DE102009027789A1

DE102009027789A1 - Dämpfungselement mit Stütztopf

Info

Publication number: DE102009027789A1
Application number: DE102009027789A
Authority: DE
Inventors: Josef Heidemann
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2029-07-18
Also published as: DE102009027789B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dämpfungselement, umfassend ein Federelement auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, wobei das obere Ende einen Kragen aufweist, sowie einen Stütztopf mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, wobei der Innendurchmesser am unteren Ende größer ist als der Innendurchmesser am oberen Ende und wobei es sich weiterhin bei Federelement und Stütztopf um separat gefertigte Bauteile handelt, das Dämpfungselement dadurch komplettiert wird, dass das Federelement durch den Stütztopf gesteckt wird, und in komplettiertem Zustand der Kragen des Federelementes in radialer Richtung über die innere Mantelfläche des oberen Endes des Stütztopfes hinausragt. Weiterhin betrifft die Erfindung Dämpfungselemente mit zusätzlichen Stützringen und einer Schutzeinrichtung wie Schutzrohr oder Faltenbalg. Ferner betrifft die Erfindung Kraftfahrzeuge, die mit mindestens einem erfindungsgemäßen Dämpfungselement ausgestattet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dämpfungselement umfassend ein Federelement auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, wobei das obere Ende einen Kragen aufweist, sowie einen Stütztopf mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, wobei der Innendurchmesser am unteren Ende größer ist als der Innendurchmesser am oberen Ende. Weiterhin betrifft die Erfindung Dämpfungselemente mit zusätzlichen Stützringen und einer Schutzeinrichtung wie Schutzrohr oder Faltenbalg. Weiterhin betrifft die Erfindung Kraftfahrzeuge, die mit mindestens einem erfindungsgemäßen Dämpfungselement ausgestattet sind.
Aus Polyurethanelastomeren hergestellte Federelemente werden in Kraftfahrzeugen beispielsweise innerhalb des Fahrwerks verwendet und sind allgemein bekannt. Sie werden insbesondere zur Schwingungsdämpfung eingesetzt. Sie werden überwiegend neben dem Hauptstoßdämpfer, der häufig auf der Basis von Metallfedern oder Druckgaselementen basiert, als Zusatzstoßdämpfer eingesetzt. Üblicherweise sind diese Federelemente Hohlkörper, die konzentrisch geformt sind und entlang der Federachse unterschiedliche Durchmesser oder Wandstärken aufweisen können. Grundsätzlich könnten diese Federelemente auch als Hauptstoßdämpfer fungieren, sie übernehmen aber in Kombination mit dem Hauptstoßdämpfer häufig eine Endanschlagfunktion. Dabei beeinflussen sie die Kraft-Weg-Kennung des gefederten Rades durch das Ausbilden oder Verstärken einer progressiven Charakteristik der Fahrzeugfederung. So können die Nickeffekte des Fahrzeuges reduziert und die Wankabstützung verstärkt werden. Insbesondere durch die geometrische Gestaltung wird die Anlaufsteifigkeit optimiert, was maßgeblichen Einfluss auf den Federungskomfort des Fahrzeuges hat. Durch die gezielte Auslegung der Geometrie ergeben sich über der Lebensdauer nahezu konstante Bauteileigenschaften. Durch diese Funktion wird der Fahrkomfort erhöht und ein Höchstmaß an Fahrsicherheit gewährleistet.
Häufig werden die Federelemente in Befestigungselementen wie Stütztöpfen fixiert, die wiederum mit der Fahrzeugkarosserie verbunden sein können. Äußere Einflüsse, denen das Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges ausgesetzt ist, können schädlich für die elastischen Eigenschaften der Federelemente sein. Zum Schutz der Federelemente werden diese daher häufig von sogenannten Schutzrohren umschlossen, die beispielsweise als starre oder flexible Rohre oder auch als Faltenbälge ausgebildet sein können.
In der Offenlegungsschrift DE 103 17 815 A1 wird ein Dämpfungselement beschrieben, das ein hohles zylindrisches Federelement auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten sowie einen hohlen Befestigungstopf umfasst. Es wird als wesentlich herausgestellt, dass das Federelement in Kontakt mit dem Befestigungstopf hergestellt wird, wodurch sich eine haftende Verbindung zwischen den Bauteilen ergibt. Nachteilig an dieser Bauart ist allerdings, dass bei einer fehlerhaften Herstellung des Federelements auch der Stütztopf zum Ausschuss wird und dass eine Qualitätskontrolle erst anhand des fertigen Dämpfungselements erfolgen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Dämpfungselement zu entwickeln, das die positiven Eigenschaften bekannter Dämpfungselemente aufweist, aber effizienter und kostengünstiger herzustellen ist. Eine weitere Aufgabe war es, bekannte Dämpfungselemente hinsichtlich ihrer Eigenschaften zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst, wie er in Anspruch 1 wiedergegeben ist. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Kraftfahrzeuge, die eines oder mehrere der erfindungsgemäßen Dämpfungselemente enthalten.
Erfindungsgemäß umfasst das Dämpfungselement als wesentliche Bauteile ein Federelement sowie einen Stütztopf. Bevorzugt sind beide Bauteile im Querschnitt im Wesentlichen konzentrisch. In Längsrichtung können beide Bauteile unterschiedlich ausgestaltet sein, wobei die Längsrichtung senkrecht zur Querschnittsfläche definiert ist. Die Begriffe „Längsachse”, „oben” und „unten” bezeichnen im Folgenden die Orientierung, in der derartige Federelemente üblicherweise angebracht sind, z. B. in Kraftfahrzeugen als Zusatzfedern bei Stoßdämpfersystemen.
