DE10319463A1

DE10319463A1 - Automobilstoßdämpfersysteme

Info

Publication number: DE10319463A1
Application number: DE2003119463
Authority: DE
Inventors: Klaus Sobolewski; Jan Wucherpfennig; Frank Thye-Moormann
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2004-11-18
Also published as: DE112004000404D2; WO2004097250A1

Abstract

Automobilstoßdämpfersystem, enthaltend eine Kolbenstange (i) und auf der Kolbenstange (i) eine Zusatzfeder (ii), die sich zwischen einer auf der Kolbenstange (i) befindlichen Dämpferkappe (v) und einer Basis (vi) befindet, wobei das Verhältnis des Durchmessers (iii) der Zusatzfeder (ii) an der Basis (vi) zum Durchmesser (vii) der Dämpferkappe (v) mindestens 1,2 : 1 beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft Automobilstoßdämpfersysteme enthaltend Kolbenstange (i) und auf der Kolbenstange (i) mindestens eine Zusatzfeder (ii), die sich zwischen einer auf der Kolbenstange (i) befindlichen Dämpferkappe (v) und einer Basis (vi), bevorzugt einem Stütztopf befindet, insbesondere als Zusatzfeder (ii) eines der erfindungsgemäßen Federelemente, die nachfolgend beschrieben werden. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf Federelemente auf der Basis eines hohlen zylindrischen Dämpfungselementes (x), bevorzugt auf der Basis von Gummi oder zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, besonders bevorzugt auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren, die ggf. Polyharnstoffstrukturen enthalten können, besonders bevorzugt auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren bevorzugt mit einer Dichte nach DIN 53 420 von 200 bis 1100, bevorzugt 300 bis 800 kg/m³, bevorzugt mit einer Zugfestigkeit nach DIN 53571 von ≥ 2, bevorzugt 2 bis 8 N/mm², einer Dehnung nach DIN 53571 von ≥ 300, bevorzugt 300 bis 700% und einer Weiterreißfestigkeit nach DIN 53515 von ≥ 8, bevorzugt 8 bis 25 N/mm, mit einer Höhe (ix) zwischen 70 mm und 80 mm, bevorzugt 72 mm bis 76 mm, besonders bevorzugt 74 mm, einem äußeren Durchmesser (iii) zwischen 60 mm und 70 mm, bevorzugt 62 mm bis 68 mm, besonders bevorzugt 63 mm bis 67 mm, insbesondere 65 mm, einem Durchmesser (xi) des Hohlraums zwischen 12 mm und 20 mm, bevorzugt 14 mm bis 18 mm, besonders bevorzugt 16 mm, sowie einem äußeren Durchmesser (iv) in einer Höhe (xiii) von 10 mm zwischen 30 mm und 45 mm, bevorzugt 34 mm bis 40 mm, besonders bevorzugt 35 mm bis 39 mm, insbesondere 37 mm, wobei bevorzugt der äußere Durchmesser (iii) in Höhe einer Kante (xiv) vorliegt und die Höhe (xiii) bevorzugt gemessen wird von dem der Kante (xiv) abgewandten Ende des Dämpfungselementes. Des weiteren betrifft die Erfindung Automobile enthaltend die erfindungsgemäßen Federelemente, insbesondere Automobile enthaltend die erfindungsgemäßen Federelemente in den erfindungsgemäßen Automobilstoßdämpfersystem.
Aus Polyurethanelastomeren hergestellte Federungselemente werden in Automobilen beispielsweise innerhalb des Fahrwerks verwendet und sind allgemein bekannt. Sie werden insbesondere in Kraftfahrzeugen als schwingungsdämpfende Federelemente eingesetzt. Dabei übernehmen die Federelemente eine Endanschlagfunktion, beeinflussen die Kraft-Weg-Kennung des Rades durch das Ausbilden oder Verstärken einer progressiven Charakteristik der Fahrzeugfederung. Die Nickeffekte des Fahrzeuges können reduziert werden und die Wankabstützung wird verstärkt. Insbesondere durch die geometrische Gestaltung wird die Anlaufsteifigkeit optimiert, dies hat maßgeblichen Einfluss auf den Federungskomfort des Fahrzeuges. Durch die gezielte Auslegung der Geometrie ergeben sich über der Lebensdauer nahezu konstante Bauteileigen schaften. Durch diese Funktion wird der Fahrkomfort erhöht und ein Höchstmaß an Fahrsicherheit gewährleistet.
