Blattfederaufhängung für Kraftfahrzeuge

Die Blattfederaufhängung für Kraftfahrzeuge ist ein traditionelles Aufhängungssystem, das aufgrund seiner einfachen Struktur, hohen Tragfähigkeit, niedrigen Kosten und Haltbarkeit weit verbreitet in Nutzfahrzeugen, Pickups, Lastwagen und einigen Geländewagen eingesetzt wird. Die Herstellung von Blattfedern umfasst Prozesse wie Materialauswahl, Formgebung, Wärmebehandlung, Montage und Prüfung.

1. Zusammensetzung und Funktion der Blattfederaufhängung

• Zusammensetzung:
  • Blattfeder: Besteht aus mehreren (oder einer einzelnen) übereinanderliegenden Federstahlplatten, die durch U-förmige Schrauben befestigt werden.
  • Verbindungselemente: Wie Schäkel, Mittelbolzen, Schellen.
  • Stoßdämpfer: Unterstützen die Dämpfung und arbeiten mit der Blattfeder zusammen.
  • Aufhängungszubehör: Buchsen, Halterungen, Befestigungssitze usw.
• Funktion:
  • Trägt das Fahrzeuggewicht und absorbiert Stöße von der Fahrbahn.
  • Bietet starre Unterstützung, geeignet für schwere Lasten (wie z. B. 10-20 Tonnen bei Lastwagen).
  • Führt die Radbewegung und hält die Achspositionierung aufrecht.
• Anwendung: Häufig in Lastwagen (wie Dongfeng, Foton), Pickups (wie Ford F-150), Geländewagen (wie Jeep Wrangler).

2. Herstellungsverfahren von Blattfedern

Die Herstellung von Blattfedern erfolgt hauptsächlich durch Stanzen, Wärmebehandlung und Montage. Das Gießverfahren wird nur selten für Blattfedern verwendet, da diese eine hohe Zähigkeit und Elastizität erfordern, während Gussmaterialien (wie Gusseisen) zwar ausreichend Steifigkeit, aber nicht genügend Zähigkeit aufweisen. Im Folgenden wird der detaillierte Ablauf beschrieben:

Materialauswahl

• Federstahl:
  • Gängige Materialien: 60Si2Mn, 55CrMnA, SUP9 (japanischer Standard) oder 5160 (amerikanischer Standard).
  • Eigenschaften: Hohe Festigkeit (Zugfestigkeit 1200-1800 MPa), hohe Elastizitätsgrenze, Ermüdungsbeständigkeit.
  • Kohlenstoffgehalt: 0,5-0,6 %, enthält Legierungselemente wie Silizium, Mangan, Chrom zur Verbesserung der Zähigkeit und Haltbarkeit.
• Dicke und Abmessungen:
  • Einzelblattdicke: 6-20 mm (je nach Lastanforderung).
  • Länge: 800-2000 mm, Breite 50-100 mm.
  • Anzahl der Lagen: 3-10 Lagen (Mehrblattfeder) oder Einzelblatt (Einblattfeder, wie bei einigen leichten Lastwagen).
• Andere Materialien: Gummi- oder Polyurethanbuchsen für Schäkel zur Reduzierung von Reibung und Geräuschen.

Design und Planung

• Funktionsanforderungen:
  • Tragfähigkeit: Auslegung basierend auf dem zulässigen Gesamtgewicht (GVW) des Fahrzeugs, z. B. 1-3 Tonnen für leichte Lastwagen, 10-20 Tonnen für schwere Lastwagen.
  • Steifigkeit (k-Wert): Im Allgemeinen 200-1000 N/mm, beeinflusst die Härte und den Komfort der Aufhängung.
  • Ermüdungslebensdauer: Muss Millionen von Lastwechseln standhalten (ca. 10 Jahre Lebensdauer).
• CAD-Design:
  • Verwendung von SolidWorks oder CATIA zum Entwerfen der Krümmung, Länge und Anzahl der Lagen der Feder.
  • Finite-Elemente-Analyse (FEA) zur Simulation der Spannungsverteilung, um sicherzustellen, dass sie sich unter maximaler Last nicht verformt.
• Form: Parabolisch oder mehrlagig, parabolisch ist leichter und hat eine gleichmäßigere Spannungsverteilung.

