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WO2019206588A1 - Federelement - Google Patents

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Publication number
WO2019206588A1
WO2019206588A1 PCT/EP2019/058366 EP2019058366W WO2019206588A1 WO 2019206588 A1 WO2019206588 A1 WO 2019206588A1 EP 2019058366 W EP2019058366 W EP 2019058366W WO 2019206588 A1 WO2019206588 A1 WO 2019206588A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spring
spring element
leg
band
support
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/058366
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthew Clarke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of WO2019206588A1 publication Critical patent/WO2019206588A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/18—Leaf springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
    • F16F1/371—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers characterised by inserts or auxiliary extension or exterior elements, e.g. for rigidification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2230/00—Purpose; Design features
    • F16F2230/0023—Purpose; Design features protective

Definitions

  • the invention relates to a spring element according to the type specified in the preamble of patent claim 1.
  • Spring elements consisting of a spring band are known in various embodiments from the prior art. They may, for example, be meander-shaped, with the spring band, consisting of a plurality of legs connected to one another via arcuate bending areas, meandering around a longitudinal center line, which essentially corresponds to the direction of the introduction of force.
  • the legs which are connected to one another via the bending region, are at an angle to one another, which can be changed by an external force.
  • the bending areas arranged directly one above the other are in contact with one another.
  • the length of the legs determines a lever arm, which has an influence on the spring characteristic of the spring element.
  • the forces acting on the spring element cause a deformation of the bending areas which produce a restoring force directed counter to the force effect.
  • the largest loads of the spring element occur in the arcuate bending areas.
  • the bending areas decisively determine the applicable spring force of such a spring element.
  • DE 10 2008 006 411 A1 describes, for. B. a spring element made of fiber composite material comprising a wave-shaped spring band whose bending areas have a variable material thickness.
  • the enlarged cross-sectional area of the spring element in the bending region has an increased resistance moment.
  • EP 2 472 137 A2 A problem with such trained spring elements is that they are often designed oversized off the bending areas, which increases the weight of the spring element.
  • the invention is based on the object of developing a spring element in such a way that the spring element can withstand increased load conditions during use.
  • a spring element comprising a wave-shaped spring band running in the longitudinal direction of the spring element, has at least two limbs which are each connected to one another via a bending region.
  • the spring band meanders around a longitudinal centerline, which essentially corresponds to the direction of the introduction of force.
  • the legs which are connected to one another via the bending region are spaced apart from one another in the longitudinal direction of the spring element via the compression travel and have an angle to one another.
  • An external force on the spring element causes an elastic deformation of the bending region, whereby the distance in the longitudinal direction of the spring element and the angle between the first leg and the second leg changes. In the case of an external force, the greatest deformations and thus also the greatest mechanical stress of the spring element occur in the curved bending regions of the spring element.
  • At least one support element is arranged between the first leg and the second leg of the spring element.
  • the compression travel between the first Leg and the second leg about the support element limited.
  • the limbs connected to one another via the bending region are spaced apart from one another via the compression travel in the longitudinal direction of the spring element and have an angle to one another which changes as a result of an external force via the elastic deformation of the bending region.
  • the distance between the first and the second leg decreases in the longitudinal direction of the spring element.
  • the support element arranged between the legs limits the compression travel and ensures that the two legs rest on one another via the support element arranged between them.
  • the inventive support element reduces the stresses of the bending region by a higher load in the region of the legs can be accommodated.
  • the support element increases the mechanical load capacity of the spring element, so that substantially uniform stress states prevail in the bending element and in the region of the legs of the loaded spring element and local overstressing of the bending region can be avoided. Overall, the support element causes an increase in the force level of the spring element.
  • the spring band and the support member are formed of the same material.
  • a uniform material thickness of the entire spring element is possible.
  • the use of a uniform material for the spring band as well as for the support element allows a one-part production process for the entire spring element, wherein a complex assembly process is avoidable.
