Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer aus einem Faserverbundkunststoff gefertigten Blattfedervorrichtung und einen Baukasten zum Herstellen einer derartigen Blattfedervorrichtung.

Bei Kraftfahrzeugen können im Fahrwerk Federn zur federnden Lagerung des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Derartige Federn sind üblicherweise meist aus Metallwerkstoffen gefertigt und daher schwer und korrosionsanfällig. Federn aus Faserverbundkunststoffen sind im Vergleich hierzu leichter und weniger korrosionsanfällig, sind jedoch komplexer hinsichtlich ihres Designs und der Fertigung. Vor allem aus Faserverbundkunststoffen gefertigte Blattfedern verdrängen aufgrund ihres gegenüber Stahlspiralfedern einfacheren Designs verstärkt Stahlblattfedern im Automotive-Bereich und stellen gegenüber Stahlblattfedern eine disruptive Technologie dar, die zunehmend mit beherrschten Herstellungsverfahren etabliert werden kann. Ein attraktives Konzept zur Substitution von Stahlspiralfedern sind Biegefedern, die aus Faserverbundkunststoffen gefertigt sind. Für derartige Biegefedern gibt es bereits Herstellungskonzepte. Diese sind jedoch wirtschaftlich uninteressant, da zu teuer.

Vor allem im Bereich des F ahrwerks von Kraftfahrzeugen werden insbesondere für hochvolumige F ahrzeugplattformen, beispielsweise in der Größenordnung von mehreren Millionen Kraftfahrzeugen, unterschiedlichste Varianten einer Feder benötigt, da eine Fahrzeugplattform unterschiedliche Fahrzeugmodelle und Konfigurationen bedienen soll. Das heißt, die Federung ist für unterschiedliche Gewichtsklassen, beispielsweise durch unterschiedliche Motorisierung, Höhen des Aufbaus, Anwendungszwecke, wie beispielsweise Sport- oder Komfortversion oder dergleichen, unterschiedlich. Demnach sind verschiedenste Varianten von Federn erforderlich. Bei Stahlfedern können diese Varianten ohne signi- fikante Mehrkosten hergestellt werden, da deren Formgebung im Freihandverfahren erfolgt, also werkzeugungebunden ist.

Aus F aserverbundkunststoffen gefertigte Spiralfedern weisen eine zu geringe Leistungsfähigkeit aufgrund der anisotropen Materialeigenschaften von F aserverbundkunststoffen bei zu geringem Leichtbaueffekt und zu komplexen Herstellungsverfahren auf. Aus Faserverbundkunststoffen gefertigte Biegefedern hingegen haben vor allem an einem Innenradius von Umlenkungsabschnitten der zickzackförmigen Biegefeder eine zu hohe Spannungsbeaufschlagung, was zu einer eingeschränkten Performance beziehungsweise zum Bruch führen kann. Der Anmelderin ist betriebsinterner Stand der Technik bekannt, bei dem diese zuvor genannten Umlenkungsabschnitte stabilisiert werden. Die Federwirkung wird dann rein durch Blattfederabschnitte vollzogen, die an den Umlenkungsabschnitten fest miteinander verbunden sind.

Die vorgenannten Konzepte weisen jedoch ein zu komplexes Herstellungsverfahren auf, um wirtschaftlich als Massenprodukt interessant zu sein. Hinsichtlich der Variantenherstellung sind Stahlfedern vorteilhaft, da diese kein Werkzeug benötigen und aufgrund der beherrschten Herstellungsprozesse leicht ausgelegt und auch in kleinen Stückzahlen wirtschaftlich hergestellt werden können. Federn aus Faserverbundkunststoffen wiederum sind werkzeuggebunden. Das heißt, für jede Federgröße, Traglast oder dergleichen muss üblicherweise ein separates Werkzeug gebaut werden, um diese Feder herstellen zu können. Bei einem hohen Produktionsvolumen pro Fahrzeugplattform steigt trotz hoher Gesamtstückzahlen damit der Werkzeugkostenanteil pro Feder. Gleichzeitig fällt die Losgröße, und die Komplexität sowie die Anzahl der Konfigurationen steigen. Die Wirtschaftlichkeit nimmt stark mit der Variantenvielzahl ab. Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer aus einem Faserverbundkunst- Stoff gefertigten Blattfedervorrichtung zur Verfügung zu stellen.

Demgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen einer aus einem F aserverbund- kunststoff gefertigten Blattfedervorrichtung vor geschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte^ a) Bereitstellen eines Baukastens, welcher eine aus dem F aserverbundkunststoff gefertigte Blattfedereinrichtung und eine Vielzahl von Versteifungselementen zum lokalen Versteifen der Blattfedereinrichtung umfasst, b) Auslegen der Blattfedervorrichtung gemäß einem gewünschten Anwendungsfall, c) Auswählen von Versteifungselementen aus dem Baukasten gemäß der Auslegung der Blattfedervorrichtung, und d) Vereinen der ausgewählten Versteifungselemente und der Blattfedereinrichtung zu der Blattfedervorrichtung.

Dadurch, dass die Blattfedervorrichtung anhand eines Baukastens, der nur eine limitierte Anzahl von unterschiedlichen Versteifungselementen erfordert, hergestellt werden kann, ist es möglich, eine Vielzahl unterschiedlicher Blattfedervorrichtungen kostengünstig und mit geringem Aufwand herzustellen. Auch Kleinserien können kostengünstig produziert werden.

