DE102017218553A1

DE102017218553A1 - Herstellungsverfahren für Blattfedern aus faserverstärktem Kunststoff mit integrierten Augenbuchsen und Blattfeder aus faserverstärktem Kunststoff

Info

Publication number: DE102017218553A1
Application number: DE102017218553.8A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wolf-Monheim
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2037-10-19
Also published as: CN109676952A; DE102017218553B4; US20190113095A1; US10767720B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine faserverstärkte Kunststoff-Blattfeder (1) und ein Verfahren zur Herstellung der faserverstärkten Kunststoff-Blattfeder (1), die insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug geeignet ist. Sie weist einen länglich ausgebildeten Blattfedergrundkörper (2) auf, der an einem ersten Ende eine erste Augenbuchse und an einem zweiten Ende eine zweite Augenbuchse (12) umfasst. Dabei wird der Blattfedergrundkörper (2), sowie die erste und die zweite Augenbuchse (11, 12) mit mindestens einer ersten Schicht (13) und einer zweiten Schicht (14) eines Verbund- und/oder Kompositmaterials, beispielsweise Prepreg, gebildet. Jede der Schichten (13, 14) wird zur Ausbildung des Blattfedergrundkörpers (2) entlang einer Zentrallinie (18) des Blattfedergrundkörpers (2) geführt und zur Ausbildung der ersten und der zweiten Augenbuchse (11, 12) jeweils um ein, eine erste Zentralachse (z3) aufweisendes, Buchsenelement (3) und um ein, eine zweite Zentralachse (z4) aufweisendes, Buchsenelement (4) gewickelt. Die Erfindung ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die erste Schicht (13) in einer ersten Umfangsrichtung (φ1) um das erste Buchsenelement (3) und das zweite Buchsenelement (4) gewickelt wird und in einem zweiten Schritt die zweite Schicht (14) in einer zweiten Umfangsrichtung (φ2), entgegen der ersten Umfangsrichtung (φ1) um das erste Buchsenelement (3) und zweite Buchsenelement (4) gewickelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Blattfeder aus faserverstärktem Kunststoff bzw. eine Verbundblattfeder für Federungssysteme, insbesondere in Fahrzeugen, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Blattfeder aus faserverstärktem Kunststoff gemäß Anspruch 10.
Stahlkomponenten durch faserverstärkte Kunststoff-, Plastik- bzw. Verbundkomponenten zu ersetzen, ist ein wichtiges Instrument für kosten- und gewichtsoptimierte Lösungen für zukünftige Kraftfahrzeuge bzw. Automobile. Ein Beispiel hierfür sind Blattfedern aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen, die bis zu 60% weniger wiegen als vergleichbare Stahlkomponenten.
Daneben bieten die mechanischen Eigenschaften von faserverstärkten Verbundwerkstoffen weitere Vorteile gegenüber herkömmlichen Materialien. Blattfedern aus faserverstärktem Verbundmaterial bzw. Verbund-Blattfedern absorbieren Energie leichter als Stahl und erhöhen, eingebaut in die Federungssysteme der Stoßdämpfung, den Fahrkomfort der Fahrzeuginsassen. Neben einer größeren Ermüdungsbeständigkeit als bei Stahlfedern, würde bei Verbundwerkstoffen ein Werkstoffversagen allmählich eintreten und wäre damit im Vorfeld identifizierbar, wodurch das plötzliche katastrophale Versagen von Metallteilen vermieden werden kann. Ferner sind faserverstärkte Kunststoff-Blattfedern den typischen Umgebungsbedingungen gut gewachsen. Sie sind korrosionsbeständig und resistent gegen Salzschäden im Winter, sowie Öl, Benzin und Batteriesäure. Im Gegensatz zu Metall müssen Verbundblattfedern auch nicht mit schützender Korrosionsschutzfarbe beschichtet werden.
Verbund-Blattfedern werden üblicherweise durch das Formen von Verstärkungsfasern in einem Kunststoffmaterial, wie einer Epoxidmatrix oder einer Matrix aus anderen Polymerharzen, hergestellt. Typischerweise werden die Fasermaterialien in Bahnen bzw. Rollen bereitgestellt und vor dem Einlegen in die Montageformen in einem Formwerkzeug zugeschnitten. Anschließend werden sie voneinander beabstandet in die Montageform gelegt, die dann mit Harz oder einem vergleichbaren Polymer ausgegossen wird. Durch Wärmebehandlung wird eine chemische Reaktion in Gang gesetzt, durch welche die Blattfeder gebildet wird. Ein weiterer typischer Verbundwerkstoff ist Prepreg. Mit Prepreg findet ein alternatives Herstellungsverfahren Anwendung. Dabei wird ein mit Reaktionsharzen vorimprägniertes textiles Faser-Matrix-Halbzeug bzw. ein faserverstärktes Harzsystem durch Pressen und unter Wärmebehandlung zu einer Verbundblattfeder geformt.