  • the spring band and the support element are made of plastic. The advantages of a component made of plastic are the low weight and the low production costs. The physical properties of modern plastics ensure the production of high-performance components that are resistant to corrosion.
  • the spring band and the support element are formed of metal.
  • Metals are versatile and resistant. They have good formability and high mechanical strength.
  • the spring band and the support element are formed from composite material.
  • the spring element can be produced, for example, from a fiber-reinforced plastic composite material.
  • Such a spring element advantageously has a low weight, is corrosion-resistant and has a flexible, adaptable shape.
  • the spring properties of the spring element can be specifically adapted to the purpose intended for this purpose.
  • the spring band and the support element are integrally formed. It is conceivable that the spring band and the support element can be produced in one piece by means of injection molding in a mold, whereby an efficient structure and high stability of the connection of the support member to the spring band is possible.
  • the production costs of the injection molding process are low and reworking of the molded parts is hardly necessary.
  • Further advantages of the injection molding process are the fully automatable production process, the almost free choice of production form and the high reproducibility of the molded parts, even with complicated molded parts.
  • the injection molding process can be used in particular for the processing of apply substances. Metal powder injection molding enables the complex shaping of precise components made of metallic materials.
  • the spring band and the supporting element can also be produced, for example, from composite material, in particular from fibrous plastic composite material, in one piece in a tool mold.
  • the support member and the spring band are connected to each other with high stability.
  • prepregs are used, wherein the formulation of the Flarzes, the choice of fiber material, the direction of the fibers in the reinforcing fabric and / or the positioning and / or number of prepregs is variable to the spring properties of the spring element on the for intended uses.
  • the spring band and the support element are formed of different materials. This allows the use of a diverse combination of materials for the Fier ein of the spring element. As a result, the performance of the spring element can advantageously be interpreted separately for its respective area of use via different material combinations of the spring band and the support elements.
  • the spring band and the support element are formed in two parts.
  • greater flexibility in the design of the spring element is made possible, for example by numerous possibilities of continuing changes, variant formation and material combinations.
  • the support element is materially connected to the spring band.
  • it may be an adhesive connection between the support element and the spring band.
  • the cohesive connection of the support member with the spring band in the entirety gives a solid body with high stability.
  • Fig. 3 shows an inventive spring element under full suspension.
  • FIGS. 1 to 3 show, in a schematic representation, a spring element designated overall by the reference numeral 10.
  • FIG. 1 shows an inventive spring element 10 in the unloaded state.
  • the spring element 10 has a spring band 12 which extends in the longitudinal direction LR in a wavy manner.
  • the spring element 10 has a plurality of elastically deformable, arcuate bending regions 14.
  • Each bending region 14 is arranged between a first leg 16 and a second leg 18 and connects the two legs 16, 18 at an angle to one another.
  • the legs 16, 18 have a substantially S-shaped course.
  • the bending areas 14 are arranged in alternating alignment with each other, so that the spring band 12 is formed running meandering.
  • the spring band 12 meanders around a longitudinal center line, which essentially corresponds to the direction of the force K application.
  • the first leg 16 and the second leg 18 are spaced apart in the longitudinal direction via the compression travel E.
  • a support member 20 is arranged net. It is conceivable that the support element 20 is made of the same material as the spring band 12. In particular, they can both be made of plastic. Furthermore, it is conceivable that the spring band 12 and the support element 20 are made in one piece by means of injection molding.
  • FIG. 2 shows a spring element 10 according to the invention, to which an external force K acts in the end regions 22 of the spring element 10, whereby the deformation of the spring element 10 is forced, especially in the bending region 14.
  • the legs 16, 18 which are connected to one another via the bending region 14 have an angle to one another in the unloaded state which changes as a result of the external force K, whereby the legs 16, 18 are now arranged approximately parallel to one another.
  • the external force K on the spring element 10 causes a change in the distance between the first leg 16 and the second leg 18.
