FLEXIBLE FIBRE-REINFORCED PLASTIC SPRING AND PRESS FOR ITS MANUFACTURE

Abstract: 1. A bending spring made from fibre-reinforced plastics material, more especially in the form of a curved leaf spring with a thickness which decreases from the centre towards both ends, in which fibre strands, in unidirectional fibre orientation over the spring length, form two surface layers (1, 2) of an intermediate layer (3) which is interpolated therebetween and is materially connected thereto and which consists of fibre fabric or the like, characterized in that the intermediate layer (3) juts out on both longitudinal edges of the spring from the surface layers (1, 2) in the form of a spring connection strap (3.1) and in that as compared with the fibre strands of the surface layers (1, 2) the fibres of the intermediate layer (3) are arranged in a predominantly crosswise orientation.

Description: Biegefeder aus faserverstärktem Kunststoff und Presswerk werkzeug für deren Herstellung Die Erfindung betrifft eine Biegefeder gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und deren Herstellung. Bei einer derartigen durch die DE-PS 1 231 967 bekannten Biegefeder werden die Federdickenänderungen durch einen entsprechenden Faseraufbau der Abstandsschicht erreicht. Hierzu brauchen die Fasern der Abstandsschicht nicht unbedingt unidirektional orientiert zu sein, sondern können ebenso, entsprechend der durch die EU-OS 5 916 bekannten Biegefeder, eine planlose Orientierung aufweisen. Schliesslich wird der funktionale Zweck der Abstandsschicht, für gleiche Federspannungen in den Federdeckschichten über die gesamte Federlänge zu sorgen, gemäss der FR-PS 14 11 011 auch durch Verwendung von Fasergewebe erreicht. Für sämtliche bekannten Ausführungsformen der Biegefeder besteht, unabhängig vom Faseraufbau und von der Form der Abstandsschicht, in der Federmitte das Problem der Krafteinleitung ohne Schwächung der Faserstränge der Deckschichten durch Bohrungen, sofern diese, etwa aus Gründen der Fertigungsvereinfachung, erst im fertigen Federgrundkörper geschaffen werden können. Hierbei geht es nicht nur um das Verhindern von Federbrüchen schlecht /die Deckschichten durchdringenden hin. Vielmehr begünstigen solche meist an den Federlängs- rändern sitzenden Bohrungen Faserschäden, die an den betreffenden bei der Federdurchbiegung unter gleichzeitiger Torsion höchstbeanspruchten Stellen zu einer nach und nach fortschreitenden Biegefestigkeitsminderung führen. Diesem Problem lässt sich unter der im übrigen (natürlich) bestehenden Forderung nach grösstmöglicher Verbindungssicherheit nicht schon durch einen mit der Biegefeder bloss verklemmten Beschlag beikommen. Der Erfindung liegt daher die ¯Aufgabe -zugrunde, bei ei- - ner Biegefeder der eingangs# genannten Art erst im fertigen Federgrundkörper ohne Minderung der Festigkeit der Deckschichten Bohrungen für die Krafteinleitung einbringen zu können; im übrigen soll eine die Fertigung einer solchen Biegefeder vereinfachende Vorrichtung aufgezeigt werden. Der erste Teil dieser Aufgabe ist gemäss dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, also durch eine Möglichkeit zur Beschränkung von Federanschluss-Bohrungen auf die Abstandsschicht unter Strukturierung derselben derart, dass diese Bohrungen sich wesentlich weniger festigkeitsmindernd auswirken als bei Unidirektionalfaserstrukturen oder hiervon abweichenden Strukturen ohne bestimmte Faserorientierung. Denn die vorgeschlagene kreuzweise Faser Orientierung erlaubt eine Belastung der Abstandsschicht sowohl durch in Längs- als auch durch in Querrichtung wirksame Kräfte. Damit können die auftretenden Lochleibungsdrücke von der Abstandsschicht optimal aufgenommen bzw,. diese entsprechend ausgelegt werden. Der zweite Teil- der- vorgenannten Aufgabe ist durch ein Presswerkzeug gemäss dem Patentanspruch 3 gelöst. Dieses hat nicht nur den Vorteil einer Einlegemöglichkeit für eine vorgeformte Abstandsschicht unter Sicherung derselben gegen ein Verschieben beim Verpressen mit den (beispielsweise im Wickelverfahren im Presswerkzeug herstellbaren) Deckschichten . Vielmehr lässt sich mit fim Unteranspruch 4 gekennzeichneten) einfachsten Massnahmen sicherstellen, dass es beim Schliessen des Presswerkzeugs zu keiner Verschiebung von Fasersträngen in die Trennfugen zwischen den Wangenober- und Wangenunterteilen kommt. Damit ist eine in den- jeweils gewünschten Abmessungen präzise Federfertigung gewährleistet. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Hierzu zeigt die Zeichnung in Fig. 1 den Mittenabschnitt einer Blattfeder, Fig. 2 bis 5 Verfahrensschritte bei der Fertigung einer Blattfeder gemäss Fig. 1, in Quer schnittsdarstellung sämtlicher Teile. Die in Fig. 1 dargestellte gekrümmte Blattfeder mit von der Mitte zu beiden Enden hin abnehmender Dicke ist ein schichtkörper aus Faserverbundwerkstoff. Hierbei sind zwei Deckschichten 1, 2 aus in einer Harz- oder dergleichen Bindungsmasse eingebetteten Glas- oder dergleichen Fasersträngen in unidirektionaler Faserorientierung über die gesamte Federlänge durch eine zwischengefügte Abstands Schicht 3 verbunden, welche aus einem Fasergewebe oder -gelege beispielsweise gleichen Materials auf gebaut ist, jedoch mit einer kreuzweisen Orientierung der Fasern gegenüber den Unidirektionalfasersträngen der Deckschichten 1,2 bzw. in Bezug auf die Blattfederlängsachse. Beispielsweise ist demgegeniiber bei den dargestellten Faserstofflagen der Abstandsschicht 3 die Faserorientierung + 450. Da die Abstandsschicht 3 quer- und einseitig auftretende Längskräfte, welche zu tochleibungsdrücken in den Bohrungen 4 von Feder anschluss-taschen 3.1 der Abstandsschicht führen, aufnehmen können soll, kann für eine diesbezügliche Optimierung selbstverständlich im speziellen Anwendungsfall auch von Faserorientierungen ab chselnd + 450, 0"/900 + 450 usw. Gebrauch gemacht werden oder auch im Falle von FasergeBgen + 600, -600, 00, 00, 600, +600 je nach Lastfall. Diese Abstandsschicht 3 ist für die zu beiden Federenden hin abnehmende Federdicke massgebend, was beispielsweise durch eine Schichtung der Gewebelagen mit unterschiedlicher Länge erreicht wird. Die gewählte Form der Blattfeder bzw. ihrer Abstandsschicht 3 hat den Vorteil, dass unter Federdurchbiegung mit annähernd gleichen Biegespannungen über die Federlänge gerechnet werden kann. Für den Anschluss dieser Blattfeder, beispielsweise über einen Beschlag an einem Federträger, können die in der Federmitte vorgesehenen Bohrungen 4 im speziellen Anwendungsfall auch offen gestaltet sein. , Damit durch solche erst im fertigen Federkörper geschaffene Anschlussbohrungen unidi rektionale Faserstränge nicht durchtrennt, d. h., die Deckschichten 1, 2 nicht geschwächt werden, sind die Bohrungen 4 auf die unbedeckten Bereiche der Abstandsschicht 3 beschränkt, welche an den beiden Federlängsränderlaus den Deckschichten 1,2 in Form der Federanschluss-Laschen 3.1 herausragen. Aufgrund der gewählten Anordnung der Bohrungen 4 ausschliesslich in der dafür optimierten Zwischenschicht können hohe in Feder-Quer- oder Längsrichtung auftretende Kräfte in den Federanschlussbereich übergeleitet werden. Dies ist z. B. im Rfz-Bau uner lässlich, da hier die Blattfeder auch Radführungskräfte übernehmen muss. Selbstverständlich ist eine Blattfeder der vorbeschriebenen Art, nämlich mit seitlichen Laschen 3.1 nicht auf eine Abstandsschicht 3 abnehmender Dicke beschränkt Für die Fertigung dieser Blattfeder wird ein Presswerkzeug bevorzugt, bei dem gemäss Fig. 5 eine Patrize 5 und eine Matrize 6 jeweils in Form eines auf einer Grundplatte 5.1 bzw. 6.1 sitzenden Stempels 5.2 bzw. 6.2 ausgebildet ist, welcher an seinen beiden Seitenflanken durch Seitenwangen 7 geführt wird; diese begrenzen die Breite der Blattfeder bzw. ihrer Schichten 1, 2, 3. Durch eine Profilierung der Seitenwangen 7 als jeweils in ein Wangenober- und ein Wangenunter teil 7.1 bzw. 7.2 längsgeteilte Fassungen der Fe deranschluss-Läschen 3.1 ist erreicht, dass zum einen die Feder-Abstandsschicht 3 nach dem Schlie Ben des Presswerkzeugs gegen ein Verrutschen gesichert ist und dass zum anderen überhaupt erst der nachfolgend beschriebene problemlose Fertigungsablauf möglich wird: Gemäss Fig. 2 werden zunächst zur Bildung der unteren Deckschicht 2 der Blattfeder auf der Grundplatte 6.1 der Matrize 6 die beiden Wangenunterteile 7.2 positioniert unter loser Zwischenfügung von Distanzstücken 8. Die Distanzstücke 8 haben jeweils eine solche Dicke,-dass der durch den Matrizenstempel 6.2 und die Wangenunterteile 7.2 begrenzte Formraum bis zu der für die Abstandsschicht 3 bestimmten