Die Zusatzfedern werden üblicherweise auf der Kolbenstange eines Stoßdämpfers positioniert und zwischen Kopflagerelement, beispielsweise mit angesetztem Stützrohr, und Dämpferkappe montiert. Die Fixierung der Zusatzfeder kann durch Untermassigkeit eines inneren Konstruktionsabschnittes an der Kolbenstange oder bevorzugt durch Übermassigkeit des größten Außendurchmessers erfolgen.
Problematisch im Hinblick auf diesen Einbau ist häufig, dass die Geometrie des Befestigungstopfes und der Dämpferkappe zu hohen Belastung der Zusatzfeder in dem Automobilfahrwerk führen kann, bei denen eine Zerstörung der Zusatzfeder ggf. nicht ausgeschlossen werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, ein Automobilstoßdämpfersystem zu entwickeln, bei dem auch große Kräfte unter schwierigen Einbaubedingungen dauerhaft abgefangen werden können.
Diese Aufgaben konnten dadurch gelöst werden, dass das Verhältnis des Durchmessers (iii) der Zusatzfeder (ii) an der Basis (vi) zum Durchmesser (vii) der Dämpferkappe (v) mindestens 1,2 : 1, bevorzugt 1,3 : 1 bis 15 : 1, besonders bevorzugt 1,4 : 1 bis 4 : 1 beträgt. Dabei stellt der äußere Durchmesser (iii) bevorzugt den äußeren Durchmesser dar, den die Zusatzfeder (ii) an der Stelle aufweist, wo die Zusatzfeder den Rand (viii) des Stütztopfes berührt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem äußeren Durchmesser (iii) um den maximalen äußeren Durchmesser der Zusatzfeder (ii).
Ein beispielhaftes, bevorzugtes erfindungsgemäßes Automobilstoßdämpfersystem ist im Detail in der 1 dargestellt.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Automobilstoßdämpfersystem bestehen darin, dass aufgrund der neuartigen Geometrie die axialen Kräfte sehr gut übertragen werden können, radiale Kräfte, die zur Zerstörung der Zusatzfedern führen können, aber minimiert werden.
Bei der Kolbenstange kann es sich um allgemein bekannte Kolbenstangen beispielsweise eines Gasdruckstoßdämpfers handeln. Die Dämpferkappe (v) befindet sich üblicherweise unterhalb der Zusatzfeder als Abschluss des Dämpferrohres und übernimmt üblicherweise die Aufgabe, die Radkräfte über das Dämpferrohr auf die Zusatzfeder zu übertragen.
Bei der Basis (vi) kann es sich beispielsweise um einen Stütztopf handeln, der die Querdehnung der integrierten Zusatzfeder verhindert. Außerdem kann der Stütztopf die Aufgabe übernehmen, Teile der Luftfeder, hier Abrollbalg, bei der Montage gegen übermäßiges Abknicken zu stützen. Der Stütztopf ist bevorzugt am Kopflager, welches die Schwingungen der Kolbenstange dämpft, fixiert. Die Basis kann aus allgemein bekannten Materialien gefertigt sein, beispielsweise Aluminium, Stahl und/oder Eisen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Basis (vi) um einen Stütztopf, zwischen dessen Rand (viii) die Zusatzfeder (ii) gepresst ist. Bevorzugt umschließt der Rand (viii) die Zusatzfeder (ii) nahezu vollständig, d.h. nahezu vollständig in ihrer axialen Ausdehnung auf der Kolbenstange, bevorzugt mehr als 90% der Höhe der Zusatzfeder (ii), besonders bevorzugt 95% bis 100% der Zusatzfeder (ii) in Richtung der Kolbenstange. Bevorzugt steht die Zusatzfeder durch eine Kante (xiv), die bevorzugt eine Höhe (xix) zwischen 5 mm und 30 mm, besonders bevorzugt 6 mm und 20 mm, insbesondere 8 bis 15 mm aufweist, in Kontakt mit der Innenseite des Randes (viii) des Stütztopfes. Bevorzugt weist die Kante (xiv) einen äußeren Durchmesser auf, der mindestens 1 mm, besonders bevorzugt 2 bis 3 mm größer ist als der Innendurchmesser des Randes (viii), d.h. die Zusatzfeder liegt in den Stütztopf radial gepresst vor.
