DE20307898U1

DE20307898U1 - Zusatzfeder

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Publication number: DE20307898U1
Application number: DE20307898U
Authority: DE
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2013-05-20

Description

BASF Aktiengesellschaft "·:.··. £0039196 &diams; PF 54537 DE

Zusatzfeder
Beschreibung

Die Erfindung betrifft Federelement basierend auf einem zylindrischen Dämpfungselement (i) auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, bevorzugt auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren, die ggf. Polyhamstoffstrukturen 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, 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 ä 8, bevorzugt 8 bis 25 N/mm, wobei die Federelemente einen umlaufenden Sockel (ii) mit einem Durchmesser (iii) von 131 mm bis 135 mm, bevorzugt 133 mm, und einer Dicke (iv) von 2 mm bis 10 mm, bevorzugt 4 mm bis 8 mm, besonders bevorzugt 6 mm, sowie ein Kopfteil (v) mit einem Durchmesser (vi) von 54 mm bis 56 mm, bevorzugt 55 mm aufweist und wobei der Abschluss des Kopfteils in Form einer konvexen Linse (xxx) ausgestaltet ist. Unter dem Ausdruck Abschluss des Kopfteils ist insbesondere die Oberfläche des vom Sockel (ii) abgewandten Endes des Kopfteils zu verstehen. Außerdem betrifft die Erfindung Automobile enthaltend die erfindungsgemäßen Federelemente.

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 Bauteileigenschaften. Durch diese Funktion wird der Fahrkomfort erhöht und ein Höchstmaß an Fahrsicherheit gewährleistet.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 20204302.9 sind Zusatzfedern bekannt. Nachteilig war, dass Automobile, in denen diese bekannten Zusatzfedern getestet wurden, bei extremen Fahrmanövern plötzlich auftretende Achsratensprünge zeigten, bei denen sich die Steifigkeit der Hinterachse durch den Einsatz der Zusatzfeder spontan änderte und dadurch das Fahrzeug schwerer zu kontrollieren war.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, für ein Automobilmodell eine geeignete Zusatzfeder mit den oben genannten Funktionen zu entwickeln, die den spezifischen Anforderungen gerade dieses Modells gerecht wird und einen möglichst guten Fahrkomfort und eine ausgezeichnete Fahrsicherheit gewährleistet. Insbesondere sollten diese Vorteile bei Fahrzeugen mit einer Hinterachse mit Stahlfeder mit linearer Kennung entwickelt werden, da es gerade bei linearen Stahlfeder bei eingeleiteten maximal Kräften, beispielsweise bei Schlaglochdurchfahrten, zu Berührungen der Stahlfederwindungen kommen kann. Dieses Anschlagen der Stahlfeder bei extremen Einfederungen sollte durch die erfindungsgemäßen Zusatzfedern, im vorliegenden Fall auch Anschlag stop genannt, verhindert werden. Außerdem sollten bei Automobilen, in denen die Zusatzfedern zum Einsatz kommen, plötzlich auftretende Achsratensprünge vermieden werden, bei denen sich die Steifigkeit der Hinterachse spontan ändert.

Diese Anforderungen werden durch die eingangs dargestellten Federelemente erfüllt.