Zum Einbau bzw. zur Montage der Blattfedern sind unter anderem ein oder mehrere sogenannte Augenbuchsen an den Enden der Blattfedern vorgesehen. Die Integration dieser zylindrischen Buchsen an den Enden der Blattfedern aus faserverstärktem Kunststoff-Material, ohne Störung des Faserverlaufs, um eine robuste, langlebige und kostengünstige Kunststoff-Blattfeder mit integrierten Haltevorrichtungen zu erhalten, ist eine Herausforderung.
Aus dem Stand der Technik ist in der US 2012/0211931 A1 eine Verbund-Blattfeder aus einem faserverstärkten Körper, der in einem gehärteten Harz eingebettet ist, mit einem Mittelabschnitt und gegenüberliegenden Endabschnitten bekannt. Die Fasern sind in mehreren Schichten einer Bahn angeordnet, die sich im Wesentlichen vollständig, als kontinuierliche Bahn ausgebildet, über den Mittelabschnitt und die etwaigen Endabschnitte der Verbund-Blattfeder erstrecken. Das Bahnmaterial selbst weist mehrere Stränge auf, die sich in Längsrichtung entlang der Bahn erstrecken, d.h. in Richtung der Länge des faserverstärkten Körpers. Ferner umfasst die Bahn eine Reihe von quer verlaufenden Elementen, die sich quer (schräg oder allgemein senkrecht) relativ zu der Länge des faserverstärkten Körpers erstrecken.
Ferner sind in der US 3,900,357 verschiedene Lehren für Federkonfigurationen und Herstellungsverfahren für Blattfedern aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen und deren Möglichkeiten zur Anwendung in Kraftfahrzeugen beschrieben. Offenbart ist die Verwendung von feinen Filamenten oder Fasern als Spannungsabsorber. Die Fasern werden flächig aneinander gelegt und durch ein geeignetes Matrixmaterial zusammengehalten, wobei sich diese im Wesentlichen in einer selben Richtung in einer einzigen Lage erstrecken. Mehrere Lagen, die mit einem Matrixmaterial vorimprägniert sind, können zu einer mehrlagigen Laminierung verbunden werden. Anschließend kann die Blattfeder helixartig mit zwei Schichten Verbundmaterial umhüllt werden. Dabei wird unter anderem zunächst die erste spiralförmige Schicht in einer Linkswendel gewickelt, anschließend wird die zweite spiralförmige Schicht in einer Rechtswendel um die gesamte Blattfeder herumgewickelt.
Ziel der US 4,414,049 ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder mit einem variablen Querschnitt und einer variablen Dicke aufzuzeigen. Dabei wird das Filamentmaterial als ein einzelner zusammenhängender Strang derart zwischen Bolzen bzw. Buchsenelementen verflochten, dass sich eine Blattfeder ausbildet. Je mehr Bolzen bzw. Buchsenelemente dabei umwickelt werden, desto größer wird der Querschnitt der Blattfeder.
Die US 9,194,451 B2 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff, bei dem an mindestens einem axialen Ende ein Lagerauge ausgebildet ist. Dabei wird zunächst ein Streifen Prepreg bereitgestellt und an den jeweiligen Enden des Streifens ein Lagerauge konfiguriert. Um das Grundgerüst der Blattfeder auszubilden, wird eine Mehrzahl von Prepreg-Streifen zu einem Prepreg-Stapel übereinander angeordnet. Eine so hergestellte Blattfeder besteht aus nur einem einzigen Material und weist an mindestens einem der axialen Enden ein in die Blattfeder integriertes Lagerauge auf. Da in der Blattfeder keine unterschiedlichen Materialpaarungen vorhanden sind, werden im Betrieb die statischen und dynamischen Kräfte, die über das mindestens eine Lagerauge in die Blattfeder übertragen werden, im mittleren Teil der Blattfeder leicht als Zug- und Druckspannungen aufgenommen und damit letztlich in Wärmeenergie umgewandelt.
Die JP 57124141 A erhöht die Festigkeit eines endständigen Ösenteils einer Blattfeder, indem deren beiden Endteile um den Umfang einer Buchse gewickelt und die Überstände mit dem Mittelteil der Blattfeder vernäht bzw. verwoben werden. Dadurch kann eine große Festigkeit im Bereich der Ösenteile auch mit einfacher Fertigung erreicht werden.