Der Faserverbundkunststoff (FVK) kann auch als faserverstärktes Kunststoffmaterial bezeichnet werden. Der Faserverbundkunststoff umfasst ein Kunststoffmaterial, insbesondere eine Kunststoffmatrix, in welchem Fasern, beispielsweise Naturfasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder dergleichen eingebettet sind. Das Kunststoffmaterial kann ein Duroplast, wie beispielsweise ein Epoxidharz, sein. Die Fasern können Endlosfasern sein. Bei den Fasern kann es sich jedoch auch um kurze oder mittellange Fasern handeln, welche eine Faserlänge von einigen Millimetern bis einigen Zentimetern aufweisen können. Die F asern können gerichtet oder ungerichtet in dem Kunststoffmaterial angeordnet sein. Die Blattfedereinrichtung kann einen lagenförmigen oder schichtweisen Aufbau aufweisen. Hierzu werden beispielsweise Lagen an Faser- gewebe oder Fasergelege mit dem Kunststoffmaterial imprägniert. Alternativ können zur Fertigung der Blattfedereinrichtung jedoch auch sogenannte Prepregs, das heißt vorimprägnierte Fasern, Fasergewebe oder Fasergelege, Anwendung finden.

Unter einer "Blattfedereinrichtung" ist vorliegend eine Feder oder ein Federelement zu verstehen, welches aus einer Vielzahl an Blattfederelementen oder Blattfederabschnitten aufgebaut ist, welche miteinander verbunden sind und so bevorzugt eine zickzackförmige oder mäanderförmige Geometrie bilden. Die einzelnen Blattfederabschnitte können eine blattförmige oder plattenförmige Geometrie aufweisen. "Blattförmig" oder "plattenförmig" schließt jedoch nicht aus, dass die Blattfederabschnitte gebogen oder beliebig dreidimensional geformt sind. Im Gegensatz zu der Blattfedereinrichtung weist eine Zylinderfeder oder Schraubenfeder einen durchgehenden Draht auf, welcher derart schraubenförmig geformt ist, dass die Schraubenfeder eine zylinderförmige Geometrie aufweist. Die Blattfedervorrichtung ist bevorzugt eine Druckfeder. Die Blattfedervorrichtung kann jedoch auch eine Zugfeder sein.

Die Blattfedereinrichtung ist bevorzug eine Biegefeder oder Biegefedereinrichtung oder kann als solche bezeichnet werden. Unter einer "Biegefeder" oder "Biegefedereinrichtung" ist vorliegend ein Bauteil, im einfachsten Fall ein stabförmiger Biegebalken, zu verstehen, welches sich unter Belastung federelastisch und damit reversibel verformt. Die Materialeigenschaften des verwendeten Materials und die Geometrie der Blattfedereinrichtung beeinflussen deren Verform ungs - verhalten.

Die Blattfedervorrichtung unterscheidet sich von der Blattfedereinrichtung dadurch, dass die Blattfedervorrichtung sowohl die Blattfedereinrichtung als auch die Versteifungselemente aufweist. Das heißt, dass die Blattfedereinrichtung und die Versteifungselemente Teil der Blattfedervorrichtung sind. Die Versteifungselemente sind hingegen nicht Teil der Blattfedereinrichtung. Dies schließt jedoch nicht aus, dass die Versteifungselemente an der Blattfedereinrichtung angebracht oder befestigt sind. Die Blattfedervorrichtung kann mehrere Blattfedereinrichtungen umfassen.

Dass die Blattfedervorrichtung aus dem Faserverbundkunststoff gefertigt ist, schließt vorliegend nicht aus, dass die Blattfedervorrichtung auch andere Materialien aufweist. Unter der "Steifigkeit" ist vorliegend der Widerstand der Blattfedereinrichtung gegen eine elastische Verformung zu verstehen. Das heißt, dass die Versteifungselemente dazu eingerichtet sind, die Blattfedereinrichtung derart zu beeinflussen, dass deren Widerstand gegen eine elastische Verformung verändert, insbesondere größer, wird. "Lokal" bedeutet dabei, dass die Blattfedereinrichtung nur in bestimmten Abschnitten, nämlich in den Abschnitten, in denen die Versteifungselemente vorgesehen sind, versteift wird.

Bei dem Bereitstellen des Baukastens werden vorzugsweise eine Vielzahl von Blattfedereinrichtungen gefertigt. Die Blattfedereinrichtungen sind vorzugsweise identisch. Dementsprechend werden auch eine Vielzahl von Versteifungselementen gefertigt. Der Baukasten kann eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Versteifungselemente umfassen. Das Auslegen der Blattfedervorrichtung kann beispielsweise mit Hilfe eines Rechenprogramms erfolgen. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Der gewünschte Anwendungsfall kann beispielsweise ein bestimmter Fahrzeugtyp sein, der in unterschiedlichen Konfigurationen hergestellt wird. Für jede der Konfigurationen des Kraftfahrzeugs kann mit Hilfe des Baukastens eine individuelle Blattfedervorrichtung hergestellt werden.

Das Auswählen der Versteifungselemente erfolgt anhand der Auslegung. Das heißt, bei der Auslegung der Blattfedervorrichtung wird beispielsweise deren Ge- ometrie, deren Einfederweg und/oder deren Federkonstante ermittelt oder errechnet. Anhand dieser Daten werden aus dem Baukasten die passenden Versteifungselemente ausgewählt und anschließend mit der Blattfedereinrichtung zu der Blattfedervorrichtung vereint. Unter "Vereinen" ist vorhegend zu verstehen, dass die Versteifungselemente an bestimmten Bereichen der Blattfedereinrichtung angebracht werden. Hierzu können die Versteifungselemente beispielsweise mit der Blattfedereinrichtung verklebt werden.

Gemäß einer Ausführungsform werden in dem Schritt d) die ausgewählten Versteifungselemente an Umlenkungsabschnitten der Blattfedereinrichtung angebracht.