Um das Anschlagen der Stahlfeder bei extremen Einfederungen zu verhindern, wird ein sog. Anschlag stop, in dieser Schrift auch als Federelement bezeichnet, gebraucht. Dieser Anschlag stop verhindert durch seine progressive KrafWWeg Kennung ein Berühren der Federwindungen. Dadurch werden Kontaktgeräusche verhindert und die Lebensdauer der Stahlfeder verlängert. Der Anschlag stop in der erfindungsgemäßen Form erfüllt noch eine zweite Aufgabe: Er isoliert die Stahlfeder von dem Querlenker. Im Belastungsfall kommt durch die Verwindung der Feder zu Relativbewegungen zwischen Stahlfeder und, in dem beschrieben Fall, dem Querlenker. Ohne Isolationswerkstoff kommt es zu einem metallischen Geräusch, dem sog Knatschen. Zusätzlich werden die Eigenfrequenz-Resonanzen durch die beschriebene Erfindung gedämpft. Der erfindungsgemäße Körper wird bevorzugt auf eine Aufnahme auf dem Querlenker bevorzugt des Automobilfahrwerks gesteckt, wobei seine Krempe, in dieser Schrift auch als Sockel (ii) bezeichnet, einen weiteren Teil des Querlenkers bedeckt. Auf dieser Krempe wickeln sich die Federwindungen im Belastungsfall ab. Das Kopfteil (v) der Erfindung befindet sich bevorzugt in der Stahlfeder. Die letzte Windung der Stahlfeder wird bevorzugt auf den Anschlag stop aufgeknüpft. Im Belastungsfall trifft bevorzugt ein an der Karosse befindliches Gegenstück, der sogenannte Hammer auf das Kopfteil (v) des erfindungsgemäßen Federelementes.

Im Vergleich zu den aus dem deutschen Gebrauchsmuster 20204302.9 bekannten Gebruchsmustern konnte der Einsatzpunkt noch weicher gestaltet werden, wobei sich das Blockmaß und die dynamischen Eigenschaften jedoch nicht wesentlich verändern sollten. Dies konnte aufgrund des gegebenen Bauraums und der metallischen Anbindungsteile durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Federkopfes erreicht

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werden. Dabei wurde erfindungsgemäß eine konvexe Linse auf den Federkopf konstruiert, die einen früheren Einsatzpunkt der Zusatzfeder bedeutete. Dadurch konnte die Anfangssteifigkeit besser an die Steifigkeit der Stahlfeder angepasst werden. Ein plötzlicher Anstieg der Achsrate konnte durch die erfindungsgemäßen Zusatzfedern vermieden werden.

Durch den Einsatz dieser aufgesetzten Linse ist die Entlüftung des Bauteil in der Produktion jedoch erschwert. Um das Problem von Lufteinschlüssen an der Linse zu eliminieren, kommt erfindungsgemäß das erhaben ausgestaltete Sternmuster auf der Linse zum Einsatz. Dieses Sternmuster weist bevorzugt zwischen 2 und 10, bevorzugt radial von der Mitte der zylindrischen Zusatzfeder ausgerichtete Erhebungen (xx) auf.

Die erfindungsgemäßen Federelemente sind im Detail in den Figuren 1 und 2 dargestellt. In allen Figuren sind die angegebenen Maße in [mm] angegeben. Gerade diese dreidimensionale Form erwies sich als besonders geeignet, den spezifischen Anforderungen durch das spezielle Automobilmodell gerecht zu werden, insbesondere auch im Hinblick auf die spezifischen räumlichen Anforderungen und die geforderte Federcharakteristik.

Durch die Isolation der Stahlfeder zum Querlenker und die Bedämpfung der Eigenfrequenzen der Stahlfeder konnte durch die erfindungsgemäßen Zusatzfedern ein erhebliches plus im Fahrkomfort erreicht werden. Der Einsatzpunkt konnte noch weicher gestaltet werden, wobei das Blockmaß und die dynamischen Eigenschaften nicht wesentlich verändert wurden.

Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Federelement eine Höhe (vii) von 78 mm bis 82 mm, besonders bevorzugt 80 mm auf. Bevorzugt weist das Federelement im Übergang zwischen dem Sockel (ii) und dem Kopfteil (v) einen äußeren Durchmesser (viii) von 48,7 mm bis 50,3 mm, besonders bevorzugt 49,5 mm auf. Bevorzugt besitzt das Federelement einen Hohlraum (ix) mit einem Durchmesser (x) von 40,5 mm bis 41,5 mm, besonders bevorzugt 41 mm. Bevorzugt befindet sich in dem Hohlraum (ix) in einer Höhe (xi) von 40 mm bis 41 mm, besonders bevorzugt 40,5 mm eine Ausstülpung (xii). Der Durchmesser (xiv) des Hohlraums (ix) beträgt am Fuße der Ausstülpung (xii) bevorzugt 38,3 mm bis 39,5 mm, besonders bevorzugt 39 mm.

