弹簧装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于机动车的弹簧装置。


背景技术：

2.在机动车中，可以在用于机动车的弹簧安装的底盘中设置弹簧。就驾驶舒适性而言，期望最软的悬挂。另一方面，就动态驾驶性而言，硬悬挂是有利的。因此存在相互矛盾的要求，然而这些要求的优点和缺点取决于驾驶状况或车辆条件、尤其是机动车的负载。因此，对于机动车而言，没有永远最佳的悬挂设定。因此，在被动弹簧的情况下，弹簧的设计始终是根据状况在针对弹簧性质的不同要求之间的折衷。
3.虽然软悬挂总体上起到舒适性的目的，然而例如在转弯期间，它可能会导致外半径侧的强负载并因此导致恰好违背驾驶员的舒适性感知的机动车侧倾运动。空气弹簧是部分主动的，即它们可以改变它们的弹簧常数，但它们对于弹簧常数的动态变化而言太慢了。因此，期望具有能够动态地适合于状况的弹簧常数设定。
4.申请人知道内部现有技术，在内部现有技术中这可以部分地通过渐进悬挂来实现。这种悬挂(例如空气弹簧)具有随着悬挂上的偏转增大或负载增大而增大的弹簧效应。换句话说，当路面稍微不平时，悬挂可以是软的，当路面非常不平时，悬挂可以是硬的。然而，无法对驾驶状况或状况要求进行主动适应。
5.此外，根据内部现有技术，可以使用主动悬挂。在这种情况下，通常通过主动阻尼器的移动来产生对压缩的主动反向移动。然而，这是昂贵、重量重、能耗高并且响应有限的复杂系统。
6.在所谓的具有阻尼器的半主动悬挂中，可以对阻尼器进行现场调节，即可以对阻尼系数进行现场调节。因此，可以加强阻尼器以减速或减缓压缩或扩展过程，或者软化阻尼器以允许压缩或扩展过程快速发生。然而，半主动悬挂仅动态有效，而非静态有效。这意味着无法也不应该防止压缩，而只能延迟压缩。
7.当使用所谓的侧倾稳定器时，它们通过使扭簧扭曲来将转弯时的机动车拉直，扭簧的扭转力抵消了这种扭曲。在此，申请人内部也已知增加拉力的主动变型。然而，这些变型在轮轴的车轮的均匀偏转的情况下是无效的。


技术实现要素：

8.针对这种背景，本发明的一个目的是提供一种改进的弹簧装置。
9.因此，提出了一种用于机动车的弹簧装置。弹簧装置包括弹簧单元和刚度调节单元，刚度调节单元被构造为加强弹簧单元的刚度，以便动态地改变弹簧装置的弹簧常数。
10.通过设置刚度调节单元，能够在弹簧装置的操作期间根据机动车的相应驾驶状况或根据其负载条件来主动地调节弹簧装置的弹簧常数。这是根据状况地(即，高度动态地且实时地)完成的。因此，能够实时地改变弹簧常数。
11.机动车可以具有任何数量的这种弹簧装置。弹簧单元可以是例如盘簧或板簧。弹
簧单元可以例如由金属材料(尤其是弹簧钢)或由复合材料(诸如纤维复合塑料)制成。优选地，弹簧单元是压缩弹簧。然而，弹簧单元也可以是拉伸弹簧。
12.优选地，弹簧单元被(或可以被)称为柔性弹簧或柔性弹簧单元。也就是说，术语“弹簧单元”和“柔性弹簧单元”可以根据需要互换。在本文中，“柔性弹簧”或“柔性弹簧单元”是指一种部件，其在最简单的情况下是在负载下弹簧-弹性地变形并因此可逆地变形的杆状柔性梁(flexure beam)，。所使用材料的材料性质和弹簧单元的几何形状影响其变形行为。柔性弹簧的一个示例是板簧。
13.弹簧单元也可以被(或可以被)称为扭簧或扭簧单元。也就是说，术语“弹簧单元”和“扭簧单元”也可以根据需要互换。扭簧的示例是盘簧或柱形弹簧，在盘簧或柱形弹簧中，弹簧线材被盘绕成螺旋形状。在扭簧的情况下，所使用材料的材料性质和弹簧单元的几何形状也会影响其变形行为。弹簧单元也可以是或被描述为柔性弹簧单元或扭簧单元。与柔性弹簧或扭簧相比，空气弹簧或气体弹簧利用了空气或气体的可压缩性。因此，弹簧单元不是空气弹簧或气体弹簧。