Wie zuvor erwähnt, umfasst die Blattfedereinrichtung vorzugsweise eine Vielzahl von elastisch verformbaren Blattfederabschnitten. Die Blattfederabschnitte sind mit Hilfe der Umlenkungsabschnitte miteinander verbunden. Das heißt, dass die Blattfedereinrichtung an den Umlenkungsabschnitten insbesondere jeweils um 180° umgelenkt wird. Hierdurch ergibt sich der zickzackförmige oder mäanderförmige Aufbau der Blattfedereinrichtung. Insbesondere versteifen die Versteifungselemente die Umlenkungsabschnitte. Hierdurch weisen die Umlenkungsabschnitte im Vergleich zu den Blattfederabschnitten eine höhere Steifigkeit auf, wodurch bei einer Belastung der Blattfedervorrichtung lediglich die Blattfederabschnitte und nicht die Umlenkungsabschnitte verformt werden. Hierdurch wird insbesondere verhindert, dass in den Umlenkungsabschnitten, insbesondere an Innenradien der Umlenkungsabschnitte, kritische Druckspannungen auftreten können, welche die Blattfedereinrichtung beschädigen könnten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in dem Schritt d) die ausgewählten Versteifungselemente an einem jeweiligen Innenradius der Umlenkungsabschnitte angebracht. Insbesondere weist jeder Umlenkungsabschnitt einen Außenradius und den Innenradius auf. An dem Innenradius wird jeweils ein Versteifungselement vorgesehen. Dabei kann an jedem Umlenkungsabschnitt der Blattfedereinrichtung ein Versteifungselement vorgesehen sein. Alternativ können auch nur an ausgewählten Umlenkungsabschnitten der Blattfedereinrichtung Versteifungselemente vorgesehen werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in dem Schritt d) die ausgewählten Versteifungselemente formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Umlenkungsabschnitten verbunden.

Eine formschlüssige Verbindung entsteht durch das Ineinander- oder Hintergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel und/oder der Verbindungspartner trennen lassen. Stoffschlüssig kann beispielsweise durch Kleben verbunden werden. Das heißt, dass die Versteifungselemente in die Umlenkungsabschnitte eingeklebt werden können. Alternativ können die Versteifungselemente auch lediglich in die Umlenkungsabschnitte eingelegt oder eingeklemmt werden. Die Versteifungselemente können auch rein kraftschlüssig mit dem Umlenkungsabschnitten verbunden werden. Eine kraftschlüssige Verbindung setzt eine Normalkraft auf die miteinander zu verbindenden Flächen voraus. Kraftschlüssige Verbindungen können durch Reibschluss verwirklicht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt a) ein Herstellen der Blattfedereinrichtung als durchgehenden Strang mit gleichbleibendem Querschnitt. Hierdurch kann die Blattfedereinrichtung kostengünstig in großen Stückzahlen hergestellt werden. Vorzugsweise ist die Blattfedereinrichtung ein einteiliges, insbesondere ein materialeinstückiges, Bauteil. "Einteilig" oder "einstückig" bedeutet vorliegend, dass die Blattfedereinrichtung ein durchgehendes Bauteil ist und nicht aus unterschiedlichen Bauteilen zusammengesetzt ist. "Materialeinstückig" bedeutet vorliegend, dass die Blattfedereinrichtung durchgehend aus demselben Material, nämlich dem Faserverbundkunststoff, hergestellt ist. Dass der Querschnitt der Blattfedereinrichtung "gleichbleibend" ist, bedeutet vorliegend, dass der Querschnitt keine Aufdickungen, Einschnürungen oder dergleichen aufweist. Insbesondere sind die Umlenkungsabschnitte gegenüber den Blattfederabschnitten nicht verstärkt oder verdickt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt a) ein Herstellen sich in ihren Eigenschaften voneinander unterscheidender Typen von Versteifungselementen.

Unter den "Eigenschaften" kann beispielsweise vorliegend die Form oder Geometrie, die Steifigkeit, der Elastizitätsmodul, das Material, die Federkonstante oder dergleichen der Versteifungselemente zu verstehen sein. Insbesondere umfasst der Baukasten zumindest zwei sich voneinander unterscheidende Typen von Versteifungselementen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in dem Schritt c) die Versteifungselemente derart ausgewählt, dass sämtliche ausgewählte Versteifungselemente demselben Typ der Versteifungselemente angehören.

Das heißt, dass an den Umlenkungsabschnitten der Blattfedereinrichtung identische Versteifungselemente angebracht werden. Alternativ können die Versteifungselemente auch derart ausgewählt werden, dass an einer Blattfedereinrich- tung unterschiedliche Typen von Versteifungselementen angebracht werden. Dies ermöglicht weitere Varianten bei der Herstellung der Blattfedervorrichtung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in dem Schritt a) die Versteifungselemente derart hergestellt, dass die Versteifungselemente eine größere Steifigkeit als die Blattfedereinrichtung aufweisen.

Wie zuvor erwähnt, ist unter der "Steifigkeit" der Widerstand gegen eine elastische Verformung, insbesondere der jeweiligen Umlenkungsabschnitte, zu verstehen. Insbesondere ist mit Bezug auf die Versteifungselemente deren Steifigkeit im Hinblick auf die Steifigkeit des jeweiligen Umlenkungsabschnitts zu verstehen. Die Steifigkeit kann beispielsweise durch die Geometrie oder eine entsprechende Materialwahl der Versteifungselemente beeinflusst werden. Beispielsweise sind die Versteifungselemente aus einem sogenannten Bulk Molding Compound (BMC) gefertigt. Ein BMC ist ein Faser-Matrix-Halbzeug. Die Versteifungselemente können jedoch beispielsweise auch aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff gefertigt sein. Für den Fall, dass die Versteifungselemente eine größere Steifigkeit als die Blattfedereinrichtung aufweisen, werden die Blattfederabschnitte bei einer Belastung der Blattfedervorrichtung um das jeweilige Versteifungselement herumgebogen. Die Umlenkungsabschnitte werden dabei bevorzugt nicht verformt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in dem Schritt a) die Versteifungselemente derart hergestellt, dass sich die Versteifungselemente bei einer Belastung der Blattfedervorrichtung elastisch verformen.