  • the expression of the spring element with legs 16, 18 and bending regions 14 has an exceptionally high energy storage capacity, since the tension of the spring element 10 is evenly distributed over the legs 16, 18 and the bending regions 14.
  • the stability of the spring element 10 is increased in this area. Due to the additional support against the external force K in the region of the legs 16, 18, it is possible to relieve the highly loaded bending region 14 and to distribute the stresses to a greater extent to the region of the legs 16, 18. As a result, the stress concentrations in the bending regions 14 are reduced, and in the entire, highly loaded spring element 10, substantially uniform states of stress prevail. Due to the additional support in the region of the legs 16, 18, a more uniform distribution of the tension and an increase in the total force level of the spring element 10 is made possible.
  • the position and size of the support member 20 have a significant impact on the performance of the spring member 10. Therefore, the size and position of the support members 20 are to be interpreted separately for each spring member 10 and its respective area of use.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Springs (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Federelement (10), umfassend ein Federband (12) mit einem in Längsrichtung (LR) des Federelements 10 wellenförmigen Verlauf, wobei das Federelement (10) mindestens einen ersten Schenkel (16) sowie einen zweiten Schenkel (18) aufweist, wobei der erste Schenkel (16) über einen in Längsrichtung (LR) des Federelements (10) verlaufenden Biegebereich (14) mit dem zweiten Schenkel (18) verbunden ist, und wobei der erste Schenkel (16) und der zweite Schenkel (18) in Längsrichtung (LR) des Federelements (10) über einen Einfederweg (E) zueinander beabstandet sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem ersten Schenkel (16) und dem zweiten Schenkel (18) mindestens ein Stützelement (20) geordnet ist.

Description

Federelement
BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft ein Federelement gemäß der im Oberbegriff des Pa- tentanspruches 1 angegebenen Art.
Federelemente bestehend aus einem Federband sind in verschiedenen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik bekannt. Sie können bei- spielsweise mäanderförmig ausgestaltet sein, wobei das Federband, beste- hend aus mehreren über bogenförmige Biegebereiche miteinander verbundenen Schenkeln, um eine Längsmittellinie mäandert, die im Wesent- lichen der Richtung der Krafteinleitung entspricht. Die jeweils über den Bie- gebereich miteinander verbundenen Schenkel weisen im unbelasteten Zustand einen Winkel zueinander auf, der durch eine äußere Krafteinwirkung veränderbar ist. Bei beispielsweise maximaler Belastung befinden sich die unmittelbar übereinander angeordneten Biegebereiche miteinander in An- schlag. Die Länge der Schenkel bestimmt einen Hebelarm, der einen Ein- fluss auf die Federkennlinie des Federelements hat. Die auf das Federelement einwirkenden Kräfte bewirken eine Verformung der Biegebe- reiche, die eine entgegen der Krafteinwirkung gerichtete Rückstellkraft er- zeugen. Dadurch treten die größten Belastungen des Federelements in den bogenförmigen Biegebereichen auf. Die Biegebereiche bestimmen maßgeb- lich die aufbringbare Federkraft eines solchen Federelements.
Verformungen des Federelements im Biegebereich aufgrund von auftreten- den Belastungen können zu frühzeitiger Ermüdung oder Beschädigung des Federelements führen. Aus diesem Grund sind solche Federelemente oft- mals aus Faserverbundmaterial hergestellt und über Verstärkungselemente zusätzlich stabilisiert.
Die DE 10 2008 006 411 A1 beschreibt z. B. ein Federelement aus Faser- verbundmaterial, umfassend ein wellenförmiges Federband dessen Biegebe- reiche eine variable Materialdicke aufweisen. Die vergrößert ausgebildete Querschnittsfläche des Federelements im Biegebereich weist ein erhöhtes Widerstandsmoment auf. Dadurch können die im Biegebereich auftretenden Verformungskräfte besser aufgenommen werden, vgl. EP 2 472 137 A2. Ein Problem mit derartig ausgebildeten Federelementen ist, dass sie oftmals abseits der Biegebereiche überdimensioniert ausgelegt sind, wodurch sich das Eigengewicht des Federelements erhöht.