14.弹簧装置与弹簧单元的不同之处在于，弹簧装置包括弹簧单元和刚度调节单元两者。也就是说，弹簧单元和刚度调节单元是弹簧装置的部分。另一方面，刚度调节单元不是弹簧单元的部分。然而，这并不排除将刚度调节单元附接或固定到弹簧单元。弹簧装置可以包括多个弹簧单元。
15.弹簧常数、弹簧刚度、弹簧硬度或弹簧系数表示作用在弹簧装置上的力与由此引起的弹簧装置的偏转的比值。在本文中，“刚度”是指弹簧单元对弹性变形的抵抗力。换句话说，刚度调节单元适合于以使得弹簧单元对弹性变形的抵抗力改变、尤其是增大的方式影响弹簧单元。弹簧单元的加强由此可以局部地或全局地发生。在这种情况下，“局部”是指仅在弹簧单元的某些区段中。相反，“全局”是指整个弹簧单元被加强。
16.在当前情况下，“改变”尤其是指可以借助于刚度调节单元无级地调节弹簧常数、尤其是增大弹簧常数。然而，弹簧常数也可以减小。弹簧常数的这种改变或调节是可逆的。刚度调节单元也可以被称为弹簧刚度调节单元或弹簧常数调节单元。
17.弹簧常数被(或可以被)“动态地”改变的事实是指，尤其是在当前情况下实时地发生改变，也就是说没有任何时间延迟地发生变化，并且尤其是在弹簧装置的操作期间(例如在弹簧单元的偏转期间)发生变化，并且也尤其是在弹簧装置的负载或应力下发生变化。因此，几乎瞬间地或没有延迟地发生变化。
18.根据一个实施方式，弹簧单元由纤维增强塑料制成。
19.纤维增强塑料(frp)也可以被称为纤维增强塑料材料。纤维增强塑料包括塑料材料、尤其是塑料基质，在塑料材料中嵌入纤维，例如天然纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维等。塑料材料可以是热固性的，诸如环氧树脂。然而，塑料材料也可以是热塑性的。纤维可以是连续纤维。然而，纤维也可以是短或中等长度的纤维，其可以具有几毫米到几厘米的纤维长度。纤维可以定向地或不定向地配置在塑料材料中。弹簧单元可以具有层状结构或分层结构。为此目的，例如利用塑料材料浸渍纤维织物或纤维粗布的层。替选地，然而也可以使用所谓的预浸料(即预浸渍的纤维、纤维织物或纤维粗布)来制造弹簧单元。替选地，然而弹簧单元可以由诸如不锈钢的金属材料制成。
20.根据另一个实施方式，弹簧单元是板簧单元。
21.也就是说，术语“弹簧单元”和“板簧单元”可以根据需要互换。替选地，然而弹簧单元可以是盘簧。与板簧单元相比，柱形弹簧或盘簧具有螺旋形的连续线材，使得盘簧具有柱形几何形状。在弹簧单元是板簧单元的情况下，弹簧单元可以具有z字或蜿蜒形结构。在弹簧单元是板簧单元的情况下，弹簧装置被(或可以被)称为板簧装置。也就是说，术语“弹簧装置”和“板簧装置”也可以根据需要互换。
22.根据另一个实施方式，弹簧单元包括多个板簧区段和多个偏转区段，并且一个偏转区段分别将两个相邻的板簧区段彼此连接。
23.也就是说，板簧区段和偏转区段交替地配置。这导致弹簧单元的z字形或蜿蜒结构。各板簧区段可以具有片状或板状的几何形状。然而，“片状”或“板状”并不排除板簧区段以任何三维方式弯曲或成形。板簧区段可以借助于偏转区段彼此一体地连接、尤其是由一种材料一体地制成。“一体地”或“一件”是指在当前情况下，板簧区段和偏转区段形成共同的部件，而非由不同的部件构成。“由一种材料一体地制成”尤其是指在当前情况下，板簧区段和偏转区段完全由相同的材料制造。优选地，偏转区段的截面积大于板簧区段的截面积。这导致偏转区段的刚度大于板簧区段的刚度。这确保了当弹簧单元压缩时大体上是板簧区段而非偏转区段以弹簧-弹性的方式变形。因此，偏转区段形成弹簧单元的失效(deactivated)区域，或者可以被指定为这种区域。替选地，可以借助于套筒状或夹具状的偏转区段将板簧区段互连。在这种情况下，弹簧单元既不是一体形成的，也不是由一种材料一体制成的。