Beispielsweise können die Versteifungselemente aus einem Hartelastomer oder Gummi gefertigt sein. Bei der Belastung der Blattfedervorrichtung werden in diesem Fall die Versteifungselemente elastisch verformt und zumindest abschnittsweise aus dem jeweiligen Umlenkungsabschnitt herausgedrückt. Die Versteifungselemente sorgen dabei für eine gleichmäßige Spannungsverteilung in den Umlenkungsabschnitten, so dass keine Druckspannungsspitzen an den Innenradien der Umlenkungsabschnitte auftreten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in dem Schritt a) die Versteifungselemente aus einem Elastomer hergestellt.

Es kann ein Hartelastomer oder Gummi Anwendung finden. Wie zuvor erwähnt, können die Versteifungselemente jedoch auch aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff her gestellt werden. In diesem Fall verformen sich die Versteifungselemente jedoch nicht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in dem Schritt a) die Versteifungselemente derart hergestellt, dass die Versteifungselemente einen Kern, welcher eine höhere Steifigkeit als die Blattfedereinrichtung aufweist, und eine dem Kern zumindest abschnittsweise umhüllende Schale umfassen, welche eine kleinere Steifigkeit als der Kern aufweist.

Beispielsweise ist der Kern aus einem wie zuvor erwähnten BMC gefertigt. Die Schale hingegen kann aus einem Elastomer gefertigt sein. Der Kern ist innerhalb der Schale angeordnet. Vorzugsweise hüllt die Schale den Kern vollständig ein. Bei einer geringen Belastung der Blattfedervorrichtung wird zunächst nur die Schale elastisch verformt und sorgt für eine gleiche Spannungsverteilung in dem jeweiligen Umlenkungsabschnitt. Bei einer starken Belastung der Blattfedervorrichtung hingegen werden die Blattfederabschnitte um den unverformbaren Kern herumgebogen.

Ferner wird ein Baukasten zum Herstellen einer aus einem Faserverbundkunst-

Stoff gefertigten Blattfedervorrichtung vor geschlagen. Der Baukasten umfasst eine aus dem F aserverbundkunststoff gefertigte Blattfedereinrichtung und eine Vielzahl von Versteifungselementen zum lokalen Versteifen der Blattfedereinrichtung, wobei die Blattfedereinrichtung und eine Auswahl von Versteifungselementen zu der Blattfedervorrichtung vereinbar sind.

Der Baukasten ist insbesondere zum Durchführen des vorgenannten Verfahrens geeignet. Der Baukasten kann eine Vielzahl von Blattfedereinrichtungen umfassen. Die Blattfedereinrichtungen können alle identisch sein. Es können jedoch auch unterschiedliche Typen von Blattfedereinrichtungen vorgesehen sein. Dies vergrößert die Anzahl der möglichen Varianten bei der Herstellung der Blattfedervorrichtung. Insbesondere umfasst der Baukasten eine Vielzahl von unterschiedlichen Typen von Versteifungselementen. Alle Ausführungen betreffend den Baukasten sind auch auf das Verfahren und umgekehrt anwendbar.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Baukasten mehrere, sich in ihren Eigenschaften voneinander unterscheidende Typen von Versteifungselementen.

Wie zuvor erwähnt, können sich die Versteifungselemente beispielsweise in ihrer Geometrie oder Form voneinander unterscheiden. Die Versteifungselemente können sich jedoch auch in den verwendeten Materialien und damit in ihren Materialeigenschaften voneinander unterscheiden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Versteifungselemente eine größere Steifigkeit als die Blattfedereinrichtung auf.

Wenn die Steifigkeit der Versteifungselemente größer als die Steifigkeit der Blattfedereinrichtung ist, biegen sich die Blattfederabschnitte bei einer Belastung der Blattfedervorrichtung um das jeweilige Versteifungselement herum. Die Versteifungselemente können jedoch auch elastisch verformbar sein. In diesem Fall verformen sich die Versteifungselemente zunächst bis sich dann die Blattfederabschnitte um die Versteifungselemente herumbiegen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die Versteifungselemente einen Kern, welcher eine höhere Steifigkeit als die Blattfedereinrichtung aufweist, und eine dem Kern zumindest abschnittsweise umhüllende Schale, welche eine kleinere Steifigkeit als der Kern aufweist.

Wie zuvor erwähnt, kann die Schale den Kern vollständig umschließen. Der Kern ist vorzugsweise aus einem BMC gefertigt. Die Schale hingegen kann beispielsweise aus einem Elastomer gefertigt sein. Der Kern ist insbesondere nicht verformbar. Die Schale hingegen ist elastisch verformbar.

"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.