In der EP 2 990 684 B1 ist ein Federelement vorgeschlagen, dessen Biege- bereich zwei einander gegenüberliegende sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung gekrümmte Außenseiten aufweist. Dadurch sind bei einer Verformung des Federelements im Biegebereich durch auftretende Kräfte die Zug- und Druckbelastungen gleichmäßiger über die gekrümmt verlaufenden, äußeren Bereiche des Biegefederelements verteilbar. Solche Anordnungen sind jedoch aufwendig und deren Herstellung kostenintensiv.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Federelement derart weiter- zubilden, dass das Federelement erhöhten Belastungsverhältnissen im Ein- satz standhalten kann.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan- spruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. In bekannter Art und Weise weist ein Federelement, bestehend aus einem in Längsrichtung des Federelements verlaufenden, wellenförmigen Federband mindestens zwei Schenkel auf, die jeweils über einen Biegebereich mitei- nander verbunden sind. Das Federband mäandert um eine Längsmittellinie, die im Wesentlichen der Richtung der Krafteinleitung entspricht. Im unbelas- teten Zustand sind die über den Biegebereich miteinander verbundenen Schenkel in Längsrichtung des Federelements über den Einfederweg vonei- nander beabstandet und weisen einen Winkel zueinander auf. Eine äußere Krafteinwirkung auf das Federelement bewirkt eine elastische Verformung des Biegebereichs, wodurch sich der Abstand in Längsrichtung des Fe- derelements und der Winkel zwischen dem ersten Schenkel und dem zwei- ten Schenkel verändert. Bei einer äußeren Krafteinwirkung treten in den gekrümmt ausgestalteten Biegebereichen des Federelements die größten Verformungen und somit auch die größte mechanische Beanspruchung des Federelements auf.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Stützelement zwi- schen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel des Federelements angeordnet ist. Dadurch ist eine zusätzliche Abstützung im Bereich der Schenkel, einhergehend mit einer erhöhten Stabilität des Federelements in diesem Bereich, ermöglicht. Durch eine geeignete Ausgestaltung und Positi onierung des Stützelements ist eine Vergleichmäßigung der Bauteilanstren- gung des Federelements und damit eine möglichst homogene und gleichmäßige Beanspruchung des Federelements während der erzwungenen Verformung des Federelements erreichbar. Die Positionierung sowie die Größe der einzelnen Stützelemente entscheiden über die Leistung des Fe- derelements und sind in vorteilhafter Weise für jedes Federelement und seinen jeweiligen Einsatzbereich gesondert auslegbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist bei einer äußeren Kraftein- wirkung auf das Federelement der Einfederweg zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel über das Stützelement begrenzbar. Die über den Biegebereich miteinander verbundenen Schenkel sind im unbelas- teten Zustand über den Einfederweg in Längsrichtung des Federelements voneinander beabstandet und weisen einen Winkel zueinander auf, der sich durch eine äußere Krafteinwirkung über die elastische Verformung des Bie- gebereichs verändert. Dadurch verkleinert sich der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel in Längsrichtung des Federelements. Bei hoher Einfederung begrenzt das zwischen den Schenkeln angeordnete Stüt- zelement den Einfederweg und gewährleistet, dass die beiden Schenkel sich über das zwischen ihnen angeordnete Stützelement aufeinander abstützen.