24.根据另一实施方式，板簧区段包括s形的几何形状。
25.尤其地，板簧区段具有s形的几何形状或截面形状。在压缩弹簧单元之后，板簧区段优选地具有平坦的几何形状。
26.根据另一个实施方式，刚度调节单元包括用于加强弹簧单元的刚度的加强元件，刚度加强元件安置在弹簧单元。
27.刚度加强元件也可以被称为插入件或者是插入件。例如，刚度加强元件可以插入弹簧单元中。刚度加强元件也可以固定地连接到弹簧单元。例如，刚度加强元件材料结合到弹簧单元。在材料结合连接中，连接配对件通过原子力或分子力保持在一起。材料结合连接是不可拆卸的连接，只能通过破坏连接器件和/或连接配对件来将其彼此分离。材料结合连接可以通过例如粘合剂结合或硫化来实现。
28.根据另一个实施方式，刚度加强元件是柱形的。
29.例如，刚度加强元件可以胶合或插入到偏转区段中的一者。然而，刚度加强元件也可以插入到盘簧的线圈中。刚度调节装置可以具有任意数量的刚度加强元件。在这方面，各偏转区段或某些偏转区段可以与其自身的刚度加强元件相关联。刚度加强元件的几何形状是任意的。例如，刚度加强元件的截面是圆柱形。然而，刚度加强元件的截面也可以是多边形、尤其是矩形、椭圆形或星形。
30.根据另一个实施方式，刚度加强元件至少部分地围住弹簧单元。
31.也就是说，弹簧单元至少部分地配置在刚度加强元件内。尤其地，弹簧单元至少部分地被刚度加强元件的材料包围或围住。例如，刚度加强元件被铸造到弹簧单元上。通过使刚度加强元件围住弹簧单元，刚度加强元件额外地保护弹簧单元免受环境影响，诸如水、冰、污垢或紫外线辐射的影响。这增加了弹簧装置的服务寿命。
32.根据另一实施方式，弹簧单元包括具有第一弹簧常数的软弹簧区段和具有第二弹簧常数的硬弹簧区段，其中第二弹簧常数大于第一弹簧常数，并且其中刚度加强元件仅安置在软弹簧区段。
33.在这种情况下，弹簧单元是渐进弹簧单元。这是指弹簧单元的弹簧常数具有渐进走向而非线性走向。由于刚度加强元件仅设置在软弹簧区段处的事实，因此能够仅特定地影响软弹簧区段。替选地，然而也可以在硬弹簧区段上额外地设置刚度加强元件。软弹簧区段也可以被称为第一弹簧区段。硬弹簧区段也可以被称为第二弹簧区段。
34.根据另一个实施方式，刚度加强元件适合于使软弹簧区段失效。
35.在当前情况下，“失效”是指刚度加强元件防止软弹簧区段压缩。因此，软弹簧区段被阻塞或冻结。也就是说，弹簧装置的弹簧作用基本上仅借助于硬弹簧区段来实现。
36.根据另一个实施方式，刚度调节单元包括用于控制刚度加强元件的控制设备，其中刚度加强元件可以借助控制设备从失效状态进入激活状态，反之亦然，并且其中弹簧单元在激活状态下的弹簧常数比在失效状态下的弹簧常数大。
37.这是指例如刚度加强元件在激活状态下具有比在失效状态下高的刚度或弹性模量。控制设备可以包括例如具有电压源和/或电线圈的电路。“驱动”刚度加强元件包括例如借助于电压源和电路为刚度加强元件通电。然而，“驱动”也可以包括对刚度加强元件施加电场或磁场。
38.根据另一个实施方式，在失效状态和激活状态之间提供任意数量的中间状态，使得弹簧单元的弹簧常数可以无级地变化。
39.刚度加强元件从失效状态进入激活状态是可逆的。例如，刚度加强元件可以从激活状态返回到失效状态，在失效状态中上述电压源关闭。例如，施加到刚度加强元件的电压越高，弹簧装置的弹簧常数就越大。
40.根据另一个实施方式，可以借助对刚度加强元件的通电、借助电场和/或借助磁场使刚度加强元件从失效状态进入激活状态。
41.相反，刚度加强元件也可以总是处于作为初始状态的激活状态。在这种情况下，刚度加强元件通过控制设备从激活状态进入失效状态。在本文中，“通电”尤其是指借助于电路和电压源对刚度加强元件施加电压。优选地，电场或磁场借助于刚度调节单元的电线圈而产生。在后面这种情况下，尤其地，能够在没有接触的情况下控制刚度加强元件。由于不需要刚度加强元件的布线，这导致结构复杂度较小。