Erfindungsgemäße Federelemente basieren bevorzugt auf Elastomeren auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, besonders bevorzugt auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren, die Polyharnstoffstrukturen enthalten können. Zellig bedeutet, dass die Zellen bevorzugt einen Durchmesser von 0,01 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt von 0,01 mm bis 0,15 mm aufweisen.
Besonders bevorzugt haben die Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte mindestens eine der folgenden Materialeigenschaften: eine Dichte nach DIN EN ISO 845 zwischen 270 und 900 kg/m3, eine Zugfestigkeit nach DIN EN ISO 1798 von ≥ 2,0 N/mm2, eine Bruchdehnung nach DIN EN ISO 1798 von ≥ 200% oder eine Weiterreißfestigkeit nach DIN ISO 34-1 B (b) von ≥ 8 N/mm. In weiter bevorzugten Ausführungsformen besitzt ein Polyisocyanat-Polyadditionsprodukt zwei, weiter bevorzugt drei dieser Materialeigenschaften, besonders bevorzugte Ausführungsformen besitzen alle vier der genannten Materialeigenschaften.
Elastomere auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und ihre Herstellung sind allgemein bekannt und vielfältig beschreiben, beispielsweise in EP 62 835 A1 , EP 36 994 A2 , EP 250 969 A1 , DE 195 48 770 A1 und DE 195 48 771 A1 . Unterschiedliche Arten von Federelementen und Verfahren zu ihrer Herstellung sind dem Fachmann ebenfalls bekannt, beispielsweise aus den Dokumenten DE 101 24 924 A1 , DE 10 2004 049 638 A1 oder WO 2005/019681 A1 .
Erfindungsgemäße Federelemente sind einstückig ausgebildet. Sie verfügen in Längsrichtung über einen unteren Abschnitt, einen daran anschließenden oberen Abschnitt sowie über einen Kragen am oberen Ende. Der untere Abschnitt kann unterschiedlich ausgestaltet sein, beispielsweise wie in den oben genannten Dokumenten dargelegt. Das untere Ende des unteren Abschnitts weist bevorzugt eine nach innen oder nach außen gerichtete Biegelippe auf, besonders bevorzugt eine nach außen gerichtete Biegelippe. Das untere Ende, insbesondere in Gestalt einer Biegelippe, kann in axialer Richtung konturiert sein, sodass es in Umfangsrichtung unterschiedliche Höhen aufweist.
Die Außenfläche des unteren Abschnitts kann in radialer und axialer Richtung unterschiedlich geformt sein, beispielsweise durch Erhebungen oder Vertiefungen. Bevorzugt ist die Außenfläche des unteren Abschnitts des Federelements zylindrisch oder kegelförmig, besonders bevorzugt kegelförmig, indem sich der Durchmesser zum unteren Ende hin verringert. Der untere Abschnitt weist vorteilhaft auf der Außenfläche einen oder mehrere konzentrische Bereiche mit verringertem Durchmesser, sogenannte Einschnürungen, auf. Die Segmente zwischen den Einschnürungen weisen im Fall einer zylindrischen Außenfläche gleichbleibende Außendurchmesser auf. Im Fall einer kegelförmigen Gestaltung der Außenfläche des unteren Abschnitts verringern sich die Außendurchmesser der Segmente in Richtung unteres Ende.
Die Außendurchmesser der Segmente können auch zunächst konstant sein, um dann in Richtung des unteren Endes abzunehmen, sodass der untere Abschnitt des Federelements zunächst zylindrisch und anschließend kegelförmig zum unteren Ende hin verläuft. Die Länge des zylindrischen Anteils des unteren Abschnitts beträgt dabei bevorzugt von 0 bis 70%, besonders bevorzugt von 10 bis 35% der Gesamtlänge des Federelements. Zylindrische und kegelförmige Abschnitte können sich auch über die Länge des unteren Abschnitts abwechseln, wobei sich der Durchmesser insgesamt über die Länge zum unteren Ende hin verringert. Bevorzugt verringern sich die Außendurchmesser von Segment zu Segment von 0 bis 15 mm, besonders bevorzugt von 0 bis 6 mm.
In einer Ausführungsform verringern sich die Außendurchmesser der Segmente derart, dass im Längsschnitt betrachtet die Außenkontur des unteren Abschnitts des Federelements einen Federneigungswinkel von 0° bis 35°, bevorzugt von 3° bis 15° aufweist. Der Federneigungswinkel ist dabei definiert als spitzer Winkel zwischen der Außenkontur des unteren Abschnitts und der Längsachse.
Der sich an den unteren Abschnitt anschließende obere Abschnitt des Federelements dient im Wesentlichen zur Befestigung des Federelements im Stütztopf. Unterer Abschnitt und oberer Abschnitt gehen über eine Flanke ineinander über, wobei der Durchmesser des oberen Abschnitts nach der Flanke kleiner ist als der des unteren Abschnitts vor der Flanke. Die Flankensteigung ist definiert als stumpfer Winkel zwischen der Oberfläche der Flanke und der Längsachse und beträgt bevorzugt von 90° bis 140°, besonders bevorzugt von 90° bis 125°. Die Übergänge vom unteren Abschnitt zur Flanke und von der Flanke zum oberen Abschnitt sind vorteilhaft gerundet ausgebildet, bevorzugt in Radien von 1 bis 5 mm. Die Länge des oberen Abschnitts des Federelements beträgt bevorzugt von 1 bis 70 mm, besonders bevorzugt von 5 bis 50 mm, insbesondere von 10 bis 30 mm.
