DE102016006641A1

DE102016006641A1 - Blattfeder für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016006641A1
Application number: DE102016006641.5A
Authority: DE
Inventors: Alexander Elter; Kay Hofmeister; David Müller; Helmut Schürmann; Kenji Shinoda; Leticia Souza e Costa Henrique; Joffrey Stimpfl
Original assignee: Daimler AG; Muhr und Bender KG
Current assignee: Muhr und Bender KG
Priority date: 2016-06-02
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2017-12-07
Also published as: WO2017207801A1; DE112017002772A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Blattfeder für ein Fahrzeug, bestehend aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, welche form- und/oder kraftschlüssig mittels zwei Einspannelementen (3, 5) an einem Fahrwerksbauteil (7) befestigbar ist, wobei die Einspannelemente (3, 5) beidseitig auf der Blattfeder (1) aufliegen. Bei einer Blattfeder, bei welcher trotz hoher Vorspannkräfte eine Schädigung des Federkörpers unterbunden wird, ist mindestens eine Auflagefläche (13) der Blattfeder (1), an welcher ein Einspannelement (3) anliegt, in drei Teilbereiche (17, 19, 21) unterteilt, wobei die beiden äußeren Teilbereiche (17, 21) jeweils mit einer Verschleißschutzschicht (23) versehen sind, während ein mittlerer Teilbereich (19) verschleißschutzschichtfrei ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blattfeder für ein Fahrzeug, bestehend aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, welche form- und/oder kraftschlüssig mittels zwei Einspannelementen an einem Fahrwerksbauteil befestigbar ist, wobei die Einspannelemente beidseitig auf der Blattfeder aufliegen.
Aus der DE 10 2014 005 978 A1 ist eine aus einem Faserverbund-Werkstoff bestehende Blattfeder bekannt, welche über ein Federbefestigungselement form- und kraftschlüssig an einem Fahrwerkbauteil eines Fahrzeuges befestigbar ist. Bei einer Blattfeder, bei welcher eine sichere und rutschfreie Anbindung der Blattfeder an das Fahrwerksbauteil gewährleistet ist, ist ein Auflagebereich der Blattfeder und/oder des Befestigungselementes aufgeraut, wobei die Blattfeder mindestens einen Vorsprung zur Positionierung des Fahrwerksbauteiles aufweist. Nachteilig dabei ist, dass hohe Vorspannkräfte zur Schädigung der aus dem Faserverbund-Werkstoff bestehenden Blattfeder führen, vor allem in Verbindung mit einer Relativbewegung der Blattfeder zu den Einspannelementen. An den Kanten der Einspannelemente entstehen Schädigungen unerwünscht frühzeitig. Die Verwendung der Vorsprünge stellt für die Herstellung einen zusätzlichen Aufwand dar.
Aus der DE 10 2010 010 987 B4 ist eine Blattfederanbindung bekannt, bei welchem eine Blattfeder mit einer Achse oder mit einem Rahmen eines Fahrzeuges verbunden wird, wobei eine geteilte Blattfederhalterung die Blattfeder unter Einspannung von Elastomerkörpern definiert vorgespannt hält. Die Elastomerkörper sind stoffschlüssig mit der Blattfeder verbunden. Die Elastomerkörper verlieren unter einer starken Schubspannung nach und nach die Verbindung zu der Blattfeder, wobei die Elastomerkörper rausrutschen können und den Stoffschluss verlieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Blattfeder anzugeben, bei welcher trotz hoher Kraftübertragung ein möglichst geringer Verschleiß bei der Anbindung an ein Fahrzeug auftritt.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Die Aufgabe ist mit einer Blattfeder dadurch gelöst, dass mindestens eine Auflagefläche der Blattfeder, an welcher ein Einspannelement anliegt, in drei Teilbereiche unterteilt ist, wobei die beiden äußeren Teilbereiche jeweils mit einer Verschleißschutzschicht versehen sind, während ein mittlerer Teilbereich verschleißschutzschichtfrei ausgebildet ist. Durch die Unterteilung der Blattfeder in zwei Funktionsbereiche wird die Schädigung der Blattfeder bei der Anbindung an das Fahrzeug sowie während des Betriebs vermindert und die Tragfähigkeit der Verbindung hinsichtlich Quer- und Längsbelastungen erhöht. Aufgrund der Durchbiegung beim Einfedern der Blattfeder findet eine Relativbewegung zwischen der Blattfeder und den Einspannelementen statt. Diese Relativbewegung beschränkt sich im Wesentlichen auf die äußeren Teilbereiche und nimmt mit zunehmender Durchbiegung nach außen hin zu. Die Schädigung der Blattfeder während des Betriebes erfolgt im Wesentlichen durch die Kombination aus Flächenpressung durch die Klemmverbindung und der Relativbewegung. Die Schädigung wird zusätzlich durch eindringenden Schmutz, oder sonstiger Fremdpartikel, während des Betriebs erhöht. Da die Verschleißschutzschicht in der Regel weicher ist als die Blattfeder aus Faserverbundkunststoff, beschränkt sich der Verschleiß auf diese Schicht und schützt somit die Blattfeder vor Beschädigung. Im mittleren Bereich finden nahezu keine Durchbiegung und somit auch keine Relativbewegung statt. Aus diesem Grund kommt hier keine Verschleißschutzschicht zum Einsatz. Zudem führt das Fehlen der Verschleißschutzsicht, welche Nachgiebiger ist als das Grundmaterial der Blattfeder, im mittleren Bereich zu einer teilweisen Verlagerung der Traglasten in diesen Bereich und somit einer zusätzlichen Entlastung der äußeren Teilbereiche. Des Weiteren verringert das Fehlen einer weiteren Schicht im mittleren Bereich ein Setzen in dem Klemmverbund deutlich, was zusätzlich zu der Robustheit über die Lebenszeit der Einspannung beiträgt.
