CN102132064A - 副弹簧 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中空弹簧元件，其外部表面具有至少一个圆周槽口，所述槽口在其底部具有曲率半径小于1mm的槽口结构。

Description

副弹簧
本发明涉及中空的旋转对称的柔性弹簧元件和中空的非旋转对称的柔性弹簧元件(例如，带有椭圆形基部区域
Figure BPA00001311193700011
以及在侧表面上带有突起(Erhebungen)的成形体部)，优选为如下的中空的旋转对称的柔性弹簧元件(i)：该弹簧元件的外表面(即侧表面)具有至少一个，并优选为1至6个，尤其优选为1至4个，尤其优选为1至3个的圆周槽口(xii)，其在底部具有曲率半径(xiv)小于1mm，并优选为小于0.3mm，尤其优选为在0.1mm和0.25mm之间的槽口结构。“圆周”意味着槽口在弹簧元件的整个圆周上减小了弹簧元件的直径。本发明也涉及包括根据本发明的弹簧元件的汽车底盘，尤其是根据本发明的弹簧元件被放置在减振器的活塞杆上的汽车底盘，也即，所述活塞杆被放置在弹簧元件(i)的连续轴线地对准的中空空间中。此外，本发明涉及包括根据本发明的弹簧元件的汽车，例如乘用车、卡车或客车。
由聚氨酯弹性体制成的悬架元件用在汽车(例如底盘)中，并且从例如，DE 10 2004 049 638A1、WO 2005/019681以及DE 203 11 242 U1中是广泛所知的。它们在机动车辆中被特别地用作减振弹簧元件。在这一情况下，所述弹簧元件充当了末端挡块(Endanschlag)的功能，其通过形成或加强车辆悬架的累进特性(progressiven Charakteristik)来影响车轮的力位移特性。车辆的俯仰效应可以被降低，且增强防止侧倾。特别地，该结构设计使得初始刚性(Anlaufsteifigkeit)得到优化，该初始刚性对于车辆的悬挂舒适度有着决定性的影响。特别选择的结构设计产生了在整个使用寿命中基本恒定的部件特征。这一功能增加了旅行的舒适度并确保了道路上的高安全水平。
这些副弹簧(Zusatzfeder)的三维结构中的一个困难在于，在将弹性部件接合在弹簧元件中时，实现尽可能不显著的特性，因为弹簧元件的横截面中的每一变化都会导致弹簧特性中的刚度的突然变化(见图3，(xxxi))。同时，所设计的轮廓应能承受高循环载荷，并同时不允许材料的膨胀超过有效的安装空间。
因此，本发明的目标是为副弹簧——优选为用于汽车底盘的副弹簧——开发一种三维结构，其具有均匀(即非振荡式)的刚度特性(Steifigkeitsverlauf)(见图3(xxxii))，并非常均匀地荷载其上的材料。对此关键的是，该弹簧元件并不趋向于变得弯曲、褶皱(Beulen)或膨胀。
这些要求能够通过本文开头处所描述的弹簧元件得到满足。根据本发明的弹簧元件在图1和图2中以实施例的方式详细示出。在所有的附图中，所指定的尺寸以mm作为单位给出。
从图3——其中绘出了随弹簧变形的刚度曲线——中可以看出，根据本发明的结构——其刚度特性由xxxii表示——显示出比对比的弹簧(其刚度特性由xxxi表示)均匀得多的刚度。
根据本发明的弹簧元件(i)的区别之处在于其十分狭窄的槽口。在这一情形中，这些槽口优选地被同轴布置。这些槽口表示了一些在弹簧元件的整体圆周上减小了弹簧元件(i)的外直径的收缩。
与现有技术相比，所述槽口的十分狭窄的结构可以实现如下效果：该槽口以预定方式迅速折叠在槽口底部上，而在半径更大的情况下出现对应于刚度下降的突然倒塌(Zusammenfallen)。
大的半径(xv)使得槽口闭合后，有效压缩截面的尺寸均匀地增加。
令本领域普通技术人员惊讶的是，这一技术成果可以通过根据本发明的槽口结构实现，因为通常以为尖锐边缘的设计特征代表了这样的点，在所述点，弹簧元件(i)具有在载荷下撕裂和严重变形的倾向，由此产生薄弱环节。同样以为的是，这样的轮廓伴随了以空气圈进(Lufteinschluss)方面的制造技术问题，因为上升的泡沫趋向于在尖锐边缘的过渡地带