Der Außendurchmesser des oberen Abschnitts kann über seine Länge gleich bleiben, er kann sich aber auch in Längsrichtung nach oben verringern oder vergrößern, sodass der obere Abschnitt eine konische Form aufweisen kann. Der Konuswinkel, definiert als spitzer Winkel zwischen der äußeren Mantelfläche des oberen Abschnitts und der Längsachse beträgt bevorzugt von –20° bis 60°, besonders bevorzugt von –10° bis 40°, insbesondere von –3° bis 20°. Dabei bezeichnen negative Werte des Konuswinkels eine Vergrößerung des Durchmessers nach oben, positive Werte entsprechend eine Verringerung. Der obere Abschnitt kann sich nach oben auch nichtlinear verjüngen oder erweitern, beispielsweise in Form einer Parabel. Die Verringerung des Außendurchmessers nach oben beträgt bevorzugt von 2 bis 60 mm, besonders bevorzugt von 4 bis 25 mm. Eine Erweiterung des Außendurchmessers beträgt bevorzugt von 2 bis 10 mm, besonders bevorzugt von 3 bis 5 mm.
Die Außenfläche des oberen Abschnitts des Federelements kann in axialer und radialer Richtung unterschiedlich ausgestaltet sein, beispielsweise durch Erhebungen oder Vertiefungen, die umlaufend oder unterbrochen vorhanden sein können. In einer Ausführungsform weist die Außenfläche mehrere Erhebungen in Längsrichtung des oberen Abschnitts auf.
Das obere Ende des erfindungsgemäßen Federelements ist als Kragen ausgestaltet, der in radialer Richtung über die äußere Mantelfläche am oberen Ende des oberen Abschnitts hinausragt. Seine Höhe beträgt bevorzugt von 2 bis 12 mm, besonders bevorzugt von 4 bis 8 mm, insbesondere von 5 bis 6 mm. Der Überstand in radialer Richtung über die äußere Mantelfläche am Übergang von Mantelfläche zum Kragen beträgt bevorzugt von 2 bis 25 mm, besonders bevorzugt von 4 bis 10 mm, insbesondere von 5 bis 6 mm.
Die obere Stirnseite des Federelements kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Sie kann beispielsweise mit Einschnitten oder Einbuchtungen versehen sein. Sie kann auch in axialer Richtung konturiert sein, also unterschiedliche Höhen in Längsrichtung aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform weist der obere Abschnitt in radialer Richtung mindestens zwei, bevorzugt vier Auskragungen auf. Die Auskragungen befinden sich vorteilhaft im oberen Teil des oberen Abschnitts, direkt unterhalb des Kragens. Bevorzugt sind sie gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Die Auskragungen sind bevorzugt so dimensioniert, dass sie im komplettierten Zustand durch entsprechend angeordnete Aussparungen im Stütztopf in radialer Richtung über die äußere Mantelfläche des Stütztopfes hinausragen. Bevorzugt beträgt der Überstand in radialer Richtung über die äußere Mantelfläche des Stütztopfes von 1 bis 8 mm, besonders bevorzugt von 1,5 bis 4 mm. Die Höhe der Auskragungen beträgt vorteilhaft von 3 bis 30 mm, insbesondere von 5 bis 20 mm. Ihre jeweilige Breite liegt vorteilhaft in einem Bereich von 3 bis 25 mm, insbesondere von 4 bis 8 mm.
Bevorzugt ist das Federelement innen hohl, sodass es beispielsweise auf eine Kolbenstange eines Kraftfahrzeug-Stoßdämpfers aufgesteckt werden kann. Die innere Mantelfläche des Federelements kann konturiert sein sowie Vertiefungen oder Erhebungen in radialer und axialer Richtung aufweisen. Die Dimensionierung des Federelements richtet sich nach den Anforderungen, die an das Dämpfungs- und Federungsverhalten gestellt werden, sowie nach dem zur Verfügung stehenden Bauraum.
Das Federelement kann für Zusatzfedern allgemein übliche Maße, d. h. Längen und Durchmesser annehmen. Bevorzugt weist das Federelement eine Höhe zwischen 30 mm und 200 mm, besonders bevorzugt zwischen 40 mm und 150 mm auf. Bevorzugt beträgt der äußere Durchmesser des Federelements an seiner weitesten Stelle zwischen 30 mm und 150 mm, besonders bevorzugt zwischen 40 mm und 70 mm. Bevorzugt beträgt der Innendurchmesser des Hohlraums des Federelementes zwischen 6 mm und 35 mm.
Erfindungsgemäß umfasst das Dämpfungselement neben dem Federelement weiterhin einen Stütztopf. Der Stütztopf kann aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein, beispielsweise aus Metallen wie Aluminium oder Aluminiumlegierungen oder aus harten Kunststoffen wie thermoplastischem Polyurethan, Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol oder Polyoxymethylen. Bevorzugte Materialien zur Herstellung des Stütztopfes sind Polyamid 6.6 und Polyoxymethylen. Sie können nach bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise Druckgussverfahren für Metalle oder Spritzgussverfahren für Kunststoffe.