Vorteilhafterweise umfassen die beiden äußeren Teilbereiche der mindestens einen Auflagefläche je ein Verbindungselement der beiden Einspannelemente. Da an dieser Stelle durch das Verbindungselement hohe Vorspannkräfte auftreten, lassen diese sich einfach in den mittleren Teilbereich umlenken.
In einer Ausgestaltung geht ein Übergangsbereich des die Verschleißschutzschicht aufweisenden ersten bzw. dritten Teilbereiches stufenförmig in den verschleißschutzschichtfrei ausgebildeten mittleren Teilbereich über. In einer Alternative geht der Übergangsbereich des die Verschleißschutzschicht aufweisenden ersten bzw. dritten Teilbereiches fließend in den verschleißschutzschichtfrei ausgebildeten mittleren Teilbereich über. In beiden Fällen trägt diese Gestaltung zur Reduzierung von Spannungsspitzen bei.
In einer Ausführungsform ist in dem mittleren Teilbereich der Auflagefläche der Blattfeder eine Mikroverzahnung vorgesehen. Diese Mikroverzahnung stellt einen Mikroformschluss dar, welcher den effektiven Reibkoeffizienten mit dem Einspannelement vervielfacht und so die erforderlichen Vorspannkräfte reduziert.
Vorteilhafterweise ist die Mikroverzahnung auf einer der Blattfeder zugewandten Seite eines der Einspannelemente ausgebildet.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend eine aus einem Faser-Kunststoff-Verbund bestehende Blattfeder, die zwischen zwei Einspannelemente eingelegt ist, wobei die Einspannelemente an einem Fahrwerksbauteil befestigt sind. Bei einem Fahrzeug, bei welchem die Blattfeder so ausgestaltet ist, dass trotz hoher übertragener Kräfte nur ein geringer Verschleiß auftritt, ist die Blattfeder nach mindestens einem in dieser Schutzrechtsanmeldung erläuterten Merkmal ausgebildet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen zwischen Einspannelementen befestigten Blattfeder,
2 Diagramm zur Verdeutlichung der Durchbiegung und damit der Relativbewegung zwischen der eingespannten Blattfeder sowie der Einspannelemente. Die Relativbewegung zwischen Blattfeder und Einspannelementen nimmt mit zunehmender Durchbiegung ebenfalls zu.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blattfeder 1, welche zwischen zwei Einspannelementen 3, 5 befestigt ist. Eine solche Einspannung der Blattfeder 1 erfolgt insbesondere bei Nutzfahrzeugen, wo bei einer gängigen Federung eine Hinterachse 7 des Fahrzeuges an der Blattfeder 1 befestigt wird. Die Einspannelemente 3, 5 sind als Federplatten ausgebildet. Durch die Einspannung in die Einspannelemente 3, 5 wird die Blattfeder 1 an einem Fahrzeugbauteil befestigt, welches vorteilhafterweise als die Hinterachse 7 z. B. eines Nutzfahrzeuges ausgebildet ist. Diese Anordnung kann auch bei weiteren Fahrzeugkonzepten, wie z. B. Pickups o. ä., zum Einsatz kommen.
Die Blattfeder 1 verläuft dabei quer zur Hinterachse 7 und weist auf jeder Seite ihrer Längserstreckung eine Schraubverbindung 9, 11 auf, mittels welcher die Blattfeder 1 kraftschlüssig zwischen den beiden Einspannelementen 3, 5 eingespannt ist. Beide Auflageflächen 13, 15 der Blattfeder 1, an welchen jeweils ein Einspannelemente 3, 5 anliegt, sind dabei in drei Teilbereiche 17, 19, 21 unterteilt. Im vorliegenden Beispiel sind die Auflagefläche 13, 15 in zwei äußere gleich gestaltete Teilbereiche 17, 21 unterteilt, die mit einer Verschleißschutzschicht 23 versehen sind. Vorteilhafterweise ist diese Verschleißschutzschicht 23 in die Oberfläche der Blattfeder 1 eingearbeitet. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Verschleißschutzschicht 23 an der Oberfläche des jeweiligen Einspannelementes 3 oder als eingelegte Zwischenlage ausgebildet ist.