Figure BPA00001311193700021
中折叠从而圈进空气。
优选的是这样的弹簧元件(1)，其中外表面上的圆周收缩(Einschnürung)都以根据本发明的槽口(xii)的形式构成。
槽口(xii)的槽口角度(xvi)优选为小于90°，尤其优选为小于70°。特别地，槽口(xii)的槽口角度(xvi)在50°和70°之间。
槽口的槽口角度优选地布置为围绕水平面相对于圆柱轴线对称。所述圆柱轴线穿过所述收缩的最低点，所述水平面被限定为相对于旋转轴线正交地延伸的平面。
此外优选的是，槽口边界(xv)的曲率半径大于3mm，尤其优选为大于7mm，尤其优选为在9mm和11mm之间。尤其优选的是，槽口边界(xv)的曲率半径具有对应于差Da-Di的半径，其中Di是在最靠近槽口边界的槽口(xii)底部处的弹簧元件(ii)的直径，以及Da是在这样的点处的弹簧元件的直径，在所述点处，倒角(Verrundung)成切线方向延伸。这在图2中示出。
弹簧元件(i)优选地具有弯曲唇缘(xx)，该弯曲唇缘(xx)被布置在弹簧元件的一个轴向端上。该弯曲唇缘可以考虑采用确保平稳压缩的普遍所知的形式，诸如花瓣式(例如DE20 2004 003 829 U1中描述了带有花瓣式的弹簧)、波浪式(WO2005/019681)或朝外定向的边界(DE10 2004 049 638 A1)的形式。其中优选的为如下的弹簧元件(i)：其中弯曲唇缘(xx)的边界(ii)朝外定向，以及弹簧元件(i)的中空空间(v)在弯曲唇缘(xx)的高度处加宽。在这一情形中，“弯曲唇缘的高度”表示弯曲唇缘(xx)所在的区域内的轴向上的弹簧元件部分。这一高度在图1中是轴向长度，从点(xiii)开始并延伸至弹簧元件的下端。这一区域也可以被称之为结束区域(Auslaufzone)。根据图1和2，边界(ii)基本是弯曲唇缘(xx)，该弯曲唇缘(xx)表示了中空空间(v)加宽的弹簧元件(i)端部处的整个区域。在单纯的单轴载荷占据支配地位的应用中以及在提供了朝外定向的弯曲唇缘的应用中，通过弯曲唇缘的轮廓，可以防止刚度的初始突然变化的发生。这优选地通过波浪结构(xxi)或中断部(xxii)实现。通过减小在首次接触过程中占有的表面，可以使力或刚度特性被显著影响。在副弹簧经历非完全轴向接触的情况下，优选的是带有朝外定向边界的非轮廓化弯曲唇缘，因为这使得仅有一小区域发生早期接合。
边界(ii)的特定优选结构在图中清晰示出。该边界优选地朝向外部，也即，背向弹簧元件的中空空间。这意味着，由于边界(ii)的特殊构造，中空空间在弹簧元件的端面开放。术语“端面”在此不应被理解为圆柱的侧表面，而是至少一个并优选为两个端部区域，它/它们优选地垂直于侧表面定位在圆柱的两个轴向端部上。“轴向”应被理解为表示平行于圆柱高度的方向。一方面，该构造实现了使弹簧的初始响应变得平稳的效果，另一方面，根据本发明的构造产生了制造优势，因为弹簧元件可以被更简单、更迅速且在废料更少的情况下脱模。优选的边界(ii)在图1和图2中清晰示出。它代表了弹簧元件(i)的轴向端部，其终端由边缘(iii)形成。
根据本发明的弯曲唇缘的该优选构造与狭窄槽口(围绕弹簧元件(i)的整个圆周延伸)一起确保了刚度的增加均匀地进行至载荷的限度，即，不发生振荡。也同样实现材料在轴向变形下朝中空空间(v)方向推挤的趋势，在中空空间(v)中通常放置了减振器的活塞杆，其显著地降低了强载荷下的膨胀。在常规构造下，对于某特定几何条件会发生一种下述现象：弯曲唇缘滑过接触体——所述接触体通常由减振器代表。这不可避免地导致了副弹簧长期强度的降低，以及各种其他不利影响。这里描述的构造基本避免了这些影响。
尤其优选的是如下弹簧元件：其中将一槽口(xii)布置在弹簧元件(i)的中空空间(v)加宽的部分——也即弯曲唇缘(xx)区域——中。这一位于弯曲唇缘区域中的槽口(xii)在图2中以xxx(除了xii之外)标记。这提供了如下优势：不会使有效截面突然增大，因为当弯曲唇缘区域中的槽口(xxx)关闭时，弯曲唇缘处截面的增大并未完成。如果槽口(xxx)位于中空空间(v)到弯曲唇缘(xx)的过渡地带(xiii)和弹簧元件的端面(iii)之间，这一效应将增加。