In dem Fahrwerk, das der vorliegenden Problemstellung zugrunde lag, treten sehr hohe Übertragungskräfte auf. Nur durch die spezielle Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Federelemente werden die Kräfte gedämpft und die angrenzenden Teile nicht beschädigt. Um eine größere Auflagefläche zu schaffen und um die Druck-Spannungen im Bauteil zu reduzieren, kann bevorzugt ein Einleger (xiii) in den

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Hohlraum (ix) positioniert werden, bevorzugt kann dieser Einleger (xiii) hinter die Ausstülpung (xii) fixiert, bevorzugt geclippst werden. Der Einlager kann bevorzugt aus harten Materialien, besonders bevorzugt Metallen, z.B. Aluminium, Stahl oder Kupfer, oder harten Kunststoffen, z.B. Polyoxymethylen, Polyamid, Polyester, Polystyrol, insbesondere Polyamid bestehen. Durch diesen Einleger kann die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Federelemente erheblich gesteigert werden. Durch die Isolation der Stahlfeder zum Querlenker und die Bedämpfung der Eigenfrequenzen der Stahlfeder wird erfindungsgemäß der Fahrkomfort erheblich gesteigert.

Die erfindungsgemäßen Körper (i) 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

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(f) Hilfs- und/oder Zusatzstoffe, beispielsweise Polysiloxane und/oder Fettsäuresulfonate.

Die Oberflächentemperatur der Forminnenwand beträgt üblicherweise 40 bis 95⁰C, bevorzugt 50 bis 9O⁰C. Die Herstellung der Formteile wird vorteilhafterweise 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 üblicherweise 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 120⁰C, vorzugsweise von 30 bis 11O⁰C, in das Formwerkzeug eingebracht. Die Verdichtungsgrade zur Herstellung der Formkörper liegen zwischen 1,1 und 8, vorzugsweise zwischen 2 und 6.

Claims

1. Federelement basierend auf einem zylindrischen Dämpfungselement (i) auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, das einen umlaufenden Sockel (ii) mit einem Durchmesser (iii) von 131 mm bis 135 mm und einer Dicke (iv) von 2 mm bis 10 mm sowie ein Kopfteil (v) mit einem Durchmesser (vi) von 54 mm bis 56 mm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschluss des Kopfteils in Form einer konvexen Linse (xxx) ausgestaltet ist.

2. Federelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der konvexen Linse (xxx) ein Sternmuster aufweist mit zwischen 2 und 10, radial von der Mitte der zylindrischen Zusatzfeder ausgerichtete Erhebungen (xx).

3. Federelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (vii) des Federelementes 78 mm bis 82 mm beträgt.

4. Federelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement im Übergang zwischen dem Sockel (ii) und dem Kopfteil (v) einen äußeren Durchmesser (viii) von 48,7 mm bis 50,3 mm aufweist.

5. Federelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement einen Hohlraum (ix) mit einem Durchmesser (x) von 40,5 mm bis 41,5 mm aufweist.

6. Federelement gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Hohlraum (ix) in einer Höhe (xi) von 40 mm bis 41 mm eine Ausstülpung (xii) befindet.

7. Federelement gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einleger (xiii) in dem Hohlraum (ix) hinter der Ausstülpung (xii) fixiert wird.

8. Federelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (i) auf zelligen Polyurethanelastomeren basiert.

9. Federelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (i) auf zelligen Polyurethanelastomeren mit einer Dichte nach DIN 53420 von 200 bis 1100 kg/m³, einer Zugfestigkeit nach DIN 53571 von ≥ 2 N/mm², einer Dehnung nach DIN 53571 von ≥ 300% und einer Weiterreißfestigkeit nach DIN 53515 von ≥ 8 N/mm basiert.

10. Automobile enthaltend Federelemente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.