DE69421680T2

DE69421680T2 - Blattfeder aus Verbundwerkstoff für Kraftfahrzeugaufhängung

Info

Publication number: DE69421680T2
Application number: DE69421680T
Authority: DE
Inventors: Jean-Michel Demaldent; Pascal Lardeur; Henri Simon
Original assignee: Renault SA; Regie Nationale des Usines Renault
Current assignee: Renault SA; Regie Nationale des Usines Renault
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2014-12-22
Also published as: EP0660005A1; EP0660005B1; DE69421680D1; FR2714332A1; FR2714332B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blattfeder aus Verbundwerkstoff für eine Kraftfahrzeug-Aufhängung, die zwei Räder derselben Achse des Kraftfahrzeuges in Querrichtung verbindet.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Blattfeder für eine Kraftfahrzeug-Aufhängung, welche wenigstens eine Außenverstärkung aus gleichgerichteten Fasern aufweist, die zwischen einem Mittenbereich und zwei in Richtung des Mittenbereiches geneigten Endbereichen angeordnet sind.
Die Veröffentlichung FR-A-2 656 838 beschreibt eine Blattfeder für eine Kraftfahrzeug-Aufhängung aus Verbundwerkstoff, welche einen Mittenbereich und zwei Endbereiche aufweist, wobei jeder der Endbereiche wenigstens zwei Befestigungsstellen für Fasern aufweist, wobei eine Verstärkung aus Fasern eine Befestigungsstelle des einen Endbereiches mit der gegenüberliegenden Befestigungsstelle des anderen Endbereiches verbindet und zwar dergestalt, dass die Fasern sich kreuzen und zwischen sich einen vorbestimmten Winkel α einschließen.
Diese besondere Anordnung der Fasern neigt zu einem Bruch bei mechanischen Beanspruchungen der Blattfeder, insbesondere, wenn die Feder auf Scherung beansprucht wird.
Die Veröffentlichung GB-A-2 211 913 beschreibt eine Blattfeder für eine Kraftfahrzeug-Aufhängung, welche die gleichen drei oben aufgeführten Bereiche aufweist sowie eine Verstärkung, die aus gradlinigen Fasern besteht, welche übereinander angeordnet sind, wobei für jede derart gebildete Schicht eine unterschiedliche Ausrichtung gewählt wurde. Diese Übereinanderlagerung tritt insbesondere in den Bereichen auf, die hohen Beanspruchungen, insbesondere auf Scherung, unterliegen.
Der gekreuzte Aufbau in Vielfachrichtung der Fasern erzeugt dadurch eine schnellere Ermüdung der Verstärkung in den Verbindungsbereichen der Fasern, da einige dieser Fasern nicht in Richtung der Kraftübertragung ausgerichtet sind, die auf die Blattfeder für die Kraftfahrzeug-Aufhängung einwirkt.
Die Erfindung betrifft eine Blattfeder aus Verbundmaterial, die eine Glasverstärkung aufweist, welche insbesondere aus kontinuierlichen flexiblen Fasern besteht, die zu einer erheblichen Verbesserung der mechanischen Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung führen.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Blattfeder, deren Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Krafteinwirkungen in denjenigen Bereichen erhöht ist, welche starken Deformationen ausgesetzt sind, d. h. insbesondere den Endbereichen.
Die erfindungsgemäße Blattfeder für die Kraftfahrzeug- Aufhängung ist durch die kennzeichnenden Teile des Anspruchs 1 beschrieben.
Weitere Vorteile und Besonderheiten gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer Blattfeder für eine Kraftfahrzeug-Aufhängung hervor, die aus einer Verstärkung aus gleichgerichteten Fasern und einer Glasmatte besteht im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung. Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Blattfeder für die Kraftfahrzeug-Aufhängung,
Fig. 2 einen teilweisen Längsschnitt entlang der Linie II von Fig. 1 zur Darstellung des Stapels der Fasern in den Endbereichen der Blattfeder,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Variante des in Fig. 2 dargestellten Stapels,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Variante des in Fig. 2 dargestellten Stapels,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Variante des in Fig. 4 dargestellten Stapels,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine dritte Variante des in Fig. 2 dargestellten Stapels, und
Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine Variante des in Fig. 6 dargestellten Stapels.
Gemäß Fig. 1 verbindet die Blattfeder 1 aus Verbundmaterial für eine Kraftfahrzeug-Aufhängung die beiden Räder derselben Achse eines Kraftfahrzeuges und weist einen Mittenbereich 2 und zwei in Richtung des Mittenbereiches 2 geneigte Endbereiche 3 und 4 auf.
Die Blattfeder für die Kraftfahrzeug-Aufhängung 1 besteht aus einer Außenverstärkung 6, mit einer Vielzahl von gleichgerichteten Fasern 7 und aus einer Glasmatte 5, welche die gleiche Stellungssymmetrie in der Feder 1 wie die Verstärkung aufweist.
Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann auch die Blattfeder für die Kraftfahrzeug-Aufhängung 1 durch mehrere Glasmatten verstärkt sein.
Die Dicke der Verstärkung 1 auf die beiden Seiten der Blattfeder 1 identisch, sodass eine Symmetrieebene für die Blattfeder 1 gebildet wird.