Die US 4,565,356 stellt eine Kopplungsmöglichkeit des Fasermaterials mit den Buchsen zur Reduktion von Spannungsspitzen in der Blattfeder dar. Dabei umfasst die Buchse einen rohrförmigen Abschnitt mit einer zentralen Öffnung, wobei sich Rippenbündel von dem rohrförmigen Abschnitt ausgehend nach außen erstrecken.
In der US 4,749,534 ist ebenfalls ein Herstellungsverfahren für eine Verbund-Blattfeder offenbart, bei der durch Variation der Breite der Blattfeder die Belastung besser verteilt werden soll. Die dabei hergestellte Blattfeder ist ebenfalls mit einem Befestigungsauge ausgestattet. Die Kopplung zwischen dem Befestigungsauge und der Blattfeder wird über Metalleinlagen realisiert.
Die EP 0 215 365 A2 betrifft eine faserverstärkte Kunststoff-Blattfeder, bei der an den Enden, von Fasersträngen umgebene, zylindrische Buchsen vorhanden sind und in der Mitte eine Haltevorrichtung angebracht ist. Gemäß der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die, sich von Buchse zu Buchse erstreckenden, Faserstränge, die Buchsen umgreifend und nach Umlauf der Buchsen, an den durchgehenden Fasersträngen endend, ausgebildet sind.
Ein aus der US 4,468,014 bekanntes Verfahren sieht eine Verbund-Blattfeder vor, die durch zueinander beabstandetes Positionieren von Schichten innerhalb einer Form und anschließendes Ausgießen des Raums oder Einspritzen des Kernmaterials in den Raum zwischen den Schichten hergestellt wird. Vorzugsweise haben Schalen, welche die Form bilden, eine gleichmäßige Breite und Dicke, um die Herstellungskosten zu senken. Bei den meisten üblichen Fahrzeuganwendungen würde die Feder im mittleren Abschnitt einen Punkt maximaler Dicke aufweisen, an dem das Biegemoment am größten ist und sich zu jedem Ende hin verjüngen.
Die US 4,696,459 sieht eine Kunststoff-Blattfeder mit zwei plattenförmigen Verstärkungselementen vor. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Verstärkungselemente durch Bolzen miteinander und mit dem Ende der Blattfeder verbunden.
Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bieten Herstellungsverfahren für Blattfedern aus faserverstärktem Kunststoff bzw. Verbundmaterial noch Raum für Verbesserungen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Herstellungsverfahren für widerstandsfähige, langlebige, leichte und kostengünstige Blattfedern aus faserverstärktem Kunststoff mit integrierten Augenbuchsen bereitzustellen, wobei insbesondere überall in der Blattfeder gleiche bzw. einheitliche Wandstärken erreicht werden sollen. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine derartige Blattfeder bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Kunststoff-Blattfeder, insbesondere geeignet zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine faserverstärkte Kunststoff-Blattfeder, insbesondere für ein Kraftfahrahrzeug, mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Die Erfindung zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Kunststoff-Blattfeder auf, wie sie typischerweise in einem Kraftfahrzeug Anwendung findet. Blattfedern, ob aus Metall oder aus faserverstärktem Kunststoff, weisen einen länglich ausgebildeten Blattfedergrundkörper auf. Dieser Blattfedergrundkörper ist fast immer gekrümmt. Um als Biegefeder zu wirken, sind sowohl die Enden des länglichen Grundkörpers, als auch der Scheitel der Krümmung entsprechend gelagert. Mit Einwirken einer Kraft auf die Biegefeder, beispielsweise verursacht durch ein Schlagloch in der Straße, verformt sich die Biegefeder durch Abnahme der Krümmung. Dabei wird die Energie durch den Stoß in innere Energie in der Blattfeder umgewandelt. Nach Beendigung der Krafteinwirkung strebt die Biegefeder wieder in ihre Ausgangsform, d.h. in ihren ursprünglichen Krümmungsradius zurück. Zur Lagerung der Blattfeder sind an den Enden des Blattfedergrundkörpers zwei Augenbuchsen vorgesehen. Die mindestens zwei Augenbuchsen weisen zwei meist kreiszylindrische Buchsenelemente, beispielsweise ausgestaltet als Metalleinlagen, mit jeweils einer Zentralachse auf.