Diese zusätzliche Abstützung gegenüber der äußeren Krafteinwirkung im Bereich der Schenkel ermöglicht, dass die Spannungen im hochbelasteten Biegebereich auf den Bereich der Schenkel verteilbar sind. Das erfindungs- gemäße Stützelement reduziert die Spannungen des Biegebereichs indem eine höhere Belastung im Bereich der Schenkel aufnehmbar ist. In vorteilhaf- ter Weise erhöht das Stützelement die mechanische Belastbarkeit des Fe- derelements, so dass weitgehend gleichmäßige Spannungszustände im Biegeberich sowie im Bereich der Schenkel des belasteten Federelements herrschen und eine örtliche Überbeanspruchung des Biegebereichs ver- meidbar ist. Gesamtheitlich bewirkt das Stützelement eine Steigerung des Kraftniveaus des Federelements.
Vorzugsweise sind das Federband und das Stützelement aus dem gleichen Material ausgebildet. Dadurch ist eine einheitliche Materialstärke des gesam- ten Federelements möglich. Ferner ermöglicht der Gebrauch eines einheitli- chen Materials für das Federband sowie für das Stützelement ein einteiliges Produktionsverfahren für das gesamte Federelement, wobei ein aufwendiger Montageprozess vermeidbar ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das Federband und das Stützelement aus Kunststoff ausgebildet. Die Vorzüge eines aus Kunststoff angefertigten Bauteils sind das geringe Gewicht sowie die geringen Herstell- kosten. Die physikalischen Eigenschaften moderner Kunststoffe gewährleis- ten die Produktion von leistungsfähigen Bauteilen, die korrosionsbeständig sind.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind das Federband und das Stützelement aus Metall ausgebildet. Metalle sind vielseitig verwendbar und widerstandsfähig. Sie verfügen über eine gute Formbarkeit und hohe mecha- nische Festigkeit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das Federband und das Stütze- lement aus Verbundmaterial ausgebildet. Das Federelement kann beispiels- weise aus einem Faserkunststoffverbundmaterial hergestellt sein. Ein solches Federelement weist in vorteilhafter Weise ein geringes Gewicht auf, ist korrosionsbeständig und hat eine flexible, anpassbare Form. Durch die entsprechende Wahl von Materialkombination und Faseranordnung sind die Federeigenschaften des Federelements auf den dafür vorgesehenen Ver- wendungszweck gezielt anpassbar.
Bevorzugt sind das Federband und das Stützelement einteilig ausgebildet. Es ist denkbar, dass das Federband und das Stützelement mittels Spritz- gießverfahren einteilig in einer Werkzeugform herstellbar sind, wodurch eine effiziente Struktur und hohe Stabilität der Verbindung des Stützelements mit dem Federband möglich ist. Der Produktionsaufwand des Spritzgießverfah- rens ist gering und Nacharbeitung der Formteile ist kaum notwendig. Weitere Vorzüge des Spritzgießverfahrens sind das vollautomatisierbare Produkti- onsverfahren, die nahezu freie Wahl an Produktionsform und die hohe Re- produziergenauigkeit der Formteile, auch bei komplizierten Formteilen. Das Spritzgießverfahren lässt sich insbesondere für die Verarbeitung von Kunst- stoffen anwenden. Metallpulver-Spritzguss ermöglicht die komplexe Formge- bung präziser Bauteile aus metallischen Werkstoffen.
Das Federband und das Stützelement können beispielsweise auch aus Ver- bundmaterial, insbesondere aus Faserkunststoffverbundmaterial, einteilig in einer Werkzeugform hergestellt sein. Dadurch sind das Stützelement und das Federband mit hoher Stabilität miteinander verbunden. Bei diesem Ver- fahren sind beispielsweise Prepregs verwendbar, wobei die Rezeptur des Flarzes, die Wahl des Faserwerkstoffs, die Richtung der Fasern im Verstär- kungsgewebe und/oder die Positionierung und/oder Anzahl der Prepregs veränderbar ist, um die Federeigenschaften des Federelements auf die dafür vorgesehenen Verwendungszwecke anzupassen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind das Federband und das Stützelement aus unterschiedlichen Materialen ausgebildet. Das ermöglicht die Anwendung einer vielfältigen Werkstoffkombination für die Fierstellung des Federelements. Dadurch ist die Leistung des Federelements in vorteil hafter Weise für seinen jeweiligen Einsatzbereich gesondert über unter- schiedliche Werkstoffkombinationen des Federbands und der Stützelemente auslegbar.