Die Fasern 7 der Verstärkung 6 sind zueinander parallel und folgen der Form der Blattfeder 1 dergestalt, dass die nicht dargestellten Tangentiallinien an die Fasern 7 an verschiedenen Stellen mit der Achse 9 der Kraftfahrzeugachse einen Winkel zwischen 0º und 60º einschließen.
Wie Fig. 1 zeigt, weist die Feder 1 im wesentlichen eine Ω-Form auf, wobei dieses Ausführungsbeispiel auf keinen Fall beschränkend ist.
Die erfindungsgemäß verwendeten Fasern können direkt auf der Oberfläche der Verstärkung durch bekannte Technologien abgeschieden werden, wie es z. B. in der Veröffentlichung "Technical Paper Owens Corning Fiberglas', Journee Europeenne des Composites, Paris 1991 beschrieben ist.
Vorzugsweise werden jedoch gleichgerichtete kontinuierliche Glasfasern in Form eines Netzes verwendet, welches entlang der Hauptachse, die durch die genannten Glasfasern in Form einer ebenen Schicht gebildet wird, ausgerichtet ist, wobei sie durch einen Polyesther-Kettenstich miteinander verbunden werden. Beispielsweise kann die Blattfeder ausgehend von einer ebenen aus Glasfasern bestehenden Schicht gefertigt werden, welche unter der Bezeichnung P139 von der Firma VETROTEX vertrieben wird, mittels eines Harzes, welches unter der Handelsbezeichnung D. E. H. *39 und D. E. R. *332 vertrieben werden, wobei der Stern Handelsmarken der Firma The DOW Chemical Co. bezeichnet.
Dieses Netz ermöglicht zugleich Flexibilitätseigenschaften sowie einen Widerstand gegen Scherbeanspruchungen zu erzielen, wie es für die erfindungsgemäße Verstärkung erforderlich ist.
Die Fasern 7 der Verstärkung 6 bilden einen geschichteten Stapel, wobei einzelne Schichten aus kontinuierlichen Fasern 71 bestehen, die sich von einem Endbereich 3 zum anderen Endbereich 4 der Blattfeder 1 erstrecken, wie es in den verschiedenen Figuren dargestellt ist, in denen verschiedene Arten von Stapeln in Halbebenen dargestellt sind, welche durch die Symmetrieebene der Feder 1 begrenzt sind, wobei ein Stapel in symmetrischer Weise zur anderen nicht dargestellten ebenfalls durch die Symmetrieebene begrenzten Halbebene angeordnet ist.
Die Fasern 71 weisen einen gekrümmten Aufbau auf und bestehen aus drei gradlinigen Segmenten 20, 21 und 23, die entlang des Mittenbereichs 2 und der Endbereiche 3 und 4 ausgerichtet sind, wobei die Verbindungsstellen 212 und 213 der Segmente 20, 21 und 23 im Mittenbereich 2 liegen in der Nähe der beiden Endbereiche 3 und 4.
Diese Verbindungsstellen 212 und 213 bilden einen Bereich mit geringerem Widerstand der Verstärkung 6, wobei dieser Bereich dem Bereich zu entsprechen hat, der mit den geringsten Scherbeanspruchungen beaufschlagt wird.
Der schichtförmige Stapel weist eine Dicke auf, welche vom Mittenbereich 2 zu den Endbereichen 3 und 4 zunimmt.
Diese Dickenvariation des Stapels in zunehmender Richtung beginnt jenseits des Verbindungsbereichs der Segmente 20, 21 und 23 der Fasern 71.
Das Maximum der Dicke des Stapels befindet sich also in den Endbereichen 3 und 4 der Blattfeder, die erheblich mehr beansprucht werden als der Mittenbereich 2 und die damit eine größere Widerstandsfähigkeit der Verstärkung 6 aufweisen müssen.
Der Stapel in den Endbereichen 3 und 4 wird durch die Kombination von Schichten mit unterschiedlichen Aufbauten erhalten, die aus einer ersten Anordnung A von kontinuierlichen gekrümmten Fasern 71 bestehen, die sich von einem Endbereich zum anderen Endbereich der Blattfeder 1 erstreckt und aus einer zweiten Anordnung B aus kontinuierlichen Fasern 72, die nur einen der Endbereiche 3 oder 4 der Blattfeder 1 bedeckt.
Diese Stapelbildung in den Endbereichen 3 und 4 kann erhalten werden ausgehend von der Glasmatte, d. h. in Richtung Innen-Außen der Blattfeder, gemäß vier verschiedenen Ausführungsbeispielen:
- gemäß einem ersten in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Stapel aus einer Folge einer Anordnung A, die durch eine Anordnung B bedeckt ist;
- gemäß einem zweiten in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Stapel aus einer Folge einer Anordnung A, einer Anordnung B und erneut einer Anordnung A;
- gemäß einem dritten in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Stapel aus einer Folge einer Anordnung B und einer Anordnung A.
Die Fig. 2, 4 und 6 zeigen die drei oben erwähnten Ausführungsbeispiele, bei denen die Fasern 72, welche die Anordnungen B bilden, abnehmende Längen in Richtung zum Äußeren der Blattfeder 1 hin aufweisen.
Eine Variante dieser drei Ausführungsbeispiele, die in den Fig. 3, 5 und 7 dargestellt ist, besteht darin, dass die Fasern 72 zunehmende Längen zum Äußeren der Blattfeder 1 hin derart aufweisen, dass die inneren Fasern der Anordnung B von äußeren Fasern umgeben sind.
Selbstverständlich können auch weitere Varianten dieser drei Ausführungsbeispiele in Betracht gezogen werden.
Die Auswahl zwischen den verschiedenen Ausführungsbeispielen hängt von der Stärke der Kräfte ab, mit denen die Blattfeder 1 für die Kraftfahrzeug-Aufhängung beaufschlagt wird.
Gemäß nicht dargestellten Varianten der Erfindung kann die Blattfeder für die Kraftfahrzeug-Aufhängung aus verschiedenen Kombinationen von Verstärkungen 6 und Glasmatten 5 bestehen.

