-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff, welcher aus weitgehend parallel zueinander ausgerichteten Fasern und einem Kunstharz besteht, und bei dem sich die Fasern ungekürzt von einem axialen Ende zu dem gegenüberliegenden axialen Ende der Blattfeder erstrecken.
-
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 Fahrzeugkarosserie 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 Kohlenstofffasern gebildet sind und bei gleicher Größe sowie vergleichbaren Federeigenschaften erheblich weniger Gewicht aufweisen als Stahl-Blattfedern. Solche Faserverbund-Blattfedern 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 endseitig 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 zurechtgeschnitten. 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 A 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 Federende 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, bestehend 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 es 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.
-
-
Bei bauteilkundlichen Untersuchungen an bekannten Blattfedern aus Faserverbundwerkstoffen hat sich gezeigt, dass bei einer Befestigung derselben an den abzufedernden Bauteilen Oberflächenschäden an der Blattfeder auftreten, welche das Eindringen von Wasser ermöglichen. Ein solcher Wassereintritt in die Faserverbundblattfeder ist nachteilig für deren Eigenschaften und verkürzt deren Lebensdauer. Des Weiteren kann durch Steinschlag die Oberfläche der Blattfeder derart beschädigt werden, dass einzelne Fasern des Verbundwerkstoffes reißen oder durch Risse im Verbundmaterial Wasser in die Blattfeder eindringen kann. Außerdem wurde herausgefunden, dass bei der Herstellung von Blattfedern, beispielsweise gemäß der
DE 10 2004 010 768 A1 , der Austritt von überschüssigem Kunstharz beim Pressen der Roh-Blattfeder nicht optimal ist.
-
Zur Vermeidung von Schäden an der Oberfläche der Blattfeder kann diese mit einer Abdeckfolie versehen sein. So zeigt denn auch die aus der
JP 01 182 641 A bekannte Faserverbundblattfeder die Anordnung einer Lage aus dem Werkstoff Polyäthylen auf der Oberseite und der Unterseite eines Hauptkörpers derselben. Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Blattfeder ist aus dieser Druckschrift jedoch nicht ersichtlich.
-
Außerdem ist aus der
DE 699 14 660 T2 ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff bekannt, bei dem der Faserverbundwerkstoff aus weitgehend parallel zueinander ausgerichteten Fasern und einem Kunstharz besteht, und bei dem sich die Fasern ungekürzt von einem axialen Ende zu dem gegenüberliegendem axialen Ende der Blattfeder erstrecken. Das bekannte Herstellverfahren weist die Herstellschritte Erzeugen einer Roh-Blattfeder aus mehreren Lagen des noch nicht abgebundenen Faserverbundwerkstoffes, Anordnen von mindestens einer Abdeckfolie auf der Oberseite, der Unterseite, oder auf der Oberseite und der Unterseite der Roh-Blattfeder, sowie Pressen der mit der zumindest einen Abdeckfolie versehenen Roh-Blattfeder in einer Pressform auf.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff vorzustellen, welches das Abströmen des Kunstharzes aus der in einer Pressform angeordneten Roh-Blattfeder hin zu deren axialen Enden begünstigt. Außerdem soll durch dieses Verfahren erreicht werden, dass die Fasern in der Pressform von dem abströmenden überschüssigen Kunstharz geradegezogen werden.
-
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine auf wenigstens eine Oberfläche des Faserverbundmaterials der Roh-Blattfeder vor dem Pressen und Abbinden aufgebrachte Abdeckschicht oder Abdeckfolie einen gezielten Abfluss von überschüssigen Kunstharz über die axialen Enden der Roh-Blattfeder aus derselben heraus ermöglicht. Das in axialer Richtung der Roh-Blattfeder abfließende Kunstharz sorgt dabei vorteilhaft für eine axial bessere Ausrichtung der Fasern im Faserverbundwerkstoff der Roh-Blattfeder.
-
Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff, welcher aus weitgehend parallel zueinander ausgerichteten Fasern und einem Kunstharz besteht, und bei dem sich die Fasern ungekürzt von einem axialen Ende zu dem gegenüberliegenden axialen Ende der Blattfeder erstrecken. Bei diesem Verfahren sind zur Lösung der gestellten Aufgabe folgende Verfahrensschritte vorgesehen:
- – Erzeugen einer Roh-Blattfeder aus mehreren Lagen des noch nicht abgebundenen Faserverbundwerkstoffs,
- – Anordnen von mindestens einer Abdeckfolie auf der Oberseite, der Unterseite, oder auf der Oberseite und der Unterseite der Roh-Blattfeder,
- – Pressen der mit der zumindest einen Abdeckfolie versehenen Roh-Blattfeder in einer Pressform, und
- – Ableiten des überschüssigen Kunstharzes aus der Roh-Blattfeder über deren axiale Enden parallel zur Längserstreckung der Fasern,
- – wobei durch das abströmende Kunstharz in der Roh-Blattfeder zunächst gewellt liegende Fasern in axialer Richtung in Bezug zu den Enden der Roh-Blattfeder ausgerichtet werden.
-
Die wenigstens eine Abdeckfolie auf der Roh-Blattfeder begünstigt das Abströmen des Kunstharzes aus der in der Pressform angeordneten Roh-Blattfeder hin zu deren axialen Enden. Durch das abströmende überschüssige Kunstharz werden zuvor gegebenenfalls gewellt liegende Fasern gerade gezogen.
-
Gemäß einer Weiterbildung dieses Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Abdeckfolie auch nach dem Aushärten der Blattfeder ein Bestandteil derselben bleibt. Dort kann sie die Oberfläche der Blattfeder gegen Einwirkungen von Außen, etwa durch Steinschlag, schützen.