Weitere mögliche Implementierungen des Verfahrens und/oder des Baukastens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Verfahrens und/oder des Baukastens hinzufügen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte des Verfahrens und/oder des Baukastens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Verfahrens und/oder des Baukastens. Im Weiteren werden das Verfahren und/oder der Baukasten anhand von bevorzug- ten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Blattfedervorrichtung;

Fig. 2 zeigt eine weitere schematische Ansicht der Blattfedervorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Baukastens zum Herstellen der Blattfedervorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 zeigt eine schematische Teilansicht der Blattfedervorrichtung gemäß Fig. i;

Fig. 5 zeigt eine weitere schematische Teilansicht der Blattfedervorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 6 zeigt eine weitere schematische Teilansicht der Blattfedervorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 7 zeigt eine weitere schematische Teilansicht der Blattfedervorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 8 zeigt eine weitere schematische Teilansicht der Blattfedervorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 9 zeigt eine weitere schematische Teilansicht der Blattfedervorrichtung gemäß Fig. 1; Fig. 10 zeigt eine weitere schematische Teilansicht der Blattfedervorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 11 zeigt eine weitere schematische Teilansicht der Blattfedervorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 12 zeigt eine weitere schematische Teilansicht der Blattfedervorrichtung gemäß Fig. 1; und

Fig. 13 zeigt eine schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen der Blattfedervorrichtung gemäß Fig. 1.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Blattfedervorrichtung 1. Die Blattfedervorrichtung 1 ist für einen Einsatz an einem Kraftfahrzeug, insbesondere an einem Radfahrzeug, geeignet. Die Blattfedervorrichtung 1 kann im Bereich einer Radaufhängung des Kraftfahrzeugs Anwendung finden.

Die Blattfedervorrichtung 1 umfasst eine Blattfedereinrichtung 2. Die Blattfedereinrichtung 2 ist aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial oder einem Faserverbundkunststoff (FVK) gefertigt. Der Faserverbundkunststoff umfasst ein Kunststoffmaterial, insbesondere eine Kunststoffmatrix, in welchem Fasern, beispielsweise Naturfasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder dergleichen, eingebettet sind. Das Kunststoffmaterial kann ein Duroplast, wie beispielsweise ein Epoxidharz, sein. Das Kunststoffmaterial kann jedoch auch ein Thermoplast sein. Die Fasern können Endlosfasern sein. Bei den Fasern kann es sich jedoch auch um kurze oder mittellange Fasern handeln, welche eine Faserlänge von einigen Millimetern bis einige Zentimeter aufweisen können. Die Blattfedereinrichtung 2 kann einen lagenförmigen oder schichtweisen Aufbau aufweisen. Hierzu werden beispielsweise Lagen an Fasergewebe oder Fasergelege mit der Kunststoffmatrix imprägniert. Alternativ können zur Fertigung der Blattfedereinrichtung 2 jedoch auch sogenannte Prepregs, das heißt vorimprägnierte Fasern, Fasergewebe oder Fasergelege, Anwendung finden.

Die Blattfedereinrichtung 2 weist eine mäanderförmige Geometrie auf. Die Blattfedereinrichtung 2 weist eine Vielzahl von Blattfederabschnitten 3 auf, welche an Umlenkungs ab schnitten 4 miteinander verbunden sind. Die Anzahl der Blattfederabschnitte 3 ist beliebig. In der Fig. 1 sind jeweils nur zwei Blattfederabschnitte 3 und ein Umlenkungsabschnitt 4 mit einem Bezugszeichen versehen. Die einzelnen Blattfederabschnitte 3 können jeweils eine S-förmige Geometrie aufweisen beziehungsweise können in der Seitenansicht einen S-förmigen Verlauf haben. Jeder Umlenkungsabschnitt 4 weist einen Innenradius 5 sowie einen Außenradius 6 auf.

Die Blattfederabschnitte 3 können mit Hilfe der Umlenkungsabschnitte 4 einstückig, insbesondere materialeinstückig, miteinander verbunden sein. "Einstückig" oder "einteilig" bedeutet vorliegend, dass die Blattfederabschnitte 3 und die Umlenkungsabschnitte 4 ein gemeinsames Bauteil bilden und nicht aus unterschiedlichen Bauteilen zusammengesetzt sind. "Materialeinstückig" bedeutet vorliegend insbesondere, dass die Blattfederabschnitte 3 und die Umlenkungsabschnitte 4 durchgehend aus demselben Material gefertigt sind. Die Blattfedereinrichtung 2 ist ein durchgehender Strang beziehungsweise ein durchgehendes Band.

Die Blattfedervorrichtung 1 ist bevorzugt derart ausgelegt, dass bei einer Belastung der Blattfedervorrichtung 1 in den Umlenkungsabschnitten 4 keine oder zumindest keine nennenswerte Verformung stattfindet. Die Blattfederabschnitte 3 hingegen werden jeweils in einem mittleren Bereich 7 verformt und erzeugen eine einer von außen einwirkenden Belastung ent gegen wirken de Federkraft. Die Fig. 1 zeigt die Blattfedervorrichtung 1 in einem unbelasteten oder ausgefederten Zustand. Die Fig. 2 hingegen zeigt die Blattfedervorrichtung 1 in einem belasteten oder eingefederten Zustand. In dem eingefederten Zustand weisen die in dem unbelasteten Zustand S-förmigen Blattfederabschnitte 3 eine ebene Form auf.

Damit sich die Umlenkungsabschnitte 4 nicht verformen und die Blattfederabschnitte 3 sich im Wesentlichen nur in den Bereichen 7 verformen, weist die Blattfedervorrichtung 1 Versteifungselemente 8 auf, von denen in der Fig. 1 nur eines mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Versteifungselemente 8 können auch als Einlegerelemente oder Einleger bezeichnet werden. Die Versteifungselemente 8 versteifen die Blattfedereinrichtung 2 lokal an den Umlenkungsabschnitten 4, so dass sich die Blattfedereinrichtung 2 im Wesentlichen nur in den Bereichen 7 federelastisch verformt.

Die Versteifungselemente 8 sind in ausgewählte oder in alle Umlenkungsabschnitte 4, insbesondere in den jeweiligen Innenradius 5 der Umlenkungsabschnitte 4, eingelegt. Dabei können die Versteifungselemente 8 beispielsweise stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Blattfedereinrichtung 2 verbunden sein. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel und/oder der Verbindungspartner trennen lassen. Stoffschlüssig kann beispielsweise durch Kleben oder Vulkanisieren verbunden werden.