Aufiagerfläche 7.2.1 am einzelnen Wangenunterteil - eine solche Höhe aufweist, die zumindest der Dicke der unteren Deckschicht 2 einschliesslich eines für das Pressen nötigen Materialzuschlages entspricht. Andernfalls würde es, bei der dargestellten nötigen Materialdicke, beim Einbringen der unidirektionalen Faserstränge für die untere Deckschicht 2 einer entsprechenden - in dem Masse praktisch nicht realisierbaren - Präzision der ang#ewendeten Fasereinbringmethode bedürfen, damit beim Schliessen des Presswerkzeuges über die vorgenannten Auflagerflächen 7.2.1 hinaus aus dem Formraum keinerlei Faserstränge und Bindungsmasse derselben in die Fuge zwischen den Wangenober- und Wangenunterteilen 7.1 bzw. 7.2 fliessen kann. Gemäss Fig. 3 wird nach dem Einbringen der Faserstränge der unteren Deckschicht 2 die Abstandsschicht 3 aufgebracht, vorzugsweise als bereits gepresster, formbeständiger Körper, der allerdings noch nicht ausgehärtet ist. Hiernach werden die beiden W angenob erteile 7.1 positioniert. Die letzte Materialeinb ringung s- phase betrifft dann gemäss Fig. 4 die unidirektionalen Faser Stränge der oberen Deckschicht 1 der Blattfeder. Schliesslich wird das Presswerkzeug durch Aufsetzen der Patrize 5 geschlossen. Die betreffende Fig. 5 zeigt, dass erst mit dem Schliessen des Presswerkzeuges die Distanzstücke 8 entfernt werden. Das anschliessende Pressen durch Bewegen der Patrize 5 und Matrize 6 in den durch die Pfeile 9, 10 angegebenen Druckrichtungen kann in einer hydraulischen Presse erfolgen unter gleichzeitiger Zufuhr der für das gemeinsame Aushärten sämtlicher Schichten 1, 2, 3 nötigen Wärme. Es versteht sich, dass es hierbei nicht unbedingt zu einem Zusammenpressen der unidirektionalen Faserstränge um die Dicke der infolge der Distanzstücke 8 zwangsläufig zwischen der Matrize 6 und Patrize 5 einerseits und den Seitenwangen 7 andererseits vorhandenen Spalte 11 kommen muss, also diese bzw. die Distanzstücke ohne weiteres eine grössere Dicke haben können, als der Pressschwund erfordert.

Claims: Biegefeder aus faserverstärktem Kunststoff und Presswerk zeug für deren Fertigung Patentansprüche 1. Biegefeder aus faserverstärktem Kunststoff, insbesonde re in Form eines gekrümmten Federblattes mit von der Mitte zu beiden Enden hin abnehmender Dicke, bei wel cher Faserstränge in unidirektionaler Faserorientie rung über die Federlänge zwei Deckschichten einer stoffschlüssig zwischengefügten Abstandsschicht bil den, die aus Fasergewebe oder dergleichen besteht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ab standsschicht (3) an beiden Federlängsrändern jeweils in Form einer Federanschluss-Lasche (3.1) aus den Deckschichten (1, 2) herausragt und dass gegenüber deren Fasersträngen die Gewebefasern der Abstands schicht (3) in überwiegend kreuzweiser Orientierung angeordnet sind. 2. Biegefeder nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass Federanschluss-Bohrungen ( 4 ) auf die beiden Federanschluss-Laschen (3.1) be schränkt sind. 3. Presswerkzeug aus Patrize und Matrize zur Herstellung einer Biegefeder nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Patrize (5) und Matrize (6) jeweils in Form eines auf einer Grundplat te (5.1 bzw. 6.1) sitzenden Stempels (5.2 bzw. 6.2) an dessen beiden Seitenflanken durch die Deck- und Abstands.schichtbreite begrenzende Seitenwangen (7) ge führt sind, welche als jeweils in ein Wangenober- und ein Wangenunterteil (7.1 bzw. 7.2) längsgeteilte Fas sungen der Federanschluss-Laschen (3.1) profiliert sind. 4. Presswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen der Grund platte (6.1) der Matrize (6) und den Wangenuntertei len (7.2) Distanzstücke (8) wenigstens von solcher Dicke lose eingefügt sind, dass ein durch den Matrizen stempel (6.2) und die Wangenunterteile (7.2) begrenz ter Formraum bis zu einer für die Abstandsschicht (3) bestimmten Auflagerfläche (7.2.1) am einzelnen Wangen unterteil eine Höhe aufweist, die zumindest der Dicke der unteren Deckschicht (2) einschliesslich eines für das Pressen nötigen Materialzuschlages entspricht.

Inventors: DRACHENBERG, FRANZ, OEFNER, WALTER, DIPL.-ING.
Applicants: MESSERSCHMITT-BOLKOW-BLOHM GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG
Application year: 1982
Main classification: F16F1
IPC codes: F16F1, B29C70, B60G11, B29D99