Bei einer faserverstärkten Kunststoff-Blattfeder werden sowohl der Grundkörper, als auch die Augenbuchsen aus mindestens zwei Schichten eines Kunststoff- und/oder Verbund- und/oder Kompositmaterials, beispielsweise Prepreg, gebildet. Dabei können prinzipiell die oben beschriebenen bekannten Herstellungsverfahren verwendet werden. Erfindungsgemäß wird jede der Schichten zur Ausbildung des Blattfedergrundkörpers entlang einer Zentrallinie der Blattfeder geführt. Die Zentrallinie stellt eine Verbindung der Zentralachsen der Buchsenelemente dar und bildet den Krümmungsverlauf der Blattfeder nach. Ein möglicher Verlauf der Zentrallinie wäre entlang der Berührungsfläche der zwei Schichten, welche den Grundkörper der Blattfeder bilden. In den Endbereichen der länglichen Blattfeder werden die Schichten zur Ausbildung der beiden Augenbuchsen um die Zentralachsen der Buchsenelemente gewickelt.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dabei in einem ersten Schritt die erste Schicht in einer ersten Umfangsrichtung um das erste Buchsenelement und in derselben Umfangsrichtung um das zweite Buchsenelement gewickelt wird. Die Zentrallinie der Blattfeder wird dabei vorzugsweise nicht gekreuzt oder geschnitten. In einem zweiten Schritt wird, insbesondere anschließend, die zweite Schicht in einer zweiten Umfangsrichtung, entgegen der ersten Umfangsrichtung um beide Buchsenelemente gewickelt, sodass die Zentrallinie vorzugsweise wieder nicht geschnitten wird. Dieses Wicklungsverfahren ermöglicht eine robuste, langlebige, leichte und kosteneffiziente Integration der Buchsenelemente in die Blattfeder, wobei der Faserverlauf der einzelnen Schichten nicht unterbrochen wird. Die Buchsenelemente, beispielsweise Metallbuchsen, sind nach Beendigung der Wicklung der beiden Schichten vollständig von faserverstärktem Verbund-Material umschlossen und damit stabil in die Blattfeder integriert.
Im Rahmen einer optionalen Weiterbildung der Erfindung werden in auf den zweiten Schritt folgenden, weiteren Schritten jeweils zusätzliche Schichten in alternierenden Umfangsrichtungen um das erste und das zweite Buchsenelement gewickelt, wobei mindestens in einem dritten Schritt eine dritte Schicht in der ersten Umfangsrichtung um das erste Buchsenelement und in derselben, ersten Umfangsrichtung um das zweite Buchsenelement gewickelt wird.
Anders ausgedrückt werden mehr als zwei Schichten an faserverstärktem Kunststoff-Material zur Ausbildung der Kunststoff-Blattfeder verwendet. Dadurch werden stabilere und belastbare Federungssysteme, beispielsweise für schwerere Fahrzeuge, gebildet. Dabei werden die Schichten in alternierender Umfangsrichtung zueinander um die Buchsenelemente gewickelt. Wird beispielsweise die erste Schicht im Uhrzeigersinn um beide Buchsenelemente gewickelt, so wird die zweite Schicht entgegen dem Uhrzeigersinn um beide Buchsenelemente gewickelt. Anschließend wird die dritte Schicht wieder im Uhrzeigersinn um beide Buchsenelemente gewickelt, während die vierte Schicht wieder entgegen dem Uhrzeigersinn um beide Buchsenelemente gewickelt wird. Dies wird fortgesetzt, bis die gewünschte Dicke der Wandung aus faserverstärktem Kunststoff erreicht ist.
Nach einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird jede der Schichten nur einlagig, entlang der Zentrallinie verlaufend, geführt. Sofern die Wandungsdicke des faserverstärkten Kunststoffs mit jeder hinzugefügten Schicht gleichmäßig anwachsen soll, ist darauf zu achten, dass jede Schicht stets einlagig entlang der Zentrallinie geführt wird. Eine doppellagige Führung einer Schicht, beispielsweise ein Umschlagen und Zurückführen ist damit zu vermeiden.