Eine kraftschlüssige Verbindung setzt eine Normalkraft auf die miteinander zu verbindenden Flächen voraus. Kraftschlüssige Verbindungen können durch Reibschluss verwirklicht werden. Die gegenseitige Verschiebung der Flächen ist verhindert, solange die durch die Haftreibung bewirkte Gegenkraft nicht überschritten wird. Eine formschlüssige Verbindung entsteht durch das Ineinanderoder Hintergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern. Da heißt, die Versteifungselemente 8 können entweder lösbar oder unlösbar mit der Blattfedereinrichtung 2 verbunden sein.

Mit Hilfe der Versteifungselemente 8 kann die Beanspruchbarkeit der Blattfedereinrichtung 2 dadurch erhöht werden, dass eine optimierte Druckspannungsverteilung erzielt wird. Formbedingte Schwachstellen, nämlich insbesondere der Innenradius 5 der Umlenkungsabschnitte 4, des Blattfederkonzeptes, die zu materialkritischen Druckspannungen an dem Innenradius 5 führen können, werden kompensiert. Damit kann auch das materialgegebene Potential des Faserverbundkunststoffs voll ausgenutzt werden, indem die Verformungsenergie in den spannungsunkritischeren Blattfederabschnitten 3 zur Wirkung gebracht wird.

Hierfür werden mehrere Effekte genutzt. Es erfolgt zum einen ein Abrollen der Blattfederabschnitte 3 auf dem jeweiligen Versteifungselement 8 und somit eine kontrollierte relative Verformung der Umlenkungsabschnitte 4 und ein kontrollierter Druckspannungsaufbau in den Umlenkungs ab schnitten 4. Dieses Abrollen ist in der Fig. 2 mit Hilfe von Pfeilen 9 angedeutet. Die Funktionsweise der Versteifungselemente 8 kann dabei mit der Funktionsweise einer Umlenkrolle verglichen werden.

Zusätzlich oder alternativ kommt es zu einer Komprimierung des jeweiligen Versteifungselements 8 oder der Versteifungselemente 8. Diese Kompression oder Verformung ist in der Fig. 2 mit Hilfe eines Pfeils 10 angedeutet. In diesem Fall sind die Versteifungselemente 8 beispielsweise aus einem Elastomer gefertigt. Diese Kompression erzeugt eine Spannung, welche die Verformung der Blattfedereinrichtung 2 in den kritischen Umlenkungsabschnitten 4 mindert und somit ebenfalls zu einer gleichmäßigeren Druckspannungsverteilung führt. Insbeson- dere verteilt das Versteifungselement 8 Spannungen gleichmäßig, so dass Spannungsspitzen verhindert oder zumindest reduziert werden. Somit werden mit Hilfe der Versteifungselemente 8 kritische Druckspannungsspitzen am jeweiligen Innenradius 5 der Umlenkungsabschnitte 4 verhindert.

Die materialspezifischen Vorteile des anisotropen Faserverbundkunststoffs können durch das Konzept der Kombination der Blattfedereinrichtung 2 mit den Versteifungselementen 8 vollumfänglich ausgenutzt werden, da die mögliche Gesamtbelastung der Blattfedervorrichtung 1 durch die konstruktionsbedingte Energieverschiebung in die Blattfederabschnitte 3, insbesondere in die Bereiche 7, erhöht werden kann.

Ferner kann durch die Einbringung der Versteifungselemente 8 in oder an die vorgefertigte Blattfedereinrichtung 2 ein wirtschaftlicher Herstellungsprozess gefahren werden. Es kann bei der Herstellung der Blattfedereinrichtung 2 im Gegensatz zu Federn mit einem einlaminierten Kern ein zeitlich durchgängiger Drapierprozess durchgeführt werden. Auf ein Einlaminieren der Versteifungselemente 8 kann verzichtet werden. Durch die Vermeidung einer Prozessunterbrechung und durch eine verminderte Einbringung von Porosität durch einen einlaminierten Kern selbst beziehungsweise durch unstetige Stellen, die bei einem Überdrapieren Lufteinschlüsse verursachen könnten, kann eine Qualitätsverbesserung erzielt werden.

Es kann ferner durch den Verzicht auf einen Kern in Form eines Versteifungselements 8 ein geordneteres F aserprofil erzielt werden, da der Kern nicht in einem Pressvorgang mit eingepresst und ausgehärtet wird, was zu Verschiebungen des Faserprofils, insbesondere zu verstärkter Harzansammlung an den Außenradien 6 der Umlenkungsabschnitte 4 führen könnte. Dies führt zu einer Qualitätsverbesserung sowie zu einer Verbesserung der Wiederholgenauigkeit. Weiterhin eröffnet das Konzept der Kombination der Blattfedereinrichtung 2 mit den Versteifungselementen 8 auch die Möglichkeit einer Anpassung der Federeigenschaften der Blattfedervorrichtung 1. Dies kann in einem der Herstellung der Blattfedereinrichtung 2 nachgelagerten Prozessschritt durch eine einfach anpassbare Aussteifung der Umlenkungsabschnitte 4 mit Hilfe eines Einfügens der Versteifungselemente 8 durchgeführt werden.