42.根据另一个实施方式，当刚度加强元件从失效状态进入激活状态时，刚度加强元件的性质以使得弹簧装置的弹簧常数增大的方式改变，所述性质特别是材料性质和/或几何性质。
43.尤其地，刚度加强元件的性质以妨碍弹簧单元的变形的方式改变，因此局部地或全局地增加弹簧单元的刚度。这增大弹簧装置的弹簧常数。材料性质可以包括例如硬度、弹性模量等。几何性质可以例如包括刚度加强元件的尺寸、诸如其直径、其宽度、其厚度等。此外，几何性质可以包括刚度加强元件的形状。例如，刚度加强元件在失效状态下具有圆形截面，而在激活状态下具有椭圆形截面。
44.根据另一个实施方式，刚度加强元件包括磁流变(magnetorheological)材料和/或电流变(electrorheological)材料。
45.优选地，刚度加强元件包括磁流变弹性体和/或电流变弹性体。刚度加强元件可以由各种材料或不同材料的组合制成，例如，这些材料在电场或磁场内仅部分地改变它们的性质。磁流变弹性体包括弹性体基质和分散在弹性体基质中的磁活性颗粒。在这种磁流变弹性体中，通过施加外部磁场能够迅速且可逆地改变粘弹性或动态机械性质。刚度加强元件还可以包括电流变流体、弹性体等。
46.本文所使用的“一个”不必一定理解为限于正好一个元件。而是也可以设置多个元件、诸如两个、三个或更多个元件。本文所使用的任何其他数词也不应理解为将元件的数量正好限制为该数量。而是，除非另有表示，否则以上和以下的数值变化是可能的。
47.板簧装置的其他可能的实施方案还包括相对于实施方式在前面或下面描述的未明确提及的特征或实施方式的组合。在这方面，本领域技术人员还将添加各个方面作为对板簧装置的相应基本形式的改进或补充。
48.板簧装置的其他有利的实施方式和方面是从属权利要求的主题以及下面描述的板簧装置的实施方式的主题。此外，将参考附图借助于优选实施方式更详细地解释板簧装置。
附图说明
49.图1示出了弹簧装置的实施方式的示意图；
50.图2示出了根据图1的弹簧装置的另一示意图；
51.图3示出了根据图1的细节图iii；
52.图4示意性地示出了根据图1的弹簧装置的力-偏转曲线；
53.图5再次示出了根据图1的细节图iii；
54.图6示意性地示出了根据图1的弹簧装置的另一力-偏转曲线；
55.图7示出了弹簧装置的另一实施方式的示意图；
56.图8示意性地示出了根据图7的弹簧装置的力-偏转曲线；
57.图9示出了根据图7的弹簧装置的另一示意图；并且
58.图10示意性地示出了根据图7的弹簧装置的另一力-偏转曲线。
具体实施方式
59.在附图中，除非另有说明，否则相同或功能相同的元件已经被提供相同的附图标记。
60.图1示出了弹簧装置1a的示意图。弹簧装置1a被(或者可以被)描述为板簧装置。然而，弹簧装置1a可以是弹簧的任何实施方式，例如盘簧等。然而，在下文中将理解，弹簧装置1a是板簧装置。弹簧装置1a适合于在机动车2中或机动车2上使用，尤其是在轮式车辆上使用。弹簧装置1a可以应用于机动车2的车轮悬挂的区域中。机动车2可以包括任意数量的弹簧装置1a。
61.弹簧装置1a包括弹簧单元3。弹簧单元3被(或可以被)描述为板簧单元。然而弹簧单元3也可以例如是盘簧。弹簧单元3由纤维增强塑料材料或纤维增强塑料(frp)制成。然而，替选地，弹簧单元3也可以至少部分地由金属材料制成，例如由弹簧钢制成。然而在下文中，将设想弹簧单元3由纤维增强塑料材料制成。