In Längsrichtung von oben nach unten betrachtet weist ein erfindungsgemäßer Stütztopf einen oberen Abschnitt, einen daran anschließenden auswärts gerichteten Abschnitt sowie optional einen sich daran anschließenden unteren Abschnitt auf. Der Innendurchmesser am unteren Ende des Stütztopfes ist größer als der Innendurchmesser am oberen Ende. Der Innendurchmesser des oberen Abschnitts kann über seine Länge gleich bleiben, er kann sich aber auch in Längsrichtung nach oben verringern oder vergrößern, sodass der obere Abschnitt eine konische Form aufweisen kann. Der Konuswinkel, definiert als spitzer Winkel zwischen der Innenfläche des oberen Abschnitts und der Längsachse beträgt bevorzugt von –20° bis 60°, besonders bevorzugt von –10° bis 40°, insbesondere von –3° bis 20°. Dabei bezeichnen negative Werte des Konuswinkels eine Vergrößerung des Durchmessers nach oben, positive Werte entsprechend eine Verringerung. Der obere Abschnitt kann sich nach oben auch nichtlinear verjüngen oder erweitern, beispielsweise in Form einer Parabel. Bevorzugt beträgt die Höhe des oberen Abschnitts in Längsrichtung von 1 bis 70 mm, besonders bevorzugt von 5 bis 50 mm, insbesondere von 10 bis 30 mm. Der Innendurchmesser des oberen Abschnitts des Stütztopfes beträgt bevorzugt von 15 bis 140 mm, besonders bevorzugt von 25 bis 90 mm.
Der auswärts gerichtete Abschnitt weist einen Neigungswinkel von 40° bis 90°, bevorzugt von 55° bis 90° auf, wobei der Neigungswinkel definiert ist als spitzer Winkel zwischen der Innenfläche des auswärts gerichteten Abschnitts und der Längsachse. Der Übergang vom oberen Abschnitt zum auswärts gerichteten Abschnitt ist vorzugsweise gerundet gestaltet, bevorzugt in Radien von 1 bis 8 mm. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Neigungswinkel des Stütztopfes dem Gegenwinkel der Flankensteigung, mit der oberer Abschnitt und unterer Abschnitt des Federelements ineinander übergehen. Die Länge des auswärts gerichteten Abschnitts beträgt vorteilhaft von 1 bis 60 mm, insbesondere von 3 bis 30 mm. Der auswärts gerichtete Abschnitt ist vorteilhaft derart gestaltet, dass er eine Versteifung des Stütztopfes bewirkt, beispielsweise durch Stege in Längsrichtung.
In einer Ausführungsform, bei der der Stütztopf keinen unteren Abschnitt aufweist, ist das untere Ende des auswärts gerichteten Abschnitts vorteilhaft als nach außen gerichtete Kante ausgebildet, wodurch die Steifigkeit des Bauteils erhöht wird. Die Kante kann in Umfangsrichtung umlaufend oder unterbrochen gestaltet sein, bevorzugt ist sie umlaufend ausgeführt. Die Kante kann im rechten Winkel zur Längsachse nach außen weisen, sie kann aber auch nach oben oder unten geneigt sein. Bevorzugt sind Winkel im Bezug zur Längsachse von 45° bis 135°, besonders bevorzugt von 75° bis 105°, insbesondere von 85° bis 95°. Der Außendurchmesser der Kante ist von 2 bis 60 mm, bevorzugt von 5 bis 40 mm, insbesondere von 8 bis 30 mm größer als der Außendurchmesser des auswärts gerichteten Abschnitts vor der Kante. Der Übergang von der inneren Mantelfläche des auswärts gerichteten Abschnitts zur Kante ist vorzugsweise gerundet gestaltet, bevorzugt in Radien von 1 bis 8 mm.
In einer weiteren Ausführungsform schließt sich an den auswärts gerichteten Abschnitt ein unterer Abschnitt des Stütztopfes an. Die Innenfläche des unteren Abschnitts stellt in radialer Richtung eine Begrenzung des auswärts gerichteten Abschnitts dar und ist diesem gegenüber geneigt. Der Winkel zwischen der Innenfläche des unteren Abschnitts und der Längsachse beträgt bevorzugt von 0° bis 90°, besonders bevorzugt von 0° bis 40°, insbesondere von 0° bis 20°. Der Übergang zwischen auswärts gerichtetem Abschnitt und unterem Abschnitt ist vorzugsweise gerundet gestaltet, bevorzugt in Radien von 1 bis 5 mm. Die Länge des unteren Abschnitts beträgt vorteilhaft 3 bis 50 mm, insbesondere 10 bis 25 mm. Der untere Abschnitt des Stütztopfes weist bevorzugt einen Innendurchmesser von 16 bis 200 mm auf, besonders bevorzugt von 16 bis 160 mm.
In einer Ausführungsform mit oberem Abschnitt, auswärts gerichtetem Abschnitt und unterem Abschnitt ist das untere Ende des Stütztopfes vorteilhaft als nach außen gerichtete Kante ausgebildet, wodurch die Steifigkeit des Bauteils erhöht wird. Die Kante kann umlaufend oder in Umfangsrichtung unterbrochen gestaltet sein, bevorzugt ist sie umlaufend ausgeführt. Die Kante kann im rechten Winkel zur Längsachse nach außen weisen, sie kann aber auch nach oben oder unten geneigt sein. Bevorzugt sind Winkel im Bezug zur Längsachse von 45° bis 135°, besonders bevorzugt von 75° bis 105°, insbesondere von 85° bis 95°. Der Außendurchmesser der Kante ist von 2 bis 60 mm, bevorzugt von 5 bis 40 mm, insbesondere von 8 bis 30 mm größer als der Außendurchmesser des unteren Abschnitts vor der Kante. Der Übergang von der inneren Mantelfläche des unteren Abschnitts zur Kante ist vorzugsweise gerundet gestaltet, bevorzugt in Radien von 1 bis 8 mm.