Beispielsweise können hier unabhängig von einer immer gleichen bereits ausgehärteten strangförmigen und unidirektionalen Blattfedereinrichtung 2, welche immer mit dem gleichen Werkzeug gefertigt werden kann, mit annähernd gleichem Querschnitt durch ein Einlegen unterschiedlichster Versteifungselemente 8, die sich beispielsweise in ihrer Form, Größe, Material oder dergleichen voneinander unterscheiden, einfach Blattfedervorrichtungen 1 mit unterschiedlichsten Eigenschaften hergestellt werden. Da das Versteifungselement 8 beziehungsweise die Versteifungselemente 8 von außen unabhängig vom Herstellungsprozess der Blattfedereinrichtung 2 nachträglich eingebracht werden können, ist der Drapier- und Aushärteprozess von den einzustellenden Eigenschaften der Blattfedervorrichtung 1 entkoppelt. Dies führt zu einer hohen Flexibilität in der Herstellung der Blattfedervorrichtung 1.

Durch die Kombination der vorgefertigten Blattfedereinrichtung 2 mit den nachträglich eingebrachten Versteifungselementen 8 kann eine konzeptgeschuldete optimierte Ausnutzung der materialspezifischen Leistungsfähigkeit des F aser- verbundkunststoff erzielt werden. Dies begründet sich darin, dass der spezielle Aufbau und das Design der Blattfedervorrichtung 1, insbesondere der Versteifungselemente 8 und das physikalische Wirkprinzip derselben, die materialspezifischen Schwachstellen an den Umlenkungsabschnitten 4 kompensiert und somit die Energieaufnahme der Blattfedervorrichtung 1 signifikant optimiert werden kann. Die Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Baukastens 11, welcher zur Herstellung einer wie zuvor beschriebenen Blattfedervorrichtung 1 verwendet werden kann. Der Baukasten 11 umfasst zumindest eine wie zuvor erläuterte Blattfedereinrichtung 2 sowie eine Vielzahl von Versteifungselementen 8. Dabei weist der Baukasten 11 eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Arten oder Typen von Versteifungselementen 8 auf. Die Typen von Versteifungselementen 8 können sich beispielsweise in ihrer Steifigkeit, Form, Größe, Material oder dergleichen voneinander unterscheiden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils schematische Teilansichten der Blattfedervorrichtung 1 mit einer weiteren Ausführungsform eines Versteifungselements 8A. Das Versteifungselement 8A ist aus einem inkompressiblen Material, wie beispielsweise einem sogenannten Bulk Molding Compound (BMC), gefertigt. Ein BMC ist ein Faser-Matrix-Halbzeug. Es besteht zumeist aus Kurz -Glasfasern und einem Polyester- oder Vinylesterharz, andere Verstärkungsfasern oder Harzsysteme sind möglich. Das Versteifungselement 8A kann jedoch auch aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff gefertigt sein.

Die Fig. 4 zeigt die Blattfedervorrichtung 1 unter einer hohen Belastung. Dabei sind in der Fig. 4 die Blattfederabschnitte 3 in dem ausgefederten oder unbelasteten Zustand der Blattfedervorrichtung 1 mit gestrichelten Linien dargestellt. In dem eingefederten oder belasteten Zustand sind die Blattfederabschnitte 3 mit durchgezogenen Linien dargestellt. Die Blattfederabschnitte 3 biegen sich bei einer Belastung der Blattfedervorrichtung 1 um das Versteifungselement 8A herum. Die Fig. 5 hingegen zeigt die Blattfedervorrichtung 1 in einem geringen Belastungszustand. In dem geringen Belastungszustand verformen sich die Blattfederabschnitte 3 leicht und werden geringfügig um das Versteifungselement 8A herumgebogen. Die Fig. 6 zeigt, wie die Eigenschaften der Blattfedervorrichtung 1 beeinflussbar sind. Hierzu sind verschiedene Arten von Versteifungselementen 8A, 8A', 8A" vorgesehen, welche sich in ihrer Form beziehungsweise in ihrer Geometrie voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann mit Hilfe des Versteifungselements 8A" eine größere Versteifung des Umlenkungsabschnitts 4 erzielt werden als mit Hilfe des Versteifungselements 8A.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen jeweils schematische Teilansichten der Blattfedervorrichtung 1 mit einer weiteren Ausführungsform eines Versteifungselements 8B. Im Gegensatz zu dem Versteifungselement 8A ist das Versteifungselement 8B elastisch verformbar. Beispielsweise kann das Versteifungselement 8B aus einem Elastomer, insbesondere aus einem Hartelastomer, gefertigt sein. Das Versteifungselement 8B kann beispielsweise auch aus Gummi hergestellt sein.

Die Fig. 7 zeigt die Blattfedervorrichtung 1 unter einer hohen Belastung. Dabei sind in der Fig. 7 die Blattfederabschnitte 3 in dem ausgefederten oder unbelasteten Zustand der Blattfedervorrichtung 1 mit gestrichelten Linien dargestellt.

In dem eingefederten oder belasteten Zustand sind die Blattfederabschnitte 3 mit durchgezogenen Linien dargestellt. Die Blattfederabschnitte 3 verformen sich elastisch, biegen sich bei einer Belastung der Blattfedervorrichtung 1 jedoch nicht um das verformbare Versteifungselement 8B herum, sondern das Versteifungselement 8B selbst wird elastisch verformt.

Das verformte Versteifungselement 8B sorgt für eine gleichmäßige Spannungsverteilung in dem jeweiligen Umlenkungsabschnitt 4. In dem ausgefederten Zustand der Blattfedervorrichtung 1 ist eine Außenkontur des Versteifungselement 8B in der Fig. 7 mit einer gestrichelten Linie dargestellt. In dem eingefederten Zustand ist die Außenkontur des Versteifungselements 8B mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Die Fig. 8 hingegen zeigt die Blattfedervorrichtung 1 in einem geringen Belastungszustand. In dem geringen Belastungszustand verfor- men sich die Blattfederabschnitte 3 leicht. Das Versteifungselement 8B selbst wird elastisch verformt.

