfederanordnung, wobei die Mittenanordnung der Blattfeder eine Auflagerfläche aufweist, auf welcher sich die Blattfeder abstützt. Die Auflagerfläche ist in einem Winkel gegenüber der Hochachse des Kraftfahrzeugs geneigt. Die Konstruktion der Blattfeder ist aufgrund der horizontal orientierten Enden und der geneigten Mittenanbindung relativ aufwändig, da die Kraftangriffsrichtung im Bereich der Mittenanbindung beim vertikalen Einfedern in Z-Richtung zu einer Kraftkomponente in Y- Richtung führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Blattfederanordnung für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs aufzuzeigen, welche sich durch ein geringes Gewicht, kostengünstige Herstellungsweise und gleichzeitig hohe Steifigkeit gegenüber Seitenkräften auszeichnet.
Diese Aufgabe ist bei einer Blattfederanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Blattfederanordnung für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Blattfeder, welche endseitig durch Karosserieanbindungen mit einem Fahrzeugaufbau und in ihrem mittleren Bereich durch eine Mittenanbindung mit einer Fahrzeugachse, insbesondere einer Starrachse, des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Die Blattfeder besteht in bekannter Weise aus mehreren Lagen eines Glasfaserverbundkunststoffs, wobei zwischen einer oberen Lage und einer unteren Lage aus Glasfaser- verbundkunststoff eine Verstärkung aus einem Kohlefaserverbundkunststoff (CFK) angeordnet ist.
Wenigstens eine Verstärkung ist längsseits eines sich zwischen der oberen und der unteren Lage befindenden Kerns angeordnet, wobei der Kern aus Glasfaserverbundkunststoff besteht. Es kommt eine längsseitige Verstärkung aus CFK zum Einsatz, die kostenmäßig nicht so stark ins Gewicht fällt wie eine komplette Zwischenlage aus CFK. Hierbei ist die CFK-Verstärkung nur längsseits, d. h. im Abstand von der Mittellängsebene der Blattfeder vorhanden. Der Grund ist, dass in Bezug auf seitlich angreifende Kräfte ein Kern aus CFK einen weniger großen Anteil an der Biegesteifigkeit in Querrichtung hat, da die größte Biegespannung im Abstand von der neutralen Faser und nicht in der neutralen Faser auftreten. Ein weiterer Zuwachs an Seitensteifigkeit wäre durch einen CFK-Kern realisierbar, wobei diese Maßnahme jedoch in keinem Verhältnis zu den damit verbundenen Kosten bei Verwendung des Werkstoffs CFK steht. Daher kommt der Werkstoff CFK nur in solchen Bereichen der Blattfeder zur Anwendung, in denen die höchsten Biegespannungen in Querrichtung auftreten, so dass bei geringen Kosten dennoch hohe Widerstandmomente erreicht werden können.
Zusätzlich zu der werkstofftechnischen Anpassung der Mittellage der Blattfeder ist die Blattfeder insgesamt so orientiert, dass eine bessere Seitenführung erreicht wird. Die Mittenanordnung der Blattfeder weist eine Auflagerfläche zur Abstützung der Blattfeder auf, wobei die Auflagerfläche um einen Winkel Gamma gegenüber der Hochachse des Kraftfahrzeugs geneigt ist.
Auch die endseitigen Lagerungsachsen in den Karosserieanbindungen sind um den Winkel Gamma geneigt. Es ist keine Veränderung der Federgeometrie notwendig. Es können die gleichen Blattfedern verwendet werden, die auch bei einer horizontalen Lagerungsachse bzw. horizontal verlaufenden Auflagerflächen eingesetzt werden können.
Da die Steifigkeit des CFK sowohl in Zug- als auch in Druckrichtung den E- Modul gegenüber Blattfedern aus GFK erhöht, sind die Verstärkungen zweckmäßigerweise beiderseits längsseitig des Kerns angeordnet. Die Verstärkungen können dabei die gleiche Dicke wie der Kern besitzen, wobei die Dicke des Kerns bzw. der Verstärkungen über die Längserstreckung der Blattfeder variieren kann. Typischerweise nimmt die Dicke des Kerns sowie der gesamten Blattfeder zur Mittenanbindung hin zu und zu den Karosserieanbindungen hin ab. Denkbar ist, dass nur die Dicke des Kerns bzw. der Verstärkungen variabel ist, während die obere und untere Lage aus GFK im Wesentlichen eine konstante Dicke aufweist. Üblicherweise nimmt die Dicke der GFK-Feder zu den Enden hin wieder zu, da dort eine Möglichkeit gegeben sein muss, um eine Verbindung mit der Karosserie zu schaffen. Hierzu können entsprechende Lager in den Enden der Blattfeder vorgesehen sein.
Die Verstärkungen selbst sind jeweils für sich gesehen schmaler als der Kern und erstrecken sich vorzugsweise über einen Bereich von 20 % bis 50 % der Breite der Blattfeder.