Erfindungsgemäß ist der Stütztopf innen hohl, sodass er für die Aufnahme eines Federelements geeignet ist. Die Innenflächen können in radialer Richtung Erhebungen oder Einbuchtungen aufweisen. Die äußere Form des Stütztopfes kann von der inneren Form abweichen. So kann die Wandstärke des Bauteils in Längsrichtung variieren oder es können auf der Außenfläche Streben, vorzugsweise in Längsrichtung, vorgesehen sein, um beispielsweise im Übergangsbereich von oberem Abschnitt zu auswärts gerichtetem Abschnitt oder gegebenenfalls unterem Abschnitt die Festigkeit des Bauteils zu erhöhen. Die äußere Form des Stütztopfes kann unterschiedlich gestaltet sein, um Anforderungen aufgrund des Bauraums oder der Befestigungsmöglichkeiten des Dämpfungselements, z. B. in einem Kraftfahrzeug, individuell zu erfüllen.
Die Wandstärke des Stütztopfes beträgt bevorzugt von 1,5 bis 12 mm, besonders bevorzugt von 2,5 bis 7 mm, insbesondere von 3,5 bis 6 mm. Die Wandstärke kann für alle Bereiche des Stütztopfes identisch sein, von Abschnitt zu Abschnitt unterschiedlich sein oder auch innerhalb eines Abschnitts variieren. In einer Ausführungsform ist die Wandstärke des oberen Abschnitts größer als die des auswärts gerichteten Abschnitts und gegebenenfalls des unteren Abschnitts, um eine größere Auflagefläche für den Kragen des Federelements zu bieten bei gleichzeitiger Reduzierung des Gesamtmaterialbedarfs.
In einer weiteren Ausführungsform weist der obere Abschnitt des Stütztopfes mindestens zwei, bevorzugt vier Aussparungen auf. Die Aussparungen befinden sich vorteilhaft am oberen Ende des Stütztopfes und erstrecken sich in Längsrichtung nach unten. Sie sind bevorzugt gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet und so dimensioniert, dass im komplettierten Zustand entsprechende Auskragungen des Federelements in radialer Richtung über die äußere Mantelfläche des Stütztopfes hinausragen.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Stütztopf eine radial nach außen gerichtete Aufnahmevorrichtung für ein Schutzrohr oder einen Faltenbalg auf. Bevorzugt befindet sich die Aufnahmevorrichtung am auswärts gerichteten Abschnitt oder am unteren Abschnitt des Stütztopfes, insbesondere an seinem unteren Ende. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Aufnahmevorrichtung um eine nach außen gerichtete Kante wie oben beschrieben, an der ein Schutzrohr oder ein Faltenbalg befestigt werden können, beispielsweise durch Einclipsen.
Die dreidimensionale Gestaltung und Dimensionierung von Federelement und Stütztopf wird vorteilhaft aufeinander abgestimmt. in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt nach der Komplettierung die Flanke zwischen unterem und oberem Abschnitt des Federelements an der Innenfläche des auswärts gerichteten Abschnitts des Stütztopfes an. In einer weiteren Ausführungsform befindet sich nach der Komplettierung die Außenfläche des oberen Abschnitts des Federelements mit der Innenfläche des oberen Abschnitts des Stütztopfes zumindest teilweise in Kontakt. In einer weiteren Ausführungsform weisen das Federelement und der Stütztopf Erhebungen und Vertiefungen in ihren jeweiligen oberen Abschnitten auf, die derart dimensioniert und angeordnet sind, dass sie im komplettierten Zustand ein relatives Verdrehen von Federelement und Stütztopf in mindestens eine Richtung verhindern. In einer weiteren Ausführungsform liegt der Kragen des Federelements auf dem oberen Rand des Stütztopfes auf, wobei der Außendurchmesser des Kragens um 4 bis 20 mm, bevorzugt um 8 bis 12 mm, insbesondere um 10 mm größer ist als der Innendurchmesser des oberen Endes des Stütztopfes. Dabei kann der Kragen des Federelements auch über den Rand des Stützrings in radialer Richtung hinausragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt nach der Komplettierung die Flanke zwischen unterem und oberem Abschnitt des Federelements an der Innenfläche des auswärts gerichteten Abschnitts des Stütztopfes an und der Kragen des Federelements liegt auf dem oberen Rand des Stütztopfes auf, wobei der Kragen mindestens 2 mm des Randes, vorzugsweise den kompletten Rand in radialer Richtung bedeckt. Dadurch wird gewährleistet, dass das Federelement in axialer Richtung nicht aus dem Stütztopf rutschen kann. In einer weiteren Ausführungsform werden die Bauteile derart dimensioniert, dass nach der Komplettierung eine Vorspannung des Federelements in axialer Richtung vorherrscht. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die Länge des oberen Abschnitts des Federelements, gemessen vom Ende der Flanke bis zum Ansatz des Kragens, von 0,2 bis 2 mm geringer ist als die Länge des oberen Abschnitts des Stütztopfes.