优选的是如下弹簧元件：其中边界(ii)——优选为朝向中空空间的边界表面，并尤其优选为朝向中空空间(v)的边界(ii)表面和边界(ii)的外部侧表面——和中空空间(v)的纵轴之间的角度α在25°和70°之件，并尤其优选为35°和60°之间，尤其为50°。
所述边界(ii)的厚度(vi)优选为2mm到8mm，尤其优选为2mm到6mm，尤其优选为3mm到4mm。边界(ii)优选地具有5mm到20mm的高度(ixx)，尤其优选为5mm到10mm。
对于副弹簧，弹簧元件可以采用通常常规的尺寸，诸如长度和直径。弹簧元件(i)的高度(ix)优选为30mm至200mm之间，尤其优选为40mm至120mm之间。弹簧元件(i)的外径(x)优选为30mm至100mm之间，尤其优选为40mm至70mm之间。弹簧元件(i)的中空空间的直径(xi)优选为10mm至30mm之间。术语“中空空间”应优选地理解为在轴向上连续的，即，延伸穿过整个弹簧元件的，中空空间。弹簧元件(i)的限定中空空间的壁优选为同轴地布置在优选为旋转对称的弹簧元件(i)中。
根据本发明的弹簧元件(i)优选地基于广泛所知的弹性体，例如橡胶或聚氨酯加聚制品(Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten)。它们优选地基于多孔聚氨酯弹性体(Polyurethanelastomeren)，其可选择地包括聚脲结构，尤其优选地基于如下多孔聚氨酯弹性体，其优选地具有根据DIN EN ISO 845的200至1100kg/m3的密度，优选为300至800kg/m3的密度；根据DIN EN ISO 1798的＞2N/mm2的抗张强度，优选为＞4N/mm2，尤其优选为2至8N/mm2；根据DIN EN ISO 1798的≥200％的伸张度，优选为≥230％，尤其优选为300至700％之间；以及根据DIN ISO 34-1B(b)的≥6N/mm的耐撕裂扩展强度(Weiterreiβfestigkeit)，优选为≥10N/mm。所述弹性体优选为基于聚氨酯加聚制品的微孔弹性体，优选为具有直径为0.01mm至0.5mm，尤其优选为0.01至0.15mm，的孔。基于聚氨酯加聚制品的弹性体以及它们的制备是广泛所知的，并在例如，EP-A 62 835、EP-A 36 994、EP-A 250 969、DE-A 195 48 770和DE-A 195 48 771中得到广泛描述。
所述制备通常由异氰酸盐和能与异氰酸盐起反应的化合物反应来进行。
基于多孔聚氨酯加聚制品的弹性体通常在模具中制备，在所述模具中可反应的原始成分彼此反应。这里适合的模具大体是通常的模具，例如金属模具，其由于其形式，确保了根据本发明的弹簧元件的三维形式。
聚氨酯加聚制品的制备可以基于广泛所知的方法进行，例如通过在一步或两步程序中使用下列原始材料：
(a)异氰酸盐
(b)与异氰酸盐反应的化合物
(c)水
以及可选择地
(d)催化剂
(e)起泡剂和/或
(f)辅助剂和/或添加剂，例如聚硅氧烷和/或脂肪酸磺酸盐模具的内壁的表面温度通常为40至95℃，优选为50至90℃。成形体部分的制备优选地通过0.85至1.20的NCO/OH比实现，加热后的原始成分根据成形体部分所需的密度以某一量被混合并引入加热后的、优选为紧密密闭的模具。
成形体部分被固化，并接着可以在长至60分钟之后从模具中移除。
引入模具的反应混合物的量通常设置为使得所获得的成形体具有所述的密度。
原始成分通常在15至120℃并优选为30至110℃的温度被引入模具。模制的压缩度在1.1至8之间，并优选为2至6之间。
多孔聚氨酯加聚制品在低压技术的辅助下或特别地在开放的或优选地封闭的模具中进行的反应注模技术(RIM)的辅助下能够通过单步程序(one shot-Verfahren)方便地制备。所述反应特别地在封闭模具中以压缩方式而进行。例如在以下文献中描述了所述反应注模技术：H.Piechota和H.
Figure BPA00001311193700061