Diese erfindungsgemäße Geometrie bewirkt, dass die Querdehnung des Anlaufbereiches unter Last geblockt und somit ein höheres Blockmaß erzielt und die Beschädigung des Federmaterials durch Herausquellen unter der Dämpferkappe verhindert wird.
Die Zusatzfeder (ii) kann beispielsweise basieren auf Gummi oder zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, besonders bevorzugt auf zelligen Polyurethanelastomeren, die ggf. Polyharnstoffstrukturen enthalten können, besonders bevorzugt auf zelligen Polyurethanelastomeren bevorzugt mit einer Dichte nach DIN 53 420 von 200 bis 1100, bevorzugt 300 bis 800 kg/m³, bevorzugt mit einer Zugfestigkeit nach DIN 53571 von ≥ 2, bevorzugt 2 bis 8 N/mm², einer Dehnung nach DIN 53571 von 300, bevorzugt 300 bis 700% und einer Weiterreißfestigkeit nach DIN 53515 von ≥ 8, bevorzugt 8 bis 25 N/mm. Bevorzugt sind Automobilstoßdämpfersysteme, bei denen die hohle zylindrische Zusatzfeder (ii) basiert auf zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, besonders bevorzugt auf zelligen Polyurethanelastomeren, insbesondere basiert auf zelligen Polyurethanelastomeren mit einer Dichte nach DIN 53 420 von 200 bis 1100 kg/m³, mit einer Zugfestigkeit nach DIN 53571 von 2 N/mm², mit einer Dehnung nach DIN 53571 von ≥ 300 % und mit einer Weiterreißfestigkeit nach DIN 53515 von ≥ 8 N/mm, und wobei die Zusatzfeder (ii) eine Höhe (ix) von 70 mm bis 80 mm und einen Durchmesser (iii) zwischen 60 mm und 70 mm aufweist.
Eine weitere Aufgabe bestand darin, geeignete Federelemente auf der Basis eines hohlen zylindrischen Dämpfungselementes (x) für die eingangs dargestellten Automobilstoßdämpfersysteme zu entwickeln, insbesondere Federelemente, die gerade den speziellen Anforderungen eines spezifischen Automobilfahrwerks gerecht werden.
Diese Aufgabe konnte durch die eingangs dargestellten Federelemente gelöst werden.
Bevorzugt umfasst das Federelement eine hohle, bevorzugt ringförmige Stützscheibe (xv), die das Dämpfungselement (x) in einer auf der äußeren Oberfläche des Dämpfungselementes (x) umlaufenden Vertiefung (xvi) umfasst. Die umlaufende Vertiefung (xvi) befindet sich bevorzugt in einer Höhe (xviii) zwischen 40 mm und 50 mm, besonders bevorzugt 42 mm bis 48 mm, insbesondere 45 mm. Der äußere Durchmesser (xxii) des Dämpfungselementes (x) in der umlaufenden Vertiefung (xvi) beträgt bevorzugt 26 mm bis 39 mm, besonders bevorzugt 31 mm bis 36 mm, insbesondere 33,5 mm.
Die Stützscheibe (xv), die bevorzugt eine Höhe (xx) zwischen 15 mm und 25 mm, – besonders bevorzugt 17 mm bis 21 mm, insbesondre 19 mm und einen inneren Durchmesser (xxi) zwischen 25 mm und 40 mm, besonders bevorzugt 30 mm bis 35 mm, insbesondere 32 mm aufweist, kann auf allgemein bekannten Materialien basieren, beispielsweise harten Kunststoffen, z.B. Polyamid, Polyoxymethylen, thermoplastischem Polyurethan, oder Metallen, z.B. Aluminium, Stahl, Kupfer, Eisen, die ggf. mit einem elastischen Material ummantelt sein