Eine vorteilhafte Verfahrensvariante sieht vor, dass jede der Schichten nur auf einer Seite der Zentrallinie verlaufend geführt wird, wobei die Schichten alternierend auf jeweils unterschiedlichen Seiten der Zentrallinie geführt werden. Sofern die Wandungsdicke des faserverstärkten Kunststoffs auf jeder Seite der Zentrallinie gleichmäßig anwachsen soll, ist darauf zu achten, dass bei einer Mehrzahl verwendeter Schichten aus faserverstärktem Kunststoff die Schichten stets auf alternierenden Seiten entlang der Zentrallinie geführt werden. Indem die Enden der jeweiligen Schichten, aufgrund einer alternierenden Wicklungsrichtung in einer ersten und einer zweiten Umfangsrichtung, auf unterschiedlichen Seiten der Zentrallinie im Bereich der Augenbuchsen anliegen und nur einlagig entlang der Zentrallinie verlaufen, lässt sich sowohl im Bereich der Augenbuchsen, als auch im Bereich des Blattfedergrundkörpers eine insgesamt einheitliche Wandstärke ausbilden.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Schichten im Bereich der ersten und der zweiten Augenbuchse übereinanderliegend angeordnet, wobei jede der Schichten die jeweils darunterliegende Schicht im Bereich der ersten und der zweiten Augenbuchse vollständig umwickelt. Das heißt, jede Schicht umgreift die jeweils darunterliegende Schicht im Bereich der zwei Augenbuchsen vollständig. Der Startpunkt und der Endpunkt einer neuen Schicht werden somit im Übergangsbereich zwischen Grundkörper und Augenbuchsen gewählt. Nach Umwicklung der ersten Augenbuchse und der vollständigen Bedeckung der darunterliegenden Schicht, wenigstens entlang des Umfangs, also in Umfangsrichtung, wird die Schicht entlang der Zentrallinie geführt und um die zweite Augenbuchse gewickelt, sodass erneut die darunterliegende Schicht vollständig bedeckt wird. Durch diese Art der Umwicklung ist die Wandstärke bzw. das verwendete Material an faserverstärktem Kunststoff im Bereich beider Augenbuchsen an jedem Punkt des Umfangs gleich groß. Dadurch, dass jede Schicht einlagig entlang der Zentrallinie geführt wird und der Start- bzw. Endpunkt einer jeden Schicht auf unterschiedlichen, gegenüberliegende Seiten der Zentrallinie liegt, entspricht auch die Wandstärke bzw. die Materialdicke des länglichen Blattfedergrundkörpers der Wandstärke bzw. der Materialdicke im Bereich der Augenbuchsen. Die Wandstärke der Blattfeder ist somit überall einheitlich ausgebildet. Hieraus lassen sich verbesserte Federeigenschaften und eine erhöhte Lebensdauer ableiten.
Besonders vorteilhaft wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine ungerade Anzahl an Schichten, vorzugsweise drei oder fünf Schichten, verwendet.
Bei einer optionalen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine ungerade Anzahl an Schichten verwendet wird, bildet die Zentrallinie eine Krümmung aus und die Anzahl der Schichten die auf einer einen kleineren Krümmungsradius aufweisenden Seite der Zentrallinie angeordnet ist, ist höher, als die Anzahl der Schichten, die auf einer einen größeren Krümmungsradius aufweisenden Seite der Zentrallinie angeordnet ist. Hieraus folgt, dass die Wanddicke auf der Seite der Zentrallinie mit dem kleineren Krümmungsradius größer ist, als auf der Seite mit dem größeren Krümmungsradius. Dadurch wird die Blattfeder auch bei stärkeren Belastungen im Bereich der Zugbeanspruchung robuster.
Vorzugsweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren jede Schicht, d.h. auch jede Lage einstückig ausgeführt. Die Schichten bestehen damit nicht aus mehreren verschiedenen zusammengesetzten Bereichen. Dies vereinfacht das Herstellungsverfahren. Insbesondere wird für jede Schicht ein durchgängiger Streifen eines Kunststoff- und/oder Verbund- und/oder Kompositmaterials, beispielsweise Prepreg, bereitgestellt, wobei die Länge der Streifen abhängig von deren Positionierung ist. So weist ein Streifen für eine Schicht, deren radialer Abstand zu den jeweiligen Zentralachsen der Buchsenelemente geringer ist, eine kürzere Länge auf, als ein Streifen für eine Schicht, deren radialer Abstand zu den jeweiligen Zentralachsen der Buchsenelemente vergleichsweise höher ist. Hierdurch wird zum einen der mit jeder Schicht steigende Umfang der Augenbuchsen und zum anderen der Versatz der jeweiligen Start- und Endpunkte ausgeglichen.
Das Buchsenelement kann nach einer bevorzugten Verfahrensvariante als einstückige Metallbuchse oder mehrteilig mit einer äußeren Metallhülse, einer inneren Metallhülse und einer gummiartigen, insbesondere einer Kautschukeinlage ausgebildet sein.