62.纤维复合塑料包括塑料材料、尤其是塑料基质，在塑料材料中嵌入纤维，例如天然纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维等。塑料材料可以是热固性的，诸如环氧树脂。然而，塑料材料也可以是热塑性的。纤维可以是连续纤维。然而，纤维也可以是短的或中等长度的纤维，其可以具有几毫米到几厘米的纤维长度。弹簧单元3可以具有层状结构或分层结构。为此目的，例如利用塑料基质浸渍纤维织物或纤维粗布的层。然而，替选地，也可以使用所谓的预浸料(即预浸渍的纤维、纤维织物或纤维网)来制造弹簧单元3。
63.弹簧单元3具有蜿蜒的几何形状。弹簧单元3具有多个板簧区段4，这些板簧区段4在偏转区段5处彼此连接。板簧区段4的数量是任意的。在图1中，板簧区段4和偏转区段5均被提供有附图标记。各板簧区段4在侧视图中均具有s形的几何形状或s形的走向。
64.板簧区段4可以借助于偏转区段5彼此一体地连接、尤其是由一种材料一体地制成。“一体地”或“一件”在当前情况下是指板簧区段4和偏转区段5形成共同的部件，而非由不同的部件构成。“由一种材料一体地制成”尤其是指板簧区段4和偏转区段5完全由相同的材料制成。
65.板簧区段4和偏转区段5以如下方式被设计：当弹簧单元3受载时，在偏转区段5中不发生变形或者至少不发生可察觉的变形。另一方面，板簧区段4均在中央区域6中变形并且产生抵消从外部作用的负载的弹簧力。
66.弹簧单元3的第一端部区段7支撑在第一支承单元8中。弹簧单元3的第二端部区段9相应地支撑在第二支承单元10中。第一支承单元8可以例如是机动车2的框架的一部分。第二支承单元10可以是机动车2的轮轴引导件的一部分。支承单元8、10是弹簧装置1a的部分。相对于重力方向g，第一支承单元8放置在第二支承单元10的上方。第一支承单元8被(或者可以被)描述为弹簧支座。第二支承单元10也是弹簧支座或者可以被称为弹簧支座。
67.图1示出了处于未受载或偏转状态的弹簧装置1a。相反，图2示出了处于受载或压缩状态的弹簧装置1a。在未受载状态下为s形的板簧区段4在压缩状态下具有平的形状。
68.图3示出了根据图1的细节图iii。如前所述，弹簧单元3包括板簧区段4，其中的两个板簧区段4在图3中示出，它们借助于偏转区段5彼此连接。然而，例如在弹簧单元3不是板簧单元的情况下，图3还可以示出螺旋弹簧的线圈的一部分。更一般地，图3示出了具有至少一个线圈的弹簧区段或弹簧列。
69.弹簧装置1a包括刚度加强元件11，刚度加强元件11能够在机动车2的或弹簧装置1a的操作期间影响弹簧装置1a的弹簧刚度或弹簧常数k(图4)，换句话说，根据需要增大或减小弹簧装置1a的弹簧刚度或弹簧常数k。“弹簧常数”或“弹簧刚度”表示作用在弹簧装置1a上的力f(图4)与由此引起的弹簧装置1a的偏转a(图4)的比值。
70.刚度加强元件11可以具有任何几何形状。例如，刚度加强元件11可以是圆筒状或辊状。刚度加强元件11可以例如设置在偏转区段5上。可以设置多个刚度加强元件11，并且这样的刚度加强元件11可以与各个偏转区段5或者仅与选定的偏转区段5关联。
71.一个或多个刚度加强元件11可以局部地安置在弹簧单元3的一个区段或各个区段(尤其是偏转区段5)，或者也可以围住整个弹簧单元3。刚度加强元件11可以插入或胶合到偏转区段5中。在弹簧单元3为盘簧的情况下，刚度加强元件11也可以放置在弹簧单元3的线圈之间。
72.借助于控制设备12，能够以如下方式控制刚度加强元件11：以影响弹簧装置1a的
弹簧常数k、弹簧行程、扩展等的方式来具体地改变其性质。换句话说，弹簧装置1a的性质被选择性地影响。这可以局部地(例如在仅一个偏转区段5处)完成或在整个弹簧单元3处完成。
73.例如，为了影响弹簧装置1a的性质，将信号、尤其是电信号施加到刚度加强元件11。在设置多个刚度加强元件11的情况下，可以单独或联合地控制这些刚度加强元件11。在本文中，刚度加强元件11的“性质”可以例如理解为其几何扩展(例如直径、长度、厚度、宽度等)或其几何形状(例如圆形、椭圆形或多边形)。