Bevorzugt sind das Federband und das Stützelement zweiteilig ausgebildet. Dadurch ist eine höhere Flexibilität in der Auslegung des Federelements ermöglicht, beispielsweise durch zahlreiche Möglichkeiten der weiterführen- den Veränderungen, Variantenbildung und Werkstoffkombinationen.
Vorzugsweise ist das Stützelement stoffschlüssig mit dem Federband ver- bunden. Insbesondere kann es sich um eine Klebeverbindung zwischen dem Stützelement und dem Federband handeln. In vorteilhafter Weise ergibt die stoffschlüssige Verbindung des Stützelements mit dem Federband in der Gesamtheit einen festen Körper mit hoher Stabilität. Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Zeichnung bedeutet:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Federelement im unbelasteten Zu- stand;
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Federelement unter einer äußeren Krafteinwirkung; und
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Federelement unter Volleinfederung.
Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen in einer schematischen Darstellung ein insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnetes Federelement.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Federelement 10 im unbelasteten Zu- stand dargestellt. Das Federelement 10 weist ein in Längsrichtung LR wel- lenförmig verlaufendes Federband 12 auf.
Vorliegend weist das Federelement 10 mehrere elastisch verformbare, bo- genförmige Biegebereiche 14 auf. Jeder Biegebereich 14 ist zwischen einem ersten Schenkel 16 und einem zweiten Schenkel 18 angeordnet und verbin- det die beiden Schenkel 16, 18 in einem Winkel zueinander. Die Schenkel 16, 18 weisen einen im Wesentlichen S-förmigen Verlauf auf. Die Biegebe- reiche 14 sind in abwechselnder Ausrichtung zueinander angeordnet, so dass das Federband 12 mäanderförmig verlaufend ausgebildet ist. Das Fe- derband 12 mäandert um eine Längsmittellinie, die im Wesentlichen der Richtung der Krafteinleitung K entspricht. Der erste Schenkel 16 und der zweite Schenkel 18 sind in Längsrichtung über den Einfederweg E voneinander beabstandet. Zwischen dem ersten Schenkel 16 und dem zweiten Schenkel 18 ist ein Stützelement 20 angeord- net. Es ist denkbar, dass das Stützelement 20 aus dem gleichen Material wie das Federband 12 hergestellt ist. Insbesondere können sie beide aus Kunst- stoff hergestellt sein. Ferner ist es denkbar, dass das Federband 12 und das Stützelement 20 mittels Spritzgießverfahren einteilig hergestellt sind.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Federelement 10 dargestellt, auf das eine äußere Kraft K in den Endbereichen 22 des Federelements 10 einwirkt, wodurch die Verformung des Federelements 10 vor allem in den Biegeberei- chen 14 erzwungen wird. Die jeweils über den Biegebereich 14 miteinander verbundenen Schenkel 16, 18 weisen im unbelasteten Zustand einen Winkel zueinander auf, der sich durch die äußere Krafteinwirkung K verändert, wodurch die Schenkel 16, 18 nunmehr annähernd parallel zueinander ange- ordnet sind. Die äußere Krafteinwirkung K auf das Federelement 10 bewirkt eine Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Schenkel 16 und dem zweiten Schenkel 18. Die Ausprägung des Federelements mit Schenkeln 16, 18 und Biegebereichen 14 weist eine außergewöhnlich hohe Energiespei- cherfähigkeit auf, da die Spannung des Federelements 10 gleichmäßig über die Schenkel 16, 18 und die Biegebereiche 14 verteilt ist.
