CN106151365A - 弹簧组件以及制造弹簧组件的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及弹簧组件，该弹簧组件包括具有涂层(7)的弹簧(3)、由塑料制成的弹簧座(4)以及粘合层(8)，弹簧(3)与弹簧座(4)通过粘合层互相粘结，其中粘合层(8)的硬度小于涂层(7)的硬度。本发明还涉及制造这种弹簧组件(2)的工艺。

Description

弹簧组件以及制造弹簧组件的工艺
技术领域
本发明涉及具有弹簧的弹簧组件，具体用于机动车辆的底盘。这种弹簧组件通常包括接纳弹簧线圈端部的弹簧座。
背景技术
从DE102011002065A1中得知一种弹簧支承组件。该支承组件包括由弹性体制成的环形弹簧垫片，弹簧的部分弹簧绕组容纳于其中。在弹簧与弹簧垫片之间引入了粘合剂，以使得弹簧垫片与弹簧之间的连接构成胶合连接。粘合剂在室温下硬化。
EP1165331B1提出了一种具有螺旋弹簧和弹簧支柱的支承件的组件。用于机动车辆的弹簧支柱包括减震器，该减震器的上端连接至车辆底盘，而其下端则连接至车轮轴，该弹簧支柱还包括螺旋弹簧。螺旋弹簧的下端通过螺旋弹簧座连接至减震器。螺旋弹簧的上绕组端部由支承轴承接纳。
弹簧与底盘的弹簧接纳装置之间的连接区域从安全角度看是至关重要的。使用中，诸如小石子之类的颗粒物可能会最后处于轴弹簧的端部绕组与轴弹簧支承件之间。由于所述部件之间的相对运动，保护弹簧的涂料可能被破坏，这有可能导致弹簧的腐蚀。
发明内容
本发明的目的在于提出一种弹簧组件，包括弹簧和弹簧座，更具体地用于机动车辆的底盘，该组件以高度抗磨损为特征，因而使用寿命长。
通过弹簧支承组件提供方案，该弹簧支承组件包括具有涂层的弹簧、由塑料制成的弹簧座以及粘合层，弹簧与弹簧座通过粘合层互相粘接，其中粘合层的硬度小于弹簧涂层的硬度。
优点为，在负载作用下，相对软的粘合层能够收容由弹性变形而引入到组件中的部分能量。由于弹簧涂层与弹性弹簧座之间的粘合剂形成了柔性层，因而获得了有利的应变梯度。具体地，降低了弹簧座与粘合剂之间的接口区域中的载荷。因此，粘合层与弹簧座之间所述连结区域内发生相对小的畸变，以使得任何与载荷相关的磨损程度相对小。此外，粘合层比弹簧涂层要软，从而防止弹簧涂层在高载荷下被破坏。
在本发明中，术语“粘合层的硬度”具体指在粘合剂的凝固状态、即硬化状态下，粘合层的可测量的硬度。例如，可使用刻痕法测量硬度。在该方法中，具有限定的几何形状的压入本体，也称作压头，压入被测材料，其中压头的材料远远硬于样品本身。与压头的几何形状无关，力分别与各压入深度相关联。两个参数(即力与深度)的商分别构成样品的硬度和刚度的量度。已知的塑料的刻痕法为例如肖式A型法和肖式D型法。金属的硬度可分别根据例如维氏硬度或布氏硬度确定。这种情况下，压头引发塑性变形，该塑性变形通过光学显微镜测量，通过该测量，并辅以接触面、相关联的力和压入深度，可确定硬度。
粘合层的硬度优选地至多为70肖氏D，即优选地小于或等于70肖氏D。替代地或额外地，粘合层的硬度可至少为40肖氏D，即大于或等于40肖氏D。应理解，任何40肖氏D与70肖氏D之间的中间值都是可能的；对特别的应用而言，可选地，也可能硬度值在该范围之外。在任何情况下，粘合层的材料使得粘合层的硬度低于弹簧的涂层材料的硬度。弹簧涂层优选地具有至少为70肖氏D的硬度。