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Bauteile derart dimensioniert, dass nach der Komplettierung eine Vorspannung des Federelements in radialer Richtung vorliegt, beispielsweise dadurch, dass der Außendurchmesser des oberen Abschnitts des Federelements 0,2 bis 4 mm größer ist als der Innendurchmesser des oberen Abschnitts des Stütztopfes. In einer weiteren Ausführungsform wird die radiale Vorspannung des Federelements dadurch realisiert, dass auf der Außenfläche des oberen Abschnitts des Federelements mehrere, bevorzugt 3 bis 20, Erhebungen vorhanden sind, deren Außendurchmesser von 0,2 bis 6 mm größer ist als der Innendurchmesser des oberen Abschnitts des Stütztopfes. Selbstverständlich kann eine radiale Vorspannung auch mit einer axialen Vorspannung kombiniert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind das Federelement mit Auskragungen und der Stütztopf mit entsprechenden Aussparungen versehen. Im komplettierten Zustand beträgt der radial nach außen gerichtete Überstand der Auskragungen über die äußere Mantelfläche des Stütztopfes bevorzugt von 1 bis 8 mm, besonders bevorzugt von 1,5 bis 4 mm. Diese Ausführungsform erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn das Dämpfungselement in einem Bauraum eingesetzt wird, der das Dämpfungselement auch radial zumindest teilweise umfasst, beispielsweise in Form eines Lagertopfes in der Karosserie als Lagerung eines Fahrzeug-Stoßdämpfers. In einem solchen Fall bewirken die Auskragungen eine radiale Entkopplung von Karosserie und Dämpfungselement und tragen somit zu einer Reduzierung der Fahrgeräusche bei. Eine vergleichbare dämpfende Wirkung hat in axialer Richtung der Kragen des Federelements, der über den Stütztopf hinausragt und dadurch den Stütztopf von der Abstützfläche, beispielsweise der Karosserie, entkoppelt.
Mit Hilfe der Auskragungen lässt sich im Fall der Aufnahme in einem Lagertopf überdies eine einfache Art der Montage realisieren, indem der Außendurchmesser der Auskragungen größer gewählt wird als der Innendurchmesser des Lagertopfes. Durch einfaches Hineindrücken des Dämpfungselement in den Lagertopf lässt sich in diesem Fall ein Festsitz erreichen.
Bei dem komplettierten Dämpfungselement dient der Stütztopf unter anderem zur Stabilisierung der Verformung des Federelements und zur Reduzierung des Federweges. Um den Federweg weiterhin zu reduzieren, wird in einer weiteren Ausführungsform ein Stützring auf das Federelement gesteckt, wie es beispielsweise aus dem Dokument DE 101 24 924 A1 bekannt ist.
Erfindungsgemäß werden die Bauteile Federelement und Stütztopf separat gefertigt und anschließend komplettiert. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Herstellschritte effizient und kostengünstig durchgeführt werden können, und dass eine Qualitätskontrolle nach der jeweiligen Fertigung möglich ist. Im Vergleich zu Verfahren, bei denen die Bauteile kombiniert hergestellt werden, z. B. durch Umschäumen eines vorgefertigten Topfes, lassen sich somit durch Ausschuss entstehende Kosten minimieren. Weitere Nachteile des herkömmlichen, kombinierten Herstellungsverfahrens sind, dass in aller Regel nur begrenzte Bauteilgeometrien eingesetzt werden können und bei der Herstellung unerwünschte Wechselwirkungen zwischen den Materialen auftreten können. Das erfindungsgemäße Dämpfungselement überwindet diese Nachteile. Durch die nunmehr zur Verfügung stehende größere Materialvielfalt können beispielsweise Anforderungen an Schwingungsdämpfung und akustisches Verhalten besser erfüllt werden.
Das erfindungsgemäße Dämpfungselement kann prinzipiell von Hand komplettiert werden, indem das Federelement von unten durch den Stütztopf gedrückt wird. Der Einpressdruck muss dabei lediglich so groß sein, dass der Kragen, der während des Durchschiebens zusammengedrückt wird, über das obere Ende des Stütztopfes hinausgeschoben wird und sich wieder entfalten kann. Sofern das Federelement über Auskragungen verfügt, ist darauf zu achten, dass die entsprechenden Aussparungen im Stütztopf bei der Montage nicht in Umfangsrichtung verdreht liegen.
Industriell wird das Dämpfungselement gefertigt, indem in eine entsprechende Vorrichtung das Federelement eingelegt und der Stütztopf gerichtet von oben auf das Federelement aufgepresst wird. Sofern erforderlich wird in vergleichbarer Weise ein Stützring von unten auf das Federelement aufgepresst. Zuletzt wird gegebenenfalls ein Schutzrohr oder ein Faltenbalg auf das komplettierte Dämpfungselement montiert. Diese Vorgänge können automatisch, halbautomatisch oder auch händisch erfolgen, wobei in Abhängigkeit von den jeweiligen Rahmenbedingungen die wirtschaftlichste Art der Fertigung zum Einsatz kommt.
Bedingt durch Formgebung und Dimensionierung sind die einzelnen Bauteile nach der Komplettierung vorteilhaft formschlüssig miteinander verbunden, insbesondere Federelement mit Stütztopf sowie gegebenenfalls Federelement mit Stützring beziehungsweise Stütztopf mit Schutzrohr oder Faltenbalg. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind einige oder alle Bauteile zusätzlich durch Stoffschluss miteinander verbunden, beispielsweise dadurch, dass vor der Komplettierung die betreffenden Oberflächen eines Bauteils oder mehrerer Bauteile mit Klebstoff benetzt werden.