Die Fig. 9 zeigt, wie die Eigenschaften der Blattfedervorrichtung 1 beeinflussbar sind. Hierzu sind verschiedene Arten von Versteifungselementen 8B, 8B', 8B" vorgesehen, welche sich in ihrer Form beziehungsweise in ihrer Geometrie voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann mit Hilfe des Versteifungselements 8B" eine größere Versteifung des Umlenkungsabschnitts 4 erzielt werden als mit Hilfe des Versteifungselements 8B.

Die Fig. 10 bis 12 zeigen jeweils schematische Teilansichten der Blattfedervorrichtung 1 mit einer weiteren Ausführungsform eines Versteifungselements 8C. Die Eigenschaften des Versteifungselements 8C ergeben sich aus einer Kombination der Eigenschaften der zuvor erläuterten Versteifungselemente 8A, 8A', 8A", 8B, 8B', 8B". Das Versteifungselement 8C ist ein Komposit- oder Verbundwerkstoffelement. Das Versteifungselement 8C umfasst einen inkompressiblen Kern 12, der beispielsweise aus einem BMC gefertigt ist, und eine Schale 13, die den Kern 12 umhüllt. Die Schale 13 kann aus einem Elastomer gefertigt sein.

Die Fig. 10 zeigt die Blattfedervorrichtung 1 unter einer hohen Belastung. Dabei sind in der Fig. 10 die Blattfederabschnitte 3 in dem ausgefederten oder unbelasteten Zustand der Blattfedervorrichtung 1 mit gestrichelten Linien dargestellt.

In dem eingefederten oder belasteten Zustand sind die Blattfederabschnitte 3 mit durchgezogenen Linien dargestellt. Die Blattfederabschnitte 3 biegen sich bei einer Belastung der Blattfedervorrichtung 1 um das Versteifungselement 8C, insbesondere um den Kern 12, herum. Gleichzeitig verformt sich die Schale 13 elastisch.

In dem ausgefederten Zustand der Blattfedervorrichtung 1 ist eine Außenkontur der Schale 13 in der Fig. 10 mit einer gestrichelten Linie dar gestellt. In dem ein- gefederten Zustand ist die Außenkontur der Schale 13 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Die Fig. 11 hingegen zeigt die Blattfedervorrichtung 1 in einem geringen Belastungszustand. In dem geringen Belastungszustand verformen sich die Blattfederabschnitte 3 leicht und werden geringfügig um den Kern 12 herumgebogen. Gleichzeitig wird auch die Schale 13 elastisch verformt.

Die Fig. 12 zeigt, wie die Eigenschaften der Blattfedervorrichtung 1 beeinflussbar sind. Hierzu sind verschiedene Arten von Versteifungselementen 8C, 8C' vorgesehen, welche sich dadurch voneinander unterscheiden, dass deren Schalen 13 unterschiedliche Geometrien und/oder Materialeigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann mit Hilfe des Versteifungselements 8C' eine größere Versteifung des Umlenkungsabschnitts 4 erreicht werden als mit dem Versteifungselement 8C.

Die Fig. 13 zeigt eine schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen der Blattfedervorrichtung 1. Bei dem Verfahren wird in einem Schritt S1 der Baukasten 11, welcher die aus dem Faserverbundkunststoff gefertigte Blattfedereinrichtung 2 und eine Vielzahl von Versteifungselementen 8, 8A, 8A', 8A", 8B, 8B', 8B", 8C, 8C' zum lokalen Versteifen der Blattfedereinrichtung 2 umfasst, bereitgestellt.

Das Bereitstellen des Baukastens 11 kann ein Fertigen der Blattfedereinrichtung 2 und der Versteifungselemente 8, 8A, 8A', 8A", 8B, 8B', 8B", 8C, 8C' umfassen. Dabei können unterschiedliche Arten oder Typen von Blattfedereinrichtungen 2 und/oder Versteifungselementen 8, 8A, 8A', 8A", 8B, 8B', 8B", 8C, 8C' hergestellt werden.

In einem Schritt S2 wird die Blattfedervorrichtung 1 gemäß einem gewünschten Anwendungsfall ausgelegt. Der Anwendungsfall kann beispielsweise eine bestimmte Konfiguration einer Fahrzeugplattform sein. Das Auslegen kann mit Hilfe eines Computerprogramms erfolgen. Bei dem Auslegen werden beispielsweise die Federkonstante und/oder die Dimensionen der Blattfedervorrichtung 1 festgelegt. In einem Schritt S3 werden Versteifungselemente 8, 8A, 8A', 8A", 8B, 8B', 8B", 8C, 8C' aus dem Baukasten 11 gemäß der Auslegung der Blattfedervorrichtung 1 ausgewählt. In einem folgenden Schritt S4 werden die ausgewählten Versteifungselemente 8, 8A, 8A', 8A", 8B, 8B', 8B", 8C, 8C' und die Blattfedereinrichtung 2 zu der Blattfedervorrichtung 1 zusammengefügt oder vereint. Dabei kön- nen die Versteifungselemente 8, 8A, 8A', 8A", 8B, 8B', 8B", 8C, 8C' beispielsweise mit der Blattfedereinrichtung 2 verklebt werden.

Obwohl die vorhegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.

BEZUGSZEICHENLISTE Blattfedervorrichtung Blattfedereinrichtung Blattfederabschnitt Umlenkungsabschnitt Innenradius Außenradius Bereich Versteifungselement A Versteifungselement A' Versteifungselement A" Versteifungselement B Versteifungselement B' Versteifungselement B" Versteifungselement C Versteifungselement C' Versteifungselement Pfeil 0 Pfeil 1 Baukasten 2 Kern 3 Schale 1 Schritt 2 Schritt 3 Schritt 4 Schritt