此外，根据优选实施例，提出粘合层具有比弹簧座更大的硬度。弹簧座的硬度优选地至少为50肖氏A。替代地或额外地，弹簧座可具有80肖氏A的最大硬度，其中可使用任何中间值，可选地甚至大于80肖氏A的值。弹簧座优选地包含塑料，更具体地为弹性体或包括弹性体的塑料，例如橡胶，其中热塑性材料或热固性塑料原则上也可用作弹簧座的材料。
总体而言，所用材料的硬度从优选地包含可硬化的弹簧钢的弹簧起经中间层至弹性接纳构件逐步递减，是有利的。这样，弹性粘合层通过变形而能够吸收部分能量，则引入弹簧的能量可被逐渐接纳。因此，总体而言，在所述组件的接口处获得了有利的应变梯度。更具体地，弹簧可包括比弹簧涂层更大的硬度和/或弹簧涂层可包括比粘合层更大的硬度和/或粘合层可包括比弹簧座更大的硬度。
根据又一实施例，提出刚度也可从弹簧经弹簧涂层、进一步经过粘合层直至弹簧座减小。更具体地，弹簧可包括比弹簧涂层更大的刚度和/或弹簧涂层可包括比粘合层更大的刚度和/或粘合层可包括比弹簧座更大的刚度。
反之，弹性可从弹簧起、经弹簧涂层、进一步经过粘合层直至弹簧座增大。更具体地，弹簧座可包括比粘合层更大的弹性和/或粘合层可包括比弹簧涂层更大的弹性和/或弹簧涂层可包括比弹簧更大的弹性。
相应地，衰坏伸长可从弹簧经弹簧涂层、进一步经过粘合层直至弹簧接纳装置增大。衰坏伸长表征材料的变形能力和延展性。衰坏伸长描述与在拉伸试验中初始测得的样品长度相比，发生断裂后保持的长度变化，其也可被称作断裂伸长。更具体地，弹簧座可具有比粘合层更高的衰坏伸长和/或粘合层可具有比弹簧涂层更高的衰坏伸长和/或弹簧涂层可具有比弹簧更高的衰坏伸长。粘合层优选地包括至少为5％的衰坏伸长，更具体地为至少50％，优选地更具体地为至少100％。粘合层的衰坏伸长的上限最大可为例如300％。
根据实施例，粘合层可具有至少为0.1mm的厚度，更具体地为至少0.5mm。替代地或额外地，粘合层可具有多至3.0mm的厚度，优选地最大值为1.5mm，更具体地最大值为1.0mm。为确保弹簧与具有良好的阻尼特性的弹簧座之间的可靠连接，具体地，如果粘合层具有0.5至0.7mm的厚度，则为有利的。然而，应理解也可使用其他在0.1mm与3.0mm之间的厚度值。例如基于丙烯衍生物的化学硬化的粘合剂可用作粘合层的材料。
为了能够产生粘合层的限定的厚度，间隔件可设置为保持涂层的表面与弹簧座的表面互相有一定距离，其中涂层的表面与弹簧座的表面之间形成的空间至少大部分地被粘合剂填充。术语“至少大部分地”应具体包括可能性，该可能性为弹簧与弹簧座之间形成的被粘合剂填充的中间空间也可包括与制造相关的中空空间或气体夹杂物。在优选实施例中，中间空间主要被粘合剂填充，更具体地多达至少90％。
根据优选实施例，间隔件可分布使得弹簧与弹簧座之间在轴向和/或径向上关于弹簧轴线互相对齐。更具体地，多个间隔件可沿弹簧绕组呈周向布置。替代地或额外地，在弹簧丝的横截面视图中，多个间隔件可绕弹簧丝的部分圆周互相偏移布置。总体而言，这使得弹簧在径向和轴向上相对于弹簧座对齐。
更具体地，间隔件可设置为具有一定弹性的弹性构件的形式。这样，一个弹簧座可用于具有不同线直径的弹簧。在弹簧丝具有较小直径的情况下，在间隔件与弹簧之间可设置为间隙配合或微压配合，其中间隔件保持弹簧离弹簧座的表面有一定距离。在弹簧丝具有较大线直径的情况下，在间隔件与弹簧之间可设置为压力配合，这种情况下，间隔件也保持弹簧表面离座的表面有一定距离。