Eine erfindungsgemäße Blattfeder der eingangs beschriebenen Art weist einen länglich ausgebildeten Blattfedergrundkörper auf, der an einem ersten Ende eine erste Augenbuchse und an einem zweiten Ende eine zweite Augenbuchse aufweist. Dabei ist der Blattfedergrundkörper, sowie die erste und die zweite Augenbuchse mit mindestens einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht eines Kunststoff- und/oder Verbund- und/oder Kompositmaterials beispielsweise Prepreg, gebildet. Jede der Schichten ist zur Ausbildung des Blattfedergrundkörpers entlang einer Zentrallinie des Blattfedergrundkörpers geführt und zur Ausbildung der ersten und der zweiten Augenbuchse jeweils um ein eine erste Zentralachse aufweisendes Buchsenelement und um ein eine zweite Zentralachse aufweisendes Buchsenelement gewickelt. Die erfindungsgemäße Blattfeder kennzeichnet sich dadurch, dass jede der Schichten einlagig entlang der Zentrallinie (verläuft, wobei die erste Schicht derart in einer ersten Umfangsrichtung um das erste Buchsenelement und in derselben Umfangsrichtung um das zweite Buchsenelement gewickelt ist, dass die erste Schicht auf einer ersten Seite der Zentrallinie verläuft. Die zweite Schicht ist derart in einer zweiten Umfangsrichtung, entgegen der ersten Umfangsrichtung um das erste Buchsenelement und in derselben Umfangsrichtung um das zweite Buchsenelement gewickelt, dass die zweite Schicht auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Zentrallinie verläuft, wobei der Blattfedergrundkörper sowie die erste und die zweite Augenbuchse jeweils eine einheitliche Wandstärke aufweisen. Jede weitere Schicht kann entsprechend alternierend verlaufen, um eine einheitliche Wandstärke auszubilden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Blattfeder mit integrierten Augenbuchsen,
2 eine schematische Seitenansicht einer ersten Augenbuchse der beispielhaften Ausführung nach 1, und
3 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Augenbuchse der beispielhaften Ausführung nach 1.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Blattfeder 1 aus faserverstärktem Kunststoff- bzw. Verbundmaterial, welche einen Blattfedergrundkörper 2 mit einem ersten und einem zweiten integrierten Buchsenelement 3, 4 zur Aufhängung und/oder Befestigung der Blattfeder 1, beispielsweise in einem Federungssystem einer Fahrzeugstoßdämpfung, aufweist. Das erste Buchsenelement 3 umfasst eine äußere Metallhülse 5, eine innere Metallhülse 7 und eine Kautschukeinlage 9. Das zweite Buchsenelement 4 umfasst ebenfalls eine äußere Metallhülse 6, eine innere Metallhülse 8 und eine Kautschukeinlage 10. Die abgebildete Blattfeder 1 ist achsensymmetrisch und weist einen gebogenen bzw. gekrümmten Verlauf auf. Die gestrichelt dargestellte Zentrallinie 18 ist eine gedachte Verbindungslinie zwischen einer Zentralachse z3 des ersten Buchsenelements 3 mit einer Zentralachse z4 des zweiten Buchsenelements 4. Die Zentrallinie 18 bildet den Krümmungsverlauf der Blattfeder 1 nach. Wird die Blattfeder 1 durch mechanische Belastung beansprucht, nimmt die Krümmung ab. Bei Entlastung nimmt die Krümmung wieder ihren ursprünglichen Verlauf an.
Der Wicklungsablauf einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist anhand der schematischen Seitenansichten für die erste Augenbuchse 11 und die zweite Augenbuchse 12 in den 2 und 3 in gleicher Weise dargestellt. Verschiedene Schichten aus faserverstärktem Verbundmaterial 13, 14, 15, 16 und 17, beispielsweise Schichten aus Harzmatten, werden gemäß dem nachfolgenden Verfahrensablauf gewickelt:

• Eine erste Schicht 13 wird in einem ersten Schritt in einer ersten Umfangsrichtung φ1, wie anhand der dargestellten Pfeilrichtungen angedeutet, im Uhrzeigersinn um das erste Buchsenelement 3 gewickelt (2). Anschließend wird die erste Schicht 13 entlang der Zentrallinie 18 der Blattfeder 1 geführt und schließlich in der ersten Umfangsrichtung φ1, im Uhrzeigersinn um das zweite Buchsenelement 4 gewickelt (3).
• Eine zweite Schicht 14 wird in einem zweiten Schritt in einer zweiten Umfangsrichtung φ2, wie anhand der dargestellten Pfeilrichtungen angedeutet, entgegen dem Uhrzeigersinn um das erste Buchsenelement 3 gewickelt (2). Anschließend wird die zweite Schicht 14 entlang der Zentrallinie 18 der Blattfeder 1 geführt und schließlich in der zweiten Umfangsrichtung φ2, entgegen dem Uhrzeigersinn, um das zweite Buchsenelement 4 gewickelt (3).
• Eine dritte Schicht 15 wird in einem dritten Schritt in der Umfangsrichtung φ1, wie anhand der dargestellten Pfeilrichtungen angedeutet, im Uhrzeigersinn um das erste Buchsenelement 3 gewickelt (2). Anschließend wird die dritte Schicht 15 entlang der Zentrallinie 18 der Blattfeder 1 geführt und schließlich in der ersten Umfangsrichtung φ1, im Uhrzeigersinn, um das zweite Buchsenelement 4 gewickelt (3).