74.然而，例如，刚度加强元件11的“性质”也可以理解成是指材料性质，诸如硬度、粘度、刚度、弹性模量等。控制设备12也可以用于影响刚度加强元件11的上述性质的任何组合。例如，可以借助于控制设备12以使得刚度加强元件11至少局部地加强和/或变形的方式控制刚度加强元件11。
75.尤其地，刚度加强元件11呈现电流变或磁流变性质。换句话说，刚度加强元件11的更改弹簧装置1a的弹簧常数k的上述性质可以分别通过施加电场或磁场或直接对刚度加强元件11通电来影响。
76.刚度加强元件11可以由单种材料制成或由不同材料(例如，这些材料在电场或磁场内仅部分地改变它们的性质)的组合制成。刚度加强元件11由弹性体或包括弹性体的复合材料制成。例如，刚度加强元件11可以由磁流变弹性体制成，或者包括磁流变弹性体。
77.磁流变弹性体包括弹性体基质和分散在弹性体基质中的磁活性颗粒。在这种磁流变弹性体中，通过施加外部磁场能够迅速且可逆地改变粘弹性或者动态机械性质。刚度加强元件11还可以包括电流变流体、弹性体等。
78.在最简单的情况下，控制设备12是具有电压源14的电路13。控制设备12和刚度加强元件11一起形成弹簧装置1a的刚度调节单元15。刚度加强元件11是电路13的一部分。例如，在图3的视图中，电压源14不供应任何电压，刚度加强元件11处于失效状态z1。
79.例如，在失效状态z1下，刚度加强元件11的刚度比弹簧单元3的刚度小几倍，所以刚度加强元件11不会阻碍弹簧单元3的变形。结果是图4所示的弹簧装置1a的弹簧常数k的曲线。根据图4的弹簧常数k的曲线大体上对应于没有这种刚度调节单元15的弹簧装置(未示出)的曲线。
80.当对刚度加强元件11施加电压时，如图5所示，刚度加强元件11从失效状态z1转向激活状态z2。状态z1、z2在图3和图5中以不同的阴影线示出。例如，刚度加强元件11在激活状态z2中具有不同于失效状态z1中的几何形状。此外，当刚度加强元件11从失效状态z1转向激活状态z2时，刚度加强元件11的弹性模量可以改变。
81.结合先前示例，在激活状态z2下，刚度加强元件11的刚度可以比弹簧单元3的刚度高几倍，使得在激活状态z2下刚度加强元件11妨碍弹簧单元3的变形，结果是如图6所示的弹簧装置1a的与失效状态z1相比较陡的弹簧常数k
′
的曲线。也就是说，可以以相同的力f获得弹簧装置1a的较小的偏转a。因此，弹簧装置1a在激活状态z2下比在失效状态z1下硬。
82.在这种情况下，刚度调节单元15可以被设计为使得随着施加到刚度加强元件11的张力增大，弹簧常数k
′
的走向变得越来越陡峭。因此，弹簧常数k可以无级地变化。可以在失效状态z1与激活状态z2之间提供无限数量的中间状态。
83.然而，控制设备12也可以适于产生用于驱动刚度加强元件11的电场e或磁场m。在
激活状态z2下，刚度加强元件11至少部分地配置在电场e或磁场m内。因此，能够以无接触或非接触方式控制刚度加强元件11。为了产生场e、m，控制设备12可以包括能够通电的线圈。线圈可以至少部分地围住刚度加强元件11。然而，这不是必需的。
84.图7示出了弹簧装置1b的另一实施方式的示意图，其也适合于机动车2。在下文中，将仅讨论弹簧装置1a、1b之间的差异。弹簧装置1b包括弹簧单元3，弹簧单元3是如前所述的具有板簧区段4和配置在板簧区段4之间的偏转区段5的板簧单元。板簧区段4的变形基本上发生在区域6中。弹簧单元3由纤维复合塑料制成。