Anhand der Zeichnungen wird im Folgenden die Erfindung weiter erläutert, wobei die Zeichnungen als Prinzipdarstellungen zu verstehen sind. Sie stellen keine Beschränkung der Erfindung, beispielsweise im Hinblick auf konkrete Abmessungen oder Ausgestaltungsvarianten von Bauteilen des Dämpfungselementes, dar. Es zeigen:
1: Prinzipskizze eines komplettierten Dämpfungselementes mit Schutzrohr
2: Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Federelementes (Ansicht)
3: Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Federelementes (Längsschnitt)
4: Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stütztopfes
Bezugszeichenliste

1: Dämpfungselement
2: Federelement
3: Stütztopf
4: Stützring
5: Schutzrohr
20: oberes Ende des Federelements
21: Kragen des Federelements
22: oberer Abschnitt des Federelements
23: Auskragung des Federelements
24: Erhebung im oberen Abschnitt des Federelements
25: unterer Abschnitt des Federelements
26: unteres Ende des Federelements
27: Biegelippe
28: Einschnürung
29: Aussparung
30: oberes Ende des Stütztopfes
31: oberer Abschnitt des Stütztopfes
32: auswärts gerichteter Abschnitt des Stütztopfes
33: unterer Abschnitt des Stütztopfes
34: unteres Ende des Stütztopfes
35: Aussparung des Stütztopfes
36: Aufnahmevorrichtung für ein Schutzrohr oder einen Faltenbalg
37: Steg
60: Konuswinkel des Federelements
61: Flankensteigung
62: Federneigungswinkel
63: Konuswinkel des Stütztopfes
64: Neigungswinkel des auswärts gerichteten Abschnitts des Stütztopfes
65: Neigungswinkel des unteren Abschnitts des Stütztopfes

1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungselements 1 in komplettiertem Zustand mit Federelement 2, Stütztopf 3, Stützring 4 und Schutzrohr 5 in einer Ansicht (1a) und einem Längsschnitt (1b). Das Schutzrohr 5 dient dem Schutz des Federelements 2 vor Umwelteinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit und Spritzwasser, und trägt somit zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Dämpfungselements 1 bei.
In 2 ist das Federelement 2 aus 1 separat dargestellt. An seinem oberen Ende 20 weist das Federelement 2 einen Kragen 21 auf, der in radialer Richtung über die Mantelfläche des oberen Abschnitts des Federelements 22 hinausragt. Direkt unterhalb des Kragens 21 befinden sich vier Auskragungen 23 gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt. Die Länge der Auskragungen 23 in axialer Richtung entspricht etwa der Hälfte der Länge des oberen Abschnitts 22. In radialer Richtung ragen die Auskragungen 23 über den Kragen 21 hinaus. Ferner weist diese Ausführungsform Erhebungen 24 auf, die sich in Längsrichtung auf der Mantelfläche des oberen Abschnitts 22 erstrecken. Diese Erhebungen 24 dienen dazu, eine radiale Vorspannung des Federelements 2 beim Einbau in den Stütztopf zu erzeugen.
Am unteren Ende 26 des Federelements 2 ist eine nach außen gerichtete Biegelippe 27 ausgeformt. Der untere Abschnitt des Federelements 25 weist über seine Länge verteilt fünf Einschnürungen 28 auf. Neben den Materialeigenschaften bestimmt die geometrische Gestaltung des Federelements im Wesentlichen seine Dämpfungs- und Verformungseigenschaften. Die Verformung wird in dem in 1 dargestellten Beispiel eines Dämpfungselements zusätzlich durch einen Stützring 4 beeinflusst, der auf eine der Einschnürungen 28 aufgesteckt ist.
3a und 3b zeigen das Federelement 2 aus den 1 und 2 im Längsschnitt. 3a stellt einen Längsschnitt in einer Ebene dar, die durch die Auskragungen 23 verläuft, 3b einen Längsschnitt in einer um ca. 45° verdrehten Ebene, bei dem die Auskragungen 23 nicht zu erkennen sind. Wie in 3b deutlich zu sehen, ist der Durchmesser des oberen Abschnitts 22 kleiner als der Durchmesser des unteren Abschnitts 25 am Übergang der beiden Abschnitte. Der Kragen 21 ragt radial über die äußere Mantelfläche des oberen Abschnitts 22 hinaus. Die Erhebungen 24 vergrößern den Durchmesser des oberen Abschnitts 22, um für eine radiale Vorspannung im komplettierten Zustand zu sorgen.
Das in 3a und 3b dargestellte Federelement 2 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der im hohlen Innenraum weitere Aussparungen 29 vorhanden sind. Diese Aussparungen dienen ähnlich den Einschnürungen 28 auf der Außenfläche dazu, das Verformungsverhalten und die Dämpfungseigenschaften gezielt einzustellen. Die Längen- und Durchmesserangaben in 3 beziehen sich auf die Einheit Millimeter.
4a und 4b zeigen ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Stütztopfes 3 mit oberem Ende 30 und unterem Ende 34, oberem Abschnitt 31, auswärts gerichtetem Abschnitt 32 sowie unterem Abschnitt 33. Der beispielhaft dargestellte Stütztopf 3 weist vier Aussparungen 35 auf, die gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt sind. 4b stellt einen Querschnitt in einer Ebene dar, die durch zwei gegenüberliegende Aussparungen 35 verläuft. In dieser Darstellung sind die drei unterschiedlichen Abschnitte 31, 32 und 33 des Stütztopfes deutlich zu erkennen.