• Eine vierte Schicht 16 wird in einem vierten Schritt in der zweiten Umfangsrichtung φ2, wie anhand der dargestellten Pfeilrichtungen angedeutet, entgegen dem Uhrzeigersinn um das erste Buchsenelement 3 gewickelt (2). Anschließend wird die vierte Schicht 16 entlang der Zentrallinie 18 der Blattfeder 1 geführt und schließlich in der zweiten Umfangsrichtung φ2, entgegen dem Uhrzeigersinn, um das zweite Buchsenelement 4 gewickelt (3).
• Eine fünfte Schicht 17 wird in einem fünften Schritt in der ersten Umfangsrichtung φ1, wie anhand der dargestellten Pfeilrichtungen angedeutet, im Uhrzeigersinn um das erste Buchsenelement 3 gewickelt (2). Anschließend wird die fünfte Schicht 17 entlang der Zentrallinie 18 der Blattfeder 1 geführt und schließlich in der ersten Umfangsrichtung φ1, im Uhrzeigersinn, um das zweite Buchsenelement 4 gewickelt (3).

Je nach gewünschter Stärke der Blattfeder 1 können beliebig weitere Schichten in weiteren Schritten gemäß dem obigen Ablauf gewickelt werden. Die Start- und Endpunkte der jeweiligen Schichten 13, 14, 15, 16 und 17 sowie weiterer Schichten werden in jedem nachfolgenden Schritt in Richtung des Blattfedergrundkörpers 2 verlagert bzw. wird der jeweilige Abstand zu der entsprechenden Zentralachse z1 bzw. z2 vergrößert.
Dieser schichtartige Aufbau ermöglicht eine konstante Wandstärke in allen Bereichen, sowohl entlang des Blattfedergrundkörpers 2, als auch in den Regionen der Augenbuchsen 3, 4. Wird die erste Schicht 13 zunächst entgegen dem Uhrzeigersinn gewickelt, alternieren die darüber liegenden Schichten entsprechend. Die Anfangs- und Endpunkte einer jeweiligen Schicht entfernen sich mit zunehmender Wandungsdicke des faserverstärkten Kunststoffs immer weiter von den Zentralachsen z3, z4 der Buchsenelemente.
Bezugszeichenliste

1: Blattfeder
2: Blattfedergrundkörper
3: erstes Buchsenelement
4: zweites Buchsenelement
5: erste äußere Metallhülse
6: zweite äußere Metallhülse
7: erste innere Metallhülse
8: zweite innere Metallhülse
9: erste Kautschukeinlage
10: zweite Kautschukeinlage
11: erste Augenbuchse
12: zweite Augenbuchsen
13: erste Schicht
14: zweite Schicht
15: dritte Schicht
16: vierte Schicht
17: fünfte Schicht
18: Zentrallinie des Blattfedergrundkörpers
φ1: erste Umfangsrichtung
φ2: zweite Umfangsrichtung
z3: Zentralachse der ersten Augenbuchse/des ersten Buchsenelements
z4: Zentralachse der zweiten Augenbuchse/des zweiten Buchsenelements

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

US 2012/0211931 A1 [0006]
US 3900357 [0007]
US 4414049 [0008]
US 9194451 B2 [0009]
JP 57124141 A [0010]
US 4565356 [0011]
US 4749534 [0012]
EP 0215365 A2 [0013]
US 4468014 [0014]
US 4696459 [0015]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Kunststoff-Blattfeder (1), insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem länglich ausgebildeten Blattfedergrundkörper (2), der an einem ersten Ende eine erste Augenbuchse (11) und an einem zweiten Ende eine zweite Augenbuchse (12) aufweist, wobei der Blattfedergrundkörper (2), sowie die erste und die zweite Augenbuchse (11, 12) mit mindestens einer ersten Schicht (13) und einer zweiten Schicht (14) eines Kunststoff- und/oder Verbund- und/oder Kompositmaterials, beispielsweise Prepreg, gebildet werden, indem jede der Schichten (13, 14) zur Ausbildung des Blattfedergrundkörpers (2) entlang einer Zentrallinie (18) des Blattfedergrundkörpers (2) geführt wird und zur Ausbildung der ersten und der zweiten Augenbuchse (11, 12) jeweils um ein, eine erste Zentralachse (z3) aufweisendes, erstes Buchsenelement (3) und um ein, eine zweite Zentralachse (z4) aufweisendes, zweites Buchsenelement (4) gewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die erste Schicht (13) in einer ersten Umfangsrichtung (φ1) um das erste Buchsenelement (3) und in derselben, ersten Umfangsrichtung (φ1) um das zweite Buchsenelement (4) gewickelt wird und in einem zweiten Schritt die zweite Schicht (14) in einer zweiten Umfangsrichtung (φ2), entgegen der ersten Umfangsrichtung (φ1), um das erste Buchsenelement (3) und in derselben, zweiten