85.与弹簧装置1a相比，弹簧装置1b包括具有渐进特性曲线的弹簧单元3。为此目的，弹簧单元3包括具有第一弹簧常数k1的第一弹簧区段16或软弹簧区段16和具有第二弹簧常数k2的第二弹簧区段17或硬弹簧区段17。第二弹簧常数k2大于第一弹簧常数k1。弹簧常数k1、k2的这种差异可以例如通过使硬弹簧区段17具有比软弹簧区段16大的截面积和/或不同的几何形状来实现。相对于重力方向g，软弹簧区段16放置在硬弹簧区段17的上方。弹簧区段16、17彼此一体地连接、尤其是由一种材料一体地制成。
86.当对弹簧装置1b施加负载时，软弹簧区段16首先弯曲。只有在软弹簧区段16几乎被压缩或几乎完全被压缩时，硬弹簧区段17才压缩。如图8所示，这导致弹簧装置1b的弹簧常数k的渐进走向。
87.弹簧装置1b包括如前所述的刚度调节单元15，刚度调节单元15包括控制设备12和刚度加强元件11。刚度加强元件11优选地设置在软弹簧区段16处。由此，如参考图3和图5所述，刚度加强元件11可以仅设置在一个或多个偏转区段5处。然而，刚度加强元件11也可以包封或裹覆整个软弹簧区段16，如图7和图9所示。
88.例如，刚度加强元件11材料结合到软弹簧区段16。在材料结合连接的情况下，连接配对件通过原子力或分子力保持在一起。材料结合连接是不可拆卸的连接，其仅能通过破坏连接器件和/或连接配对件来分离。材料结合的接合可以例如通过粘合剂结合或硫化来接合。例如，刚度加强元件11被模制到软弹簧区段16。
89.如前所述，刚度加强元件11具有电流变或磁流变性质。借助于控制设备12，刚度加强元件11可以从失效状态z1(图7)进入激活状态z2(图9)，反之亦然。这可以例如通过对刚度加强元件11通电或对其施加电场e(图9)或磁场m来完成。通过不同取向的阴影线在图7和图9中示出不同的状态z1、z2。
90.在激活状态z2下，刚度加强元件11使软弹簧区段16失效，使得当弹簧装置1b受载时基本上仅硬弹簧区段17压缩。软弹簧区段16被冻结，并且理想情况下不对弹簧装置1b的弹簧作用产生任何贡献。如图10所示，这导致弹簧常数k
′
的线性变化。因此，弹簧常数k
′
于是基本上对应于第二弹簧常数k2。另外，也可以在硬弹簧区段17上设置刚度加强元件11。
91.通过刚度调节单元15，能够因此快速改变弹簧常数k，例如以便实时主动地调节或控制弹簧装置1a、1b的弹簧偏转和弹簧常数k。例如能够在负载变化的情况下进行高度补偿，并且可以将弹簧装置1a、1b的固有频率转换到非临界范围中。例如，可以在转弯期间(为了侧倾稳定性)、在加速期间、在制动期间和/或在电子补偿系统或所谓的车体控制系统的范围内执行弹簧常数k的针对轮、侧和/或轮轴的特定改变。
92.通过弹簧常数k的无级变化，能够改进乘坐舒适性和动态驾驶性。这也可以在不使用渐进悬挂(未示出)的情况下实现，渐进悬挂的弹簧常数取决于弹簧偏转。通过使弹簧常
数k可调节，能够支持阻尼器功能。弹簧装置1a、1b可以至少部分地替代其他的部分主动的底盘部件(诸如侧倾稳定器、阻尼器、空气弹簧等)，或者在缩小尺寸的范围内至少能够小尺寸化这些底盘部件。能够实施高度动态可切换的弹簧装置1a、1b。与主动空气弹簧相比，弹簧装置1a、1b是简单的、经济高效的并且在动态可用性方面具有较高性能的解决方案。
93.尽管已经参考实施方式的示例描述了本发明，但是可以以多种方式对其进行变型。
94.附图标记列表
95.1a 弹簧装置
96.1b 弹簧装置
97.2 机动车
98.3 弹簧单元
99.4 板簧区段
100.5 偏转区段
101.6 区域
102.7 端部区段
103.8 支承单元
104.9 端部区段
105.10 支承单元
106.11 刚度加强元件
107.12 控制设备
108.13 电路
109.14 电压源
110.15 刚度调节单元
111.16 弹簧区段
112.17 弹簧区段
113.a 偏转
114.e 电场
115.f 力
116.g 重力方向