Der Stütztopf 3 in 4a und 4b verfügt über eine Aufnahmevorrichtung 36 für ein Schutzrohr oder einen Faltenbalg, die in Form einer nach außen gerichteten Kante gestaltet ist. Weiterhin weist der Stütztopf 3 auf seiner Außenfläche mehrere Stege 37 auf, die der Verstärkung des Bauteils im Übergang der einzelnen Abschnitt 31, 32 und 33 dienen.
Die Abbildungen der 5 sind Prinzipskizzen, in die zur Verdeutlichung die oben definierten Winkel eingezeichnet sind. 5a stellt eine halbseitige Kontur eines Federelements dar mit einem oberen Abschnitt, der einen Konuswinkel 60 aufweist. Oberer und unterer Abschnitt gehen über eine Flankensteigung 61 ineinander über. Der untere Abschnitt ist zunächst zylindrisch und verjüngt sich nach unten mit einem Federneigungswinkel 62.
Die Abbildungen 5b bis 5d stellen schematisch die halbseitige Kontur von unterschiedlichen Ausprägungen eines Stütztopfes dar. In 5b sind sowohl oberer als auch unterer Abschnitt zylindrisch, der auswärts gerichtete Abschnitt weist einen Neigungswinkel 64 auf. In 5c verjüngt sich der obere Abschnitt des Stütztopfes zu seinem oberen Ende hin mit einem Konuswinkel 63. 5d stellt schematisch einen Stütztopf dar, bei dem der untere Abschnitt einen Neigungswinkel 65 aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10317815 A1 [0004]
- EP 62835 A1 [0010]
- EP 36994 A2 [0010]
- EP 250969 A1 [0010]
- DE 19548770 A1 [0010]
- DE 19548771 A1 [0010]
- DE 10124924 A1 [0010, 0038]
- DE 102004049638 A1 [0010]
- WO 2005/019681 A1 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN EN ISO 845 [0009]
- DIN EN ISO 1798 [0009]
- DIN EN ISO 1798 [0009]
- DIN ISO 34-1 B (b) [0009]

Claims

Dämpfungselement umfassend ein Federelement auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, wobei das obere Ende einen Kragen aufweist, sowie einen Stütztopf mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, wobei der Innendurchmesser am unteren Ende größer ist als der Innendurchmesser am oberen Ende, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei Federelement und Stütztopf um separat gefertigte Bauteile handelt, das Dämpfungselement dadurch komplettiert wird, dass das Federelement durch den Stütztopf gesteckt wird, und in komplettiertem Zustand der Kragen des Federelementes in radialer Richtung über die innere Mantelfläche des oberen Endes des Stütztopfes hinausragt.
Dämpfungselement nach Anspruch 1, wobei Federelement und Stütztopf zusätzlich zumindest teilweise durch Stoffschluss verbunden sind.
Dämpfungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Außendurchmesser des Kragens um 4 bis 20 mm, bevorzugt um 8 bis 12 mm, insbesondere um 10 mm größer ist als der Innendurchmesser des oberen Endes des Stütztopfes.
Dämpfungselement nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Höhe des Kragens von 2 bis 12 mm, bevorzugt von 4 bis 8 mm, insbesondere von 5 bis 6 mm beträgt.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Konuswinkel des oberen Abschnitts des Stütztopfes von –20° bis 60°, bevorzugt von –10° bis 40°, insbesondere von –3° bis 20° beträgt.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Neigungswinkel des auswärts gerichteten Abschnitts des Stütztopfes von 40° bis 90°, bevorzugt von 55° bis 90° beträgt.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Stütztopf in seinem oberen Abschnitt mindestens zwei Aussparungen aufweist und weiterhin das Federelement an seinem oberen Abschnitt mindestens zwei Auskragungen aufweist, die durch die Aussparungen im Stütztopf in radialer Richtung über die äußere Mantelfläche des Stütztopfes hinausragen.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Stütztopf in seinem oberen Abschnitt vier Aussparungen aufweist und weiterhin das Federelement an seinem oberen Abschnitt vier Auskragungen aufweist, die durch die Aussparungen im Stütztopf in radialer Richtung über die äußere Mantelfläche des Stütztopfes hinausragen, wobei die Aussparungen und Auskragungen gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der obere Abschnitt des Stütztopfes eine Höhe in Längsrichtung von 1 bis 70 mm, bevorzugt von 5 bis 50 mm, insbesondere von 10 bis 30 mm aufweist.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Länge des auswärts gerichteten Abschnitts des Stütztopfes von 1 bis 60 mm, insbesondere von 3 bis 30 mm beträgt.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei an dem Federelement zusätzlich ein Stützring angebracht ist oder mehrere Stützringe angebracht sind.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Stütztopf an seinem unteren Ende eine nach außen gerichtete Kante aufweist.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Stütztopf eine radial nach außen gerichtete Aufnahmevorrichtung für ein Schutzrohr oder einen Faltenbalg aufweist.
Dämpfungselement nach Anspruch 11 oder 12, wobei an der nach außen gerichteten Kante oder Aufnahmevorrichtung ein Schutzrohr oder ein Faltenbalg angebracht ist.
Kraftfahrzeug mit mindestens einem Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 14.