的“Integralschaumstoffe”，Carl Hanser-Verlag，Munich Vienna，1975；D.J.Prepelka和J.L.Wharton在Journal of Cellular Plastics，1975年3/4月，87至98页；以及U.Knipp在Journal of Cellular Plastics，1973年3/4月，76至84页。

Claims (17)

1.一种中空的弹簧元件(i)，其中该弹簧元件的外部表面具有至少一个圆周槽口(xii)，所述槽口在其底部具有曲率半径(xiv)小于1mm的槽口结构。
2.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中所述槽口(xii)的槽口角度(xvi)小于90°。
3.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中所述槽口的槽口角度布置为围绕水平面相对于圆柱轴线对称。
4.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中槽口边界结构(xv)的曲率半径大于3mm。
5.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中所述弹簧元件(i)具有弯曲唇缘(xx)，该弯曲唇缘(xx)被布置在所述弹簧元件的一个轴向端部。
6.根据权利要求5所述的弹簧元件，其中所述弯曲唇缘(xx)的边界(ii)朝外定向，且所述弹簧元件(i)的中空空间(v)在弯曲唇缘(xx)的高度上加宽。
7.根据权利要求6所述的弹簧元件，其中所述弯曲唇缘的端面具有波浪结构(xxi)或中断部(xxii)。
8.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中一个槽口(xii)布置在弹簧元件(i)的中空空间(v)加宽的部分中。
9.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中所述边界(ii)和中空空间的纵轴线之间的角度α在25°到70°之间。
10.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中所述边界(ii)的厚度(vi)是2mm至8mm之间。
11.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中所述边界(ii)的高度是5mm至20mm之间。
12.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中所述弹簧元件(i)具有30mm至200mm之间的高度(ix)。
13.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中所述弹簧元件(i)的外直径(x)是30mm至100mm之间。
14.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中所述弹簧元件(i)的中空空间的直径(xi)是10mm至30mm之间。
15.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中所述弹簧元件(i)基于橡胶或聚氨酯加聚制品。
16.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中所述弹簧元件(i)基于多孔聚氨酯弹性体。
17.根据权利要求1所述的弹簧元件，其中所述弹簧元件(i)基于如下多孔聚氨酯弹性体，其具有根据DIN EN ISO 845的200至1100kg/m3的密度，根据DIN EN ISO 1798的＞2N/mm2的抗张强度，根据DIN EN ISO 1798的≥200％的伸张度，以及根据DIN ISO 34-1B(b)的≥6N/mm的耐撕裂扩展强度。
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