117.k 弹簧常数
118.k
′ꢀ
弹簧常数
119.k1 弹簧常数
120.k2 弹簧常数
121.m 磁场
122.z1 状态
123.z2 状态

技术特征：
1.用于机动车(2)的弹簧装置(1a、1b)，其包括：弹簧单元(3)；以及刚度调节单元(15)，其构造为加强所述弹簧单元(3)的刚度，以便动态地改变所述弹簧装置(1a、1b)的弹簧常数(k、k
′
)。2.根据权利要求1所述的弹簧装置，其特征在于，所述弹簧单元(3)由纤维增强塑料制成。3.根据权利要求1或2所述的弹簧装置，其特征在于，所述弹簧单元(3)是板簧单元。4.根据权利要求3所述的弹簧装置，其特征在于，所述弹簧单元(3)包括多个板簧区段(4)和多个偏转区段(5)，并且一个偏转区段(5)分别将两个相邻的板簧区段(4)彼此连接。5.根据权利要求4所述的弹簧装置，其特征在于，所述板簧区段(4)包括s形的几何形状。6.根据权利要求1至5中任一项所述的弹簧装置，其特征在于，所述刚度调节单元(15)包括用于加强所述弹簧单元(3)的刚度的加强元件(11)，所述刚度加强元件(11)安置在所述弹簧单元(3)。7.根据权利要求6所述的弹簧装置，其特征在于，所述刚度加强元件(11)为柱形。8.根据权利要求6所述的弹簧装置，其特征在于，所述刚度加强元件(11)至少部分地围住所述弹簧单元(3)。9.根据权利要求6至8中任一项所述的弹簧装置，其特征在于，所述弹簧单元(3)包括具有第一弹簧常数(k1)的软弹簧区段(16)和具有第二弹簧常数(k2)的硬弹簧区段(17)，其中所述第二弹簧常数(k2)大于所述第一弹簧常数(k1)，并且其中所述刚度加强元件(11)仅安置在所述软弹簧区段(16)。10.根据权利要求9所述的弹簧装置，其特征在于，所述刚度加强元件(11)适于使所述软弹簧区段(16)失效。11.根据权利要求6至10中任一项所述的弹簧装置，其特征在于，所述刚度调节单元(15)包括用于控制所述刚度加强元件(11)的控制设备(12)，其中所述刚度加强元件(11)能够借助于所述控制设备(12)从失效状态(z1)进入激活状态(z2)，所述刚度加强元件(11)能够借助于所述控制设备(12)从所述激活状态(z2)进入所述失效状态(z1)，并且其中所述弹簧装置(1a、1b)在所述激活状态(z2)下的弹簧常数(k、k
′
)大于在所述失效状态(z1)下的弹簧常数(k、k
′
)。12.根据权利要求11所述的弹簧装置，其特征在于，在所述失效状态(z1)和所述激活状态(z2)之间提供任意数量的中间状态，使得所述弹簧装置(1a、1b)的弹簧常数(k、k
′
)能够无级地改变。13.根据权利要求11或12所述的弹簧装置，其特征在于，所述刚度加强元件(11)能够借助于对所述刚度加强元件(11)的通电、借助于电场(e)和/或借助于磁场(m)从所述失效状态(z1)进入所述激活状态(z2)。14.根据权利要求11至13中任一项所述的弹簧装置，其特征在于，
当所述刚度加强元件(11)从所述失效状态(z1)进入所述激活状态(z2)时，所述刚度加强元件(11)的性质以使得所述弹簧装置(1a、1b)的弹簧常数(k、k
′
)增大的方式改变，所述性质特别是材料性质和/或几何性质。15.根据权利要求6至14中任一项所述的弹簧装置，其特征在于，所述刚度加强元件(11)包括磁流变材料和/或电流变材料。

技术总结
本发明涉及一种用于机动车(2)的弹簧装置(1A、1B)，其包括弹簧单元(3)以及刚度调节单元(15)，刚度调节单元(15)被设计为加强弹簧单元(3)，以便动态地改变弹簧装置(1A、1B)的弹簧常数(k、k


技术研发人员：I
受保护的技术使用者：莱茵金属发明有限责任公司
技术研发日：2021.10.22
技术公布日：2023/8/21