Fig. 3 stellt das erfindungsgemäße Federelement 10 bei Volleinfederung dar. Bei sehr hoher Belastung des Federelements 10 bewegen sich die beiden über einen Biegebereich 14 miteinander verbundenen Schenkel 16, 18 auf- einander zu, und treffen in einem Winkel aufeinander. Dabei findet die größte Verformung und damit einhergehend die größte mechanische Beanspru- chung des Federelements 10 im Bereich der bogenförmigen Biegebereiche 14 statt. Bei maximaler Belastung befinden sich die unmittelbar übereinander angeordneten Biegebereiche miteinander in Anschlag. Das Aufbringen eines Stützelements 20 zwischen dem ersten Schenkel 16 und dem zweiten Schenkel 18 verändert die Spannungsverteilung innerhalb des Federelements 10 deutlich. Bei Volleinfederung des Federelements 10 ermöglicht das Stützelement 20, dass der erste Schenkel 16 und der zweite Schenkel 18 sich aufeinander abstützen, indem das Stützelement 20 den Einfederweg E zwischen den beiden Schenkeln 16, 18 begrenzt. Dadurch ist die Stabilität des Federelements 10 in diesem Bereich erhöht. Durch die zusätzliche Abstützung gegenüber der äußeren Krafteinwirkung K im Bereich der Schenkel 16, 18 ist es möglich den hochbelasteten Biegebereich 14 zu entlasten und die Spannungen in größerem Umfang auf den Bereich der Schenkel 16, 18 zu verteilen. Dadurch sind die Spannungskonzentrationen in den Biegebereichen 14 vermindert, und im gesamten, hochbelasteten Fe- derelement 10 herrschen weitgehend gleichmäßige Spannungszustände. Durch die zusätzliche Abstützung im Bereich der Schenkel 16, 18 ist eine gleichmäßigere Verteilung der Spannung und eine Steigerung des gesamt- heitlichen Kraftniveaus des Federelements 10 ermöglicht.
Die Position und die Größe des Stützelements 20 haben einen wesentlichen Einfluss auf die Leistung des Federelements 10. Deswegen sind die Größe und die Position der Stützelemente 20 für jedes Federelement 10 und seinen jeweiligen Einsatzbereich gesondert auszulegen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Federelement (10), umfassend ein Federband (12) mit einem in Längsrichtung (LR) des Federelements 10 wellenförmigen Verlauf, wobei das Federelement (10) mindestens einen ersten Schenkel (16) sowie einen zweiten Schenkel (18) aufweist, wobei der erste Schenkel (16) über einen in Längsrichtung (LR) des Federelements (10) verlau- fenden Biegebereich (14) mit dem zweiten Schenkel (18) verbunden ist, und wobei der erste Schenkel (16) und der zweite Schenkel (18) in Längsrichtung (LR) des Federelements (10) über einen Einfederweg (E) zueinander beabstandet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem ersten Schenkel (16) und dem zweiten Schenkel (18) mindestens ein Stützelement (20) angeordnet ist.
2. Federelement (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Einfederweg (E) zwischen dem ersten Schenkel (16) und dem zweiten Schenkel (18) über das Stützelement (20) begrenzbar ist.
3. Federelement (10) nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Federband (12) und das Stützelement (20) aus dem gleichen Ma- terial ausgebildet sind.
4. Federelement (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Federband (12) und das Stützelement (20) aus Kunststoff ausge- bildet sind.
5. Federelement (10) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass
das Federband (12) und das Stützelement (20) aus Metall ausgebildet sind.
6. Federelement (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Federband (12) und das Stützelement (20) aus Verbundmaterial ausgebildet sind.
7. Federelement (10) nach Anspruch 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Federband (12) und das Stützelement (20) einteilig ausgebildet sind.
8. Federelement (10) nach Anspruch 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Federband (12) und das Stützelement (20) aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind.
9. Federelement (10) nach Anspruch 3 bis 6 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Federband (12) und das Stützelement (20) zweiteilig ausgebildet sind.
10. Federelement (10) nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Stützelement (20) stoffschlüssig mit dem Federband (12) verbun- den ist.
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