Umfangsrichtung (φ2) um das zweite Buchsenelement (4) gewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in auf den zweiten Schritt folgenden, weiteren Schritten jeweils zusätzliche Schichten (15, 16, 17) in alternierenden Umfangsrichtungen (φ1, φ2) um das erste und das zweite Buchsenelement (3, 4) gewickelt werden, wobei mindestens in einem dritten Schritt eine dritte Schicht (15) in der ersten Umfangsrichtung (φ1) um das erste Buchsenelement (3) und, in derselben, ersten Umfangsrichtung (φ1), um das zweite Buchsenelement (4) gewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Schichten (13, 14, 15, 16, 17) nur einlagig entlang der Zentrallinie (18) verlaufend geführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Schichten (13, 14, 15, 16, 17) nur auf einer Seite der Zentrallinie (18) verlaufend geführt wird, wobei die Schichten (13, 14, 15, 16, 17) alternierend auf jeweils unterschiedlichen Seiten der Zentrallinie (18) geführt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (13, 14, 15, 16, 17) zumindest im Bereich der ersten und der zweiten Augenbuchse (11, 12) übereinanderliegend angeordnet werden, wobei jede der Schichten (14, 15, 16, 17) die jeweils darunterliegende Schicht (13, 14, 15, 16, 17) zumindest im Bereich der ersten und der zweiten Augenbuchse (11, 12) vollständig umwickelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2-5, gekennzeichnet durch eine ungerade Anzahl an Schichten (13, 14, 15, 16, 17), vorzugsweise drei oder fünf Schichten (13, 14, 15, 16, 17).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrallinie (18) eine Krümmung ausbildet und die Anzahl der Schichten (13, 15, 17), die auf einer einen kleineren Krümmungsradius aufweisenden Seite der Zentrallinie (18) angeordnet ist, höher ist, als die Anzahl der Schichten (14, 16), die auf einer einen größeren Krümmungsradius aufweisenden Seite angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Schichten (13, 14, 15, 16, 17) einstückig ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Buchsenelement (3, 4) eine äußere Metallhülse (5, 6), eine innere Metallhülse (7, 8) und eine gummiartige Einlage, insbesondere eine Kautschukeinlage (9, 10), aufweist.
Kunststoff-Blattfeder (1), insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und bevorzugt zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem länglich ausgebildeten Blattfedergrundkörper (2), der an einem ersten Ende eine erste Augenbuchse (11) und an einem zweiten Ende eine zweite Augenbuchse (12) aufweist, wobei der Blattfedergrundkörper (2) sowie die erste und die zweite Augenbuchse (11, 12) mit mindestens einer ersten Schicht (13) und einer zweiten Schicht (14) eines Kunststoff- und/oder Verbund- und/oder Kompositmaterials, beispielsweise Prepreg, gebildet sind, indem jede der Schichten (13, 14) zur Ausbildung des Blattfedergrundkörpers (2) entlang einer Zentrallinie (18) des Blattfedergrundkörpers (2) verläuft und zur Ausbildung der ersten und der zweiten Augenbuchse (11, 12) jeweils um ein, eine erste Zentralachse (z3) aufweisendes, erstes Buchsenelement (3) und um ein, eine zweite Zentralachse (z4) aufweisendes, zweites Buchsenelement (4) gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Schichten (13, 14) einlagig entlang der Zentrallinie (18) verläuft, wobei die erste Schicht (13) derart in einer ersten Umfangsrichtung (φ1) um das erste Buchsenelement (3) und in derselben Umfangsrichtung (φ1) um das zweite Buchsenelement (4) gewickelt ist, dass die erste Schicht (13) auf einer ersten Seite der Zentrallinie (18) verläuft, und die zweite Schicht (14) derart in einer zweiten Umfangsrichtung (φ2), entgegen der ersten Umfangsrichtung (φ1) um das erste Buchsenelement (3) und in derselben Umfangsrichtung (φ2) um das zweite Buchsenelement (4) gewickelt ist, dass die zweite Schicht (14) auf einer, der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite der Zentrallinie (18) verläuft, wobei der Blattfedergrundkörper (2) sowie die erste und die zweite Augenbuchse (11, 12) jeweils eine einheitliche Wandstärke aufweisen.