Theoretisch ist es möglich, dass die Verstärkung breiter ist als die angrenzenden Lagen aus GFK. Da sich die Verstärkung jedoch auch an den ober- und unterseitig angrenzenden GFK-Lagen abstützt und dadurch ein Verwinden der Verstärkungen aus CFK verhindert wird, ist es zweckmäßig, wenn die Verstärkungen längsseitig nicht über die obere und untere Lage aus GFK hinausragen. Mit anderen Worten wird es als zweckmäßig angesehen, wenn alle Lagen die gleiche Breite besitzen.
Der Winkel Gamma liegt bei allen Varianten vorzugsweise in einem Bereich von 1° bis 20°, insbesondere in einem Bereich von 1° bis 5°.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Ansicht einer mit Stahlblattfedern gelagerten Starrachse eines Kraftfahrzeugs;
Figur 2 eine Blattfeder aus GFK/CFK in perspektivischer Ansicht;
Figur 3 vergrößerte Darstellung eines Endes der Blattfeder der Figur
Figur 4 die Blattfeder der Figur 2 in einer Explosionsdarstellung;
Figur 5 einen Teilbereich der Figur 4 in vergrößerter Darstellung;
Figur 6 eine perspektivische Ansicht einer Blattfederanbindung und
Figur 7 die Blattfederanbindung der Figur 6 in einer Stirnansicht.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Fahrzeugachse, hier einer Starrachse als Hinterachse eines Kraftfahrzeugs. Starrachsen zeichnen sich dadurch aus, dass die Spurweite, die Vorspur und der Sturz stets konstant zur Fahrbahn sind und generell gute Spursicherheit bieten. Die Herstellungskosten sind niedrig. Es kann jedoch unter dem Einfluss von Seitenkräften FS, die in Y- Richtung wirken, zu ungünstigen Verformungen der Blattfeder kommen, wenn die Blattfedern nicht aus Stahl, sondern aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.
Die in Figur 1 dargestellten Blattfedern aus Stahl sind erfindungsgemäß durch Blattfedern aus einem Glasfaserverbundwerkstoff und einem Kohlefaserverbundwerkstoff (GFK/CFK) ersetzt worden. Figur 2 zeigt eine solche Blattfeder 1. Die Blattfaser besitzt einen dreischichtigen Aufbau und besitzt eine obere Lage 2 aus GFK sowie eine untere Lage 3 aus GFK. Zwischen der oberen und unteren Lage 2, 3 ist eine Verstärkung 4 aus CFK angeordnet. Anhand der Figur 2 lässt sich erkennen, dass die mittlere Lage bzw. die Verstärkung 4 im mittleren Bereich der Blattfeder eine größere Dicke besitzt als an den Enden. Dahingegen besitzen die oberen und unteren Lagen 2, 3 eine über die gesamte Länge gleich bleibende Dicke. Zusätzlich sind in Figur 2 die angreifenden Seitenkraft FS und die Reaktionskräfte dargestellt, die an den Ende der Blattfeder 1 wirken. Die gestrichelte Linie stellt beispielhaft eine Biegelinie dar, die sich unter dem Einfluss der Kräfte einstellt.
Aus der etwas vergrößerten Darstellung der Figur 3 wird deutlich, dass zwischen der oberen und unteren Lage 2, 3 zwei im Abstand zueinander liegende Verstärkungen 4, 5 angeordnet sind. Die Verstärkungen 4, 5 sind identisch konfiguriert, wie aus der Explosionsdarstellung der Figur 4 bzw. aus der vergrößerten Darstellung in Figur 5 hervorgeht. Zwischen den beiden Verstärkungen 4, 5 befindet sich ein Kern 6, der vorzugsweise aus GFK besteht.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist also der Kernbereich zwischen der oberen Lage 2 und der unteren Lage 3 durch einen Werkstoffmix aus GFK und CFK gefüllt. Es gibt keine Hohlräume, da der Kern 6 und die beiden seitlichen Verstärkungen 4, 5 den Bereich zwischen den Lagen vollständig ausfüllen. In Figur 4 ist gut zu erkennen, dass auch der Kern 6 in seinem mittleren Bereich ausgebaucht ist, also eine größere Dicke besitzt als zu den Enden hin.
Der Kern 6 ist wesentlich breiter als die Verstärkungen 4, 5. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis etwa 3 : 2. D. h., der Kern erstreckt sich über etwa 60 % der Breite, während sich die gleich breiten Verstärkungen 4, 5 über etwa jeweils 20 % der Breite erstrecken. Insgesamt ist der Kernbereich symmetrisch ausgebildet, d. h. die beiden Verstärkungen 4, 5 liegen im gleichen Abstand von der Mittelhochachse M bzw. der nicht näher eingezeichneten Mittelquerebene, in welcher die Mittelhochachse M verläuft. Es ist denkbar, dass die Anordnung asymmetrisch ist, d. h., dass die Verstärkungen eine voneinander abweichende Breite besitzen, oder aber dass der Kern asymmetrisch ausgebildet ist. Eine Symmetrie oder Asymmetrie kann auch nur in Teilbereichen der Blattfedern vorhanden sein, so dass eine Blattfeder in mindestens einem Längenabschnitt einen symmetrischen Aufbau oder unsymmetrischen Aufbau besitzt, während der Aufbau in anderen Bereichen abweicht. Figur 6 zeigt eine Ausführungsform einer Blattfeder 7, welche über eine Mittenanbindung 8 mit einer als Starrachse ausgeführten Fahrzeugachse 9 verbunden ist. Enden 10 der Blattfeder 7 sind an einer Karosserieanbindung 11 des Fahrzeugaufbaus 12 schwenkbeweglich gelagert.