können. Besonders bevorzugt ist der Durchmesser (xxii) des Dämpfungselemente (x) in der Vertiefung (xvi) 1 mm bis 2 mm größer als der innere Durchmesser (xxi) der Stützscheibe (xv). Der innere Durchmesser (xvii) der Stützscheibe (xv) ist somit bevorzugt kleiner als der Durchmesser des Dämpfungselementes (x) in der Vertiefung (xvi) ohne die Stützscheibe (xv), d.h. bevorzugt wird das Dämpfungselement (x), d.h. die Zusatzfeder (ii) bzw. das Federelement durch die Stützscheibe (xv) gepresst. Bevorzugt ist die Oberfläche der Stützscheibe (xv), insbesondere die zum Dämpfungselement (x) gerichtete Oberfläche, rau. Bevorzugt beträgt der Winkel α der Stützscheibe (xv) zwischen 0° und 45°, bevorzugt zwischen 0° und 10°. Durch den kleineren Innenradius der Stützscheibe, die angeraute Oberfläche und den flachen Winkel konnte ein Fließen des Federmaterials, d.h. der Zusatzfeder (ii) innerhalb der Stützscheibe und somit Beschädigungen der Zusatzfeder erfolgreich minimiert werden. Diese Vorteile kommen insbesondere beim Einbau der erfindungsgemäßen Dämpfungselemente als Federelemente, d.h. Zusatzfedern in den eingangs dargestellten Automobilstoßdämpfersystemen zum Tragen. Die Bauteillebensdauer der Zusatzfedern konnte durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen um das über 10-fache erhöht werden.
Außerdem weist die Stützscheibe (xv) bevorzugt einen Rand (xxv) auf, der außerhalb der umlaufenden Vertiefung (xvi) das Dämpfungselement (x) umfasst.
Ein beispielhaftes, bevorzugtes erfindungsgemäßes Federelement ist im Detail in den 2 und 3 dargestellt, wobei in der 2 zusätzlich die Stützscheibe (xv) dargestellt ist. Eine beispielhafte Stützscheibe (xv) ist detailliert in der 4 abgebildet. In allen Figuren sind die Längenmaße in [mm] angegeben.
Die erfindungsgemäßen Federelemente, d.h. die Dämpfungselemente (x) bzw. die erfindungsgemäßen Zusatzfedern (ii) basieren bevorzugt auf Elastomeren auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, beispielsweise Polyurethanen und/oder Polyharnstoffen, beispielsweise Polyurethanelastomeren, die gegebenenfalls Harnstoffstrukturen enthalten können. Bevorzugt handelt es sich bei den Elastomeren um mikrozellige Elastomere auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, bevorzugt mit Zellen mit einem Durchmesser von 0,01 mm bis 0,5 mm, besonders – bevorzugt 0,01 bis 0,15 mm. Besonders bevorzugt besitzen die Elastomere die eingangs dargestellten physikalischen Eigenschaften. Elastomere auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und ihre Herstellung sind allgemein bekannt und vielfältig beschreiben, beispielsweise in EP-A 62 835, EP-A 36 994, EP-A 250 969, DE-A 195 48 770 und DE-A 195 48 771.
Die Herstellung erfolgt üblicherweise durch Umsetzung von Isocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen.
Die Elastomere auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte werden üblicherweise in einer Form hergestellt, in der man die reaktiven Ausgangskomponenten miteinander umsetzt. Als Formen kommen hierbei allgemein übliche Formen in Frage, beispielsweise Metallformen, die aufgrund ihrer Form die erfindungsgemäße dreidimensionale Form des Federelements gewährleisten. Die Herstellung der Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte kann nach allgemein bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise indem man in einem ein- oder zweistufigen Prozess die folgenden Ausgangsstoffe einsetzt:

(a) Isocyanat,
(b) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen,
(c) Wasser und gegebenenfalls
(d) Katalysatoren,
(e) Treibmittel und/oder
(f) Hilfs- und/oder Zusatzstoffe, beispielsweise Polysiloxane und/oder Fettsäuresulfonate.

Die Oberflächentemperatur der Forminnenwand beträgt üblicherweise 40 bis 95°C, bevorzugt 50 bis 90°C.
Die Herstellung der Formteile wird bevorzugt bei einem NCO/OH-Verhältnis von 0,85 bis 1,20 durchgeführt, wobei die erwärmten Ausgangskomponenten gemischt und in einer der gewünschten Formteildichte entsprechenden Menge in ein beheiztes, bevorzugt dichtschließendes Formwerkzeug gebracht werden. Die Formteile sind nach 5 bis 60 Minuten ausgehärtet und damit entformbar. Die Menge des in das Formwerkzeug eingebrachten Reaktionsgemisches wird üblicherweise so bemessen, dass die erhaltenen Formkörper die bereits dargestellte Dichte aufweisen. Die Ausgangskomponenten werden üblicherweise mit einer Temperatur von 15 bis 120°C, vorzugsweise von 30 bis 110°C, in das Formwerkzeug eingebracht. Die Verdichtungsgrade zur Herstellung der Formkörper liegen zwischen 1,1 und 8, vorzugsweise zwischen 2 und 6.

Claims

Automobilstoßdämpfersystem enthaltend Kolbenstange (i) und auf der Kolbenstange (i) eine Zusatzfeder (ii), die sich zwischen einer auf der Kolbenstange (i) befindlichen Dämpferkappe (v) und einer Basis (vi) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchmessers (iii) der Zusatzfeder (ii) an der Basis (vi) zum Durchmesser (vii) der Dämpferkappe (v) mindestens 1,2 : 1 beträgt.
Automobilstoßdämpfersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Basis (vi) um einen Stütztopf handelt, zwischen dessen Rand (viii) die Zusatzfeder (ii) gepresst ist.
Automobilstoßdämpfersystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (viii) die Zusatzfeder (ii) nahezu vollständig umschließt.
Automobilstoßdämpfersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hohle zylindrische Zusatzfeder (ii) basiert auf zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und eine Höhe (ix) von 70 mm bis 80 mm und einen Durchmesser (iii) zwischen 60 mm und 70 mm aufweist.
Automobilstoßdämpfersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzfeder (ii) ein Federelement gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12 vorliegt.
Federelement auf der Basis eines hohlen zylindrischen Dämpfungselementes (x) mit einer Höhe (ix) zwischen 70 mm und 80 mm, einem Durchmesser (iii) zwischen 60 mm und 70 mm, einen Durchmesser (xi) des Hohlraums zwischen 12 mm und 20 mm sowie einen äußeren Durchmesser (iv) in einer Höhe (xiii) von 10 mm zwischen 30 mm und 45 mm.
Federelement gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Durchmesser (iii) in Höhe einer Kante (xiv) vorliegt und die Höhe (xiii) gemessen wird von dem der Kante (xiv) abgewandten Ende des Dämpfungselementes.
Federelement gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine hohle Stützscheibe (xv) umfasst, die das Dämpfungselement (x) in einer auf der äußeren Oberfläche des Dämpfungselementes (x) umlaufenden Vertiefung (xvi) umfasst.
Federelement gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die umlaufende Vertiefung (xvi) in einer Höhe (xviii) zwischen 40 mm und 50 mm befindet.
Federelement gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Durchmesser (xvii) der Stützscheibe (xv) kleiner ist als der Durchmesser des Dämpfungselementes (x) in der Vertiefung (xvi) ohne die Stützscheibe (xv).
Federelement gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Stützscheibe (xv), insbesondere die zum Dämpfungselement (x) gerichtete Oberfläche, rau ist.
Federelement gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α der Stützscheibe (xv) zwischen 0° und 45° beträgt.
Automobile enthaltend Federelemente gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12.