Claims

1. Blattfeder (1) aus Verbundwerkstoff für eine Kraftfahrzeug-Aufhängung, welche zwei Räder derselben Achse eines Kraftfahrzeuges in Querrichtung verbindet, mit wenigstens einer Außenverstärkung (6) aus gleichgerichteten Fasern (7), die zwischen einem Mittenbereich (2) und zwei zum Mittenbereich (2) hin geneigten Endbereichen (3, 4) verteilt sind und wobei die Fasern (7) der Verstärkung parallel zueinander sind und der Form der Feder derart folgen, dass die zu den Fasern (7) an verschiedenen Stellen angelegten tangentialen Linien mit der Achse (9) der Kraftfahrzeugachse einen Winkel zwischen 0º und 60º einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (7) der Verstärkung einen geschichteten Stapel bilden, bei dem einzelne Schichten aus durchgehenden Fasern (71) bestehen, die sich von einem Endbereich (3) bis zum anderen Endbereich (4) der Blattfeder (1) erstrecken.

2. Blattfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geschichtete Stapel eine Dicke aufweist, welche vom Mittenbereich (2) in Richtung der Endbereiche (3, 4) zunimmt.

3. Blattfeder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (71), die sich von einem Endbereich (3) zum anderen Endbereich (4) der Blattfeder (1) erstrecken, einen gekrümmten Aufbau aufweisen, der aus drei geradlinigen Segmenten (20, 21, 23) besteht, die entlang des Mittenbereichs (2) und der Endbereiche (3, 4) ausgerichtet sind, wobei die Verbindungsstellen (212, 213) der Segmente (20, 21, 23) im Mittenbereich (2) in der Nähe der Endbereiche (3, 4) angeordnet sind.

4. Blattfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Dicke des Stapels in zunehmender Richtung außerhalb des Verbindungsbereichs der Segmente (20, 21, 23) der Fasern (71) beginnt, die sich von einem Endbereich (3) zum anderen Endbereich der Blattfeder (1) erstrecken.

5. Blattfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel in den Endbereichen (3, 4) der Blattfeder (1) aus einer Kombination von Schichten verschiedener Aufbauten besteht, bestehend aus einer ersten Anordnung (A) aus durchgehenden gekrümmten Fasern (71), die sich von einem Endbereich (3) zum anderen Endbereich (4) der Blattfeder (1) erstrecken und aus einer zweiten Anordnung (B) aus durchgehenden Fasern (72), die nur einen der Endbereiche (3, 4) der Blattfeder (1) bedeckt.

6. Blattfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel in den Endbereichen (3, 4) der Blattfeder (1) gebildet wird durch eine Folge aus einer ersten Anordnung (A), die von einer zweiten Anordnung (B) bedeckt ist.

7. Blattfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel in den Endbereichen (3, 4) der Blattfeder (1) gebildet wird durch eine Folge aus einer ersten Anordnung (A), einer zweiten Anordnung (B) und erneut einer ersten Anordnung (A).

8. Blattfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel in den Endbereichen (3, 4) der Blattfeder (1) gebildet wird durch eine Folge aus einer zweiten Anordnung (B) und einer ersten Anordnung (A).

9. Blattfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Verstärkung (6) identisch auf beiden Seiten der Blattfeder ist.

10. Blattfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (1) durch wenigstens eine Glasmatte (5) verstärkt ist, welche die gleiche Stellungssymmetrie in der Feder wie die Verstärkung (6) aufweist.