Das besondere ist, dass die Blattfeder 7 um einen bestimmten Winkel Gamma verdreht ist. Die Drehachse ist die Längsachse des Kraftfahrzeugs, d. h. die X- Achse. Der Winkel Gamma ist hier in Bezug auf die Hochachse oder Z-Achse eingetragen. Anhand der Figur 7 ist nochmals deutlich erkennbar, dass die mit A bezeichnete Lagerungsachse des Endes 10 der Blattfeder 7 nicht in Y- Richtung weist, sondern um den Winkel Gamma verschwenkt wurde.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Blattfeder 7 um den Winkel Gamma von der Fahrzeugmitte weg verschwenkt worden. Bei einer Neigung einer Radachse würde man von einem positiven Sturzwinkel sprechen. Im vorliegenden Fall wird jedoch nicht die Radachse geneigt, sondern nur die Lagerungsachse A der Blattfeder 7.
Im Rahmen der Erfindung wurde auf die Darstellung einer zweiten Blattfeder an ein und derselben Fahrzeugachse 9 verzichtet. Es versteht sich, dass die korrespondierende Blattfeder am anderen Ende der Fahrzeugachse in entgegengesetzte Richtung verschwenkt worden ist, so dass sich ein symmetrischer Aufbau ergibt. Der Winkel Gamma beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 10°.
Bezugszeichen:
1 - Blattfeder
2 - obere Lage
3 - untere Lage
4 - Verstärkung
5 - Verstärkung
6 - Kern
7 - Blattfeder
8 - Mittenanbindungen
9 - Fahrzeugachse 10 - Ende von 7
11 - Karosserieanbindung
12 - Fahrzeugaufbau
A - Lagerungsachse M - Mittelhochachse FS - Seitenkraft

Claims

Patentansprüche
1. Blattfederanordnung für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Blattfeder (1 , 7) endseitig durch Karosserieanbindungen (11) mit einem Fahrzeugaufbau (12) und im mittleren Bereich durch eine Mittenanbindung (8) mit einer Fahrzeugachse (9) des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, wobei die Blattfeder (1 , 7) aus mehreren Lagen (2, 3) eines Glasfaserverbundkunststoffes besteht, wobei zwischen einer oberen Lage (2) aus Glasfaserverbundkunststoff und einer unteren Lage (3) aus Glasfaserverbundkunststoff eine Verstärkung (4, 5) aus einem Kohlefaserverbundkunststoff angeordnet ist, wobei wenigstens eine Verstärkung (4, 5) längsseits eines sich zwischen der oberen und der unteren Lage (2, 3) befindenden Kerns (6) angeordnet ist, der aus einem anderen Werkstoff als die Verstärkungen (4, 5) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittenanbindung (8) der Blattfeder (7) eine Auflagerfläche aufweist, auf welcher sich die Blattfeder (7) abstützt, wobei die Auflagerfläche um einen Winkel (Gamma) gegenüber der Hochachse (Z) des Kraftfahrzeugs geneigt ist, und wobei Mittenanbindungen (8) einer Fahrzeugachse (9) gegensinnig geneigt sind, wobei die Karosserieanbindung (11) eine Lagerungsachse (A) für die Enden (10) der Blattfeder (7) aufweist, wobei eine zur Lagerungsachse (A) senkrechte Ebene um einen Winkel (Gamma) gegenüber der Hochachse (Z) des Kraftfahrzeugs geneigt ist und wobei die Lagerungsachsen (A) zweier Blattfedern (7) einer Fahrzeugachse (9) gegensinnig geneigt sind.
2. Blattfederanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (6) aus einem Glasfaserverbundkunststoff besteht.
3. Blattfederanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen (4, 5) beiderseits des Kerns (6) angeordnet sind.
4. Blattfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Verstärkung (4, 5) die gleiche Dicke wie der Kern (6) besitzt.
5. Blattfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verstärkungen (4, 5) in der Summe über eine Breite von 20 % bis 50 % der Breite der Blattfeder (1 , 7) erstrecken.
6. Blattfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Verstärkung (4, 5) längsseitig nicht über die obere und untere Lage (2, 3) hinausragt,
7. Blattfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (Gamma) in einem Bereich von 1° bis 20°, insbesondere 1° bis 5° liegt.
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