-
Weiter kann bei diesem Verfahren vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Abdeckfolie nur an den Befestigungsbereichen der Roh-Blattfeder angeordnet wird. Bei dieser Variante befindet sich die wenigstens eine Abdeckfolie an der Oberfläche der Einspannbereiche der Blattfeder, wo sie, nachdem sie ihre Aufgabe während des Produktionsprozesses erfüllt hat, deren oberflächennahes Faserverbundmaterial gegen Schäden durch die Befestigung der Blattfeder schützen kann.
-
Eine andere Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass wenigstens eine Abdeckfolie verwendet wird, die sich über die gesamte Breite der Roh-Blattfeder erstreckt. Weiter kann vorgesehen sein, dass auf der Unterseite und der Oberseite der Roh-Blattfeder jeweils unterschiedlich dicke Abdeckfolien angeordnet werden, wobei für die Unterseite eine dickere Abdeckfolie und für die Oberseite eine dünnere Abdeckfolie verwendet wird.
-
Wichtig bei einer Blattfeder gemäß der Erfindung ist, dass die wenigstens eine Abdeckfolie solche Eigenschaften aufweist und derart auf der Roh-Blattfeder aufgelegt ist, dass diese bei einem Pressvorgang in einer Pressform einen optimalen und gezielten Abfluss von überschüssigen Kunstharz über die axialen Enden der Roh-Blattfeder parallel zur Längserstreckung der unidirektionalen Fasern derselben ermöglicht.
-
Die Abdeckfolie kann beispielsweise aus den Werkstoffen ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), ASA (Acrylnitril-Styrol-Acrylester), oder Makrolon®-Bayer(Polycarbonat)-Material bestehen.
-
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
-
1 eine schematische Draufsicht auf eine Faserverbund-Blattfeder gemäß der Erfindung, und
-
2 einen Querschnitt durch einen Befestigungsbereich der Blattfeder gemäß 1 an der Stelle A-A.
-
Demnach besteht die Blattfeder 1 gemäß 1 aus einem Faserverbundwerkstoff und weist eine weitgehend vierkantstabförmige Umfangskontur 2 auf. Der Faserverbundwerkstoff besteht im Wesentlichen aus weitgehend parallel zueinander ausgerichteten Fasern 5, beispielsweise Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfasern, welche sich ungekürzt von einem axialen Ende 3 zu dem gegenüberliegenden axialen Ende 3 der Blattfeder erstrecken und in einem ausgehärteten Kunstharz 6 eingebettet sind. Diese Blattfeder 1 ist beispielhaft zum Einbau in ein Stadtlieferfahrzeug vorgesehen, in welchem diese quer zur Fahrzeuglängsachse angeordnet wird. Die Blattfeder 1 ist dazu mit ihren Befestigungsbereichen 9 und 11 mit Fahrzeugteilen verbindbar.
-
Wie insbesondere die Querschnittsdarstellung gemäß 2 verdeutlicht, ist der Faserverbundwerkstoff 5, 6 der Blattfeder 1 sowohl auf seiner Oberseite als auch auf seiner Unterseite mit jeweils einer Abdeckschicht versehen, welche als Abdeckfolien 7, 8 ausgebildet sind und sich über die gesamte axiale Länge der Blattfeder erstrecken. Die Abdeckfolien 7, 8 sind dabei auf den Faserverbundkörper der Blattfeder 1 auflaminiert und können auch einstückig ausgebildet sein.
-
Die Abdeckfolie 7 an der steinschlaggefährdeten Unterseite der Blattfeder 1 ist in diesem Beispiel etwa doppelt so dick ausgebildet wie die Abdeckfolie 8 an deren Oberseite. Durch diesen Aufbau ist die Schutzwirkung der Abdeckfolie 7 dort höher, wo die größte steinschlagbedingte Beschädigungsgefahr vorliegt.
-
Nach dem gleichen Prinzip kann die Abdeckfolie bevorzugt lediglich an den Befestigungsbereichen 9 und 11 der Blattfeder 1 an dieser ausgebildet oder angeordnet sein. Dadurch lassen sich Gewicht und der Herstellaufwand verringern. Die Abdeckfolien 7, 8 sind dabei hinsichtlich ihrer Abmessungen und Eigenschaften derart ausgelegt, dass bei einer Befestigung der Blattfeder 1 an abzufedernden Bauteilen die Fasern 5 des Faserverbundwerkstoffes nicht beschädigt werden.
-
Die Abdeckfolie 7, 8 sorgt auch dafür, dass beim Pressen der noch nicht ausgehärteten Roh-Blattfeder in einer Pressform überschüssiger Kunstharz gezielt über die axialen Enden derselben abfließen kann. Dies bewirkt unter anderem, dass gegebenenfalls gewellt liegende unidirektionale Fasern in der Roh-Blattfeder axial in Richtung zu dem axialen Enden der Blattfeder ausgerichtet werden, welches einen positiven Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften derselben hat.
-
Schließlich ist anzumerken, dass die Abdeckfolie 7, 8 bei der Herstellung der Blattfeder den Ausformvorgang vorteilhaft beeinflusst, da ein Ausfasern des Faserverbundmaterials an seiner Oberfläche durch ein Anhaften an der Pressform durch die vorzugsweise faserlose Abdeckfolie 7, 8 vermieden wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Blattfeder
- 2
- Umfangskontur der Blattfeder
- 3
- Axiales Ende der Blattfeder
- 5
- Faser
- 6
- Harz
- 7
- Abdeckfolie
- 8
- Abdeckfolie
- 9
- Befestigungsbereich
- 11
- Befestigungsbereich