Formgebungsprozess

• Schneiden:
  • Verwendung einer Tafelschere oder eines Laserschneiders zum Zuschneiden der Federstahlplatten auf die angegebenen Abmessungen.
  • Genauigkeit wird auf ±0,5 mm kontrolliert, um eine konsistente Stapelung zu gewährleisten.
• Warmumformung:
  • Erhitzen: Erhitzen der Stahlplatte auf 850-900 °C (Austenitisierungstemperatur), um die Plastizität zu erhöhen.
  • Stanzen oder Walzen: Formen der gekrümmten Struktur mit einer hydraulischen Presse (1000-3000 Tonnen) oder einer Walzmaschine. Parabolische Federn müssen Blatt für Blatt präzise geformt werden.
  • Vorteile: Die Warmumformung stellt sicher, dass die Stahlplatte ein feineres Korngefüge aufweist, was die Festigkeit und Elastizität erhöht.
• Endbearbeitung:
  • Ösenformung (eye forming): Die Enden der Stahlplatte werden zu runden Ösen gerollt, um die Achse oder den Rahmen zu verbinden.
  • Bohren: Das Mittelloch dient zur Montage des Mittelbolzens, der mehrere Federn verbindet.

Wärmebehandlung

• Härten:
  • Erhitzen der geformten Stahlplatte auf 850-900 °C, schnelles Abkühlen (Öl- oder Wasserhärten).
  • Zweck: Bildung einer Martensitstruktur zur Erhöhung der Härte (HRC 40-50) und Festigkeit.
• Anlassen:
  • Anlassen bei 400-600 °C, um innere Spannungen abzubauen und die Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit zu erhöhen.
  • Härte nach dem Anlassen: HRC 30-40, Ausgleich von Steifigkeit und Elastizität.
• Kugelstrahlen (Shot Peening):
  • Beschuss der Oberfläche mit Hochgeschwindigkeitsstahlkugeln, um Druckspannungen einzuleiten und die Ermüdungslebensdauer zu erhöhen (kann um 50-100 % verlängert werden).

Oberflächenbehandlung

• Rostschutzbeschichtung:
  • Spritzen mit Epoxidharz oder Pulverbeschichtung, Dicke 50-100 μm.
  • Feuerverzinkung oder Galvanisierung, Salzsprühnebeltest > 500 Stunden.
• Schmierung: Auftragen von Graphitschmiermittel zwischen den einzelnen Blattfedern oder Hinzufügen von Kunststoffscheiben, um Reibung und Geräusche zu reduzieren.

Montage

• Stapeln und Fixieren:
  • Stapeln mehrerer Blattfedern nach Krümmungsgröße, Fixieren mit Mittelbolzen (M12-M20).
  • Schellen (U-förmige Schrauben) befestigen die Feder an der Achse.
• Anbringen von Zubehör:
  • Schäkelbuchsen (Gummi oder Polyurethan), die den Rahmen und die Feder verbinden.
  • Stoßdämpfer parallel zur Feder zur Steuerung der Vibrationen.
• Ausrichtung: Sicherstellen, dass die Federkrümmung und die Achsposition ausgerichtet sind, Abweichung < 1 mm.

Prüfung und Qualitätskontrolle

• Steifigkeitsprüfung:
  • Anwenden einer Last (1-20 Tonnen) mit einer hydraulischen Prüfmaschine, Messen der Verformung, Überprüfen der Steifigkeit (k-Wert).
• Ermüdungsprüfung:
  • Simulieren von Millionen von Lastwechseln (Frequenz 1-3 Hz), um sicherzustellen, dass kein Bruch auftritt.
• Dimensionsprüfung:
  • Koordinatenmessmaschine (CMM) zur Überprüfung der Krümmung, Länge und Lochposition, Genauigkeit ±0,5 mm.
• Korrosionsbeständigkeitstest:
  • Salzsprühnebeltest (500-1000 Stunden) zur Überprüfung der Haltbarkeit der Beschichtung.
• Belastungstest:
  • Simulieren der maximalen Last (z. B. 20 Tonnen), um sicherzustellen, dass keine Verformung oder kein Bruch auftritt.