Der sich zwischen den äußeren Teilbereichen 17, 21 erstreckende mittlere Teilbereich 19 ist frei von einer solchen Verschleißschutzschicht 23. In diesem Bereich weist das Einspannelement 5 an der der Blattfeder 1 zugewandten Seite optional eine Mikroverzahnung 25 auf. Durch diese Mikroverzahnung 25 wird ein effektiver Reibkoeffizient vergrößert und so die erforderlichen Vorspannkräfte, die zur Sicherstellung ausreichend hoher übertragbarer Längs- und Querkräfte erforderlich sind, reduziert.
Durch die Schraubverbindungen 9, 11 sind die Einspannelemente 3, 5 unter Einschluss der Blattfeder 1 kraftschlüssig miteinander verbunden. In den äußeren Teilbereichen 17, 21 führt die nach außen hin zunehmende Durchbiegung M zu ähnlich erhöhten Relativverschiebungen der Einspannelemente 3, 5 zur Blattfeder 1. Da die Verschleißschutzschichten 23 eine geringere Steifigkeit als die Blattfeder 1 aufweisen, werden Schäden an der Blattfeder durch die Relativbewegung zwischen Blattfeder 1 und Einspannelementen 3, 5, auch bei zusätzlich von außen eindringender Verschmutzung o. ä. auf die Verschleißschutzschicht 23 begrenzt. Zudem wird so die Kraftübertragung auf den mittleren Teilbereich 19 konzentriert und der Reibverschleiß dadurch weiter gemindert. Um in den mittleren Teilbereich 19 die erforderlichen Vorspannkräfte zu reduzieren, ist eine geringere Relativverschiebung von der Blattfeder 1 zu den Einspannelementen 3, 5 erforderlich, die konstruktiv durch die Mikroverzahnung 25 anhand des zu erwartenden Durchbiegungsverlaufs gewählt wird.
In 2 ist die Durchbiegung M in den einzelnen Teilbereichen 17, 19, 21 dargestellt, woraus ersichtlich ist, dass die äußeren verschleißgeschützten Teilbereiche 17, 21 eine reduzierte Vorspannkraft erfahren. In dem mittleren Teilbereich 19, welcher ohne eine Verschleißschutzschicht auskommt, ist die Durchbiegung M am geringsten.
Aufgrund der vorgeschlagenen Lösung werden Schädigungen der aus dem Faser-Kunststoff-Verbund bestehenden Blattfeder auch bei hohen Vorspannkräften und zusätzlich von außen eindringendem Schmutz unterbunden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
Bezugszeichenliste

1: Blattfeder
3: Einspannelement
5: Einspannelement
7: Hinterachse
9: Schraubverbindung
11: Schraubverbindung
13: Auflagefläche
15: Auflagefläche
17: Teilbereich
19: Teilbereich
21: Teilbereich
23: Verschleißschutzschicht
25: Mikroverzahnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014005978 A1 [0002]
DE 102010010987 B4 [0003]

Claims

Blattfeder für ein Fahrzeug, bestehend aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, welche form- und/oder kraftschlüssig mittels zwei Einspannelementen (3, 5) an einem Fahrwerksbauteil (7) befestigbar ist, wobei die Einspannelemente (3, 5) beidseitig auf der Blattfeder (1) aufliegen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Auflagefläche (13, 15) der Blattfeder (1), an welcher ein Einspannelement (3, 5) anliegt, in drei Teilbereiche (17, 19, 21) unterteilt ist, wobei die beiden äußeren Teilbereiche (17, 21) jeweils mit einer Verschleißschutzschicht (23) versehen sind, während ein mittlerer Teilbereich (19) verschleißschutzschichtfrei ausgebildet ist.
Blattfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Teilbereiche (17, 21) der mindestens einen Auflagefläche (13, 15) je ein Verbindungselement (9, 11) der beiden Einspannelemente (3, 5) umfassen.
Blattfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergangsbereich des die Verschleißschutzschicht (23) aufweisenden ersten bzw. dritten Teilbereiches (17, 21) stufenförmig in den verschleißschutzschichtfrei ausgebildeten mittleren Teilbereich (19) übergeht.
Blattfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich des die Verschleißschutzschichten (23) aufweisenden ersten bzw. dritten Teilbereiches (17, 21) fließend in den verschleißschutzschichtfrei ausgebildeten mittleren Teilbereich (19) übergeht.
Blattfeder nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mittleren Teilbereich (19) der Auflagefläche (15) der Blattfeder (1) eine Mikroverzahnung (25) vorgesehen ist.
Blattfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroverzahnung (25) auf einer der Blattfeder (1) zugewandten Seite eines der Einspannelemente (3, 5) ausgebildet ist.
Blattfeder nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive Reibwert im mittleren Teilbereich mindestens doppelt so hoch ist, wie in den äußeren Teilbereichen.
Blattfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahlenwert des effektiven Reibwertes im mittleren Teilbereich > 0,25 ist.
Fahrzeug, umfassend eine aus einem Faser-Kunststoff-Verbund bestehende Blattfeder (1), die zwischen zwei Einspannelemente (3, 5) eingelegt ist, wobei die Einspannelemente (3, 5) an einem Fahrwerksbauteil (7) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.