根据可能的实施例，间隔件可设置为从弹簧座的表面突出的突出部的形式。突出部优选地被制造使得与座为一体，即一体形成为一件。为确保良好的支承和力传递状态，在弹簧座的圆筒形部段中，如果至少三个间隔件，更具体地为至少八个间隔件周向地分布在弹簧座处，则为有利的。替代地或额外地，在弹簧座的径向部段中，至少三个，更具体地至少四个间隔件可沿用与接纳弹簧的槽分布。
弹簧座优选地被设计使得，如以弹簧座的径向部段看，即在弹簧丝的横截面视图中，弹簧容纳在弹簧座中且通过粘合层以至少30°的包角范围连接至弹簧座，优选地为至少100°和/或最大为150°。这样，作用于弹簧与弹簧座之间的载荷得到尽可能均匀的分配，获得良好的支承状态。更具体地，提出在围绕弹簧丝的所述包角范围内和/或在沿弹簧绕组的包角范围内的粘合层具有大体恒定的厚度。本连接中，“大体恒定的厚度”应包括一定的与制造相关的粘合层厚度的±10％公差。
弹簧可设置为包括螺旋绕线的螺旋弹簧形式。螺旋弹簧的端部容纳在弹簧座中，端部在轴向视图中可绕弹簧轴线延伸180°至360°。弹簧座的轮廓优选地适应于弹簧的截面形状，使其可靠地互相连接。优选地，这也适应于所用的各类型弹簧，即螺旋弹簧之外的弹簧。螺旋弹簧可为例如圆柱形的或圆锥形的。螺旋弹簧的中心线可定义为，螺旋弹簧所有中心的包络和，中心线可为一维或多维弯曲的，例如可为C形和/或S形。此外，螺旋弹簧可具有沿弹簧的长度的可变的线直径、可变的梯度和/或可变的弹簧直径。应理解，原则上弹簧组件也可包括其他任何类型的弹簧。更具体地，弹簧组件可包括任何类型的涂层弹簧，由于粘合层包含弹性材料并布置在涂层弹簧与弹性弹簧座之间，弹簧可被期望具有技术优点。例如，弹簧组件的弹簧可设置为片簧、U形弹簧、波纹弹簧或板簧的形式。
此外，通过提供制造弹簧组件的工艺实现了目的，该组件具有弹簧和弹簧座，更具体地可包括一个或多个上述实施例，该工艺包括以下工艺步骤：提供由具有第一硬度的塑料制成的弹簧座；提供具有第二硬度的粘合剂，其中第二硬度大于弹簧座的第一硬度；提供具有涂层的弹簧，涂层具有第三硬度，其中第三硬度大于粘合剂的第二硬度；将粘合剂施加于弹簧座上；将弹簧定位于具有粘合剂的弹簧座上，使得涂层的表面和弹簧座的表面保持互相由一定距离。
所述过程实现如上述组件的相同的优点，故为避免重复而参考了上述说明。应理解，所有与产品相关的特征应用于所述工艺，且反之所有与工艺相关的特征也应用于所述产品。
对于弹簧座，更具体地可使用包含弹性体的塑料，其硬度最小值为50肖式A和/或最大值为80肖式A。替代地或额外地，可使用粘合剂，该粘合剂所具有硬度的最小值为40肖氏D和/或最大值为70肖氏D。替代地或额外地，涂层所可具有的硬度的最小值为70肖氏D。
根据优选工艺实施例，在将粘合剂施加于弹簧座后，弹簧以大体无压力的方式被保持在弹簧座上。表述“大体无压力”具体应包括弹簧可由于弹簧的自重或可选地由于对齐元件的自重而被压抵弹簧座，通过该对齐元件弹簧可在粘合剂硬化期间相对于弹簧座对齐。更具体地，粘合剂的硬化可发生在室温下。
本发明的具有螺旋弹簧的弹簧组件可具体用于机动车辆的底盘。在为此目的的使用中，螺旋弹簧也被称作轴弹簧或底盘弹簧。这种情况下，弹簧座也可被称作弹簧支承件或弹簧接纳装置，该弹簧座由底盘的弹簧板或机动车辆的本体支承。
附图说明
以下将参考附图描述优选实施例，其中：
图1是本发明的具有弹簧和弹簧座的弹簧支承组件的立体图。
图2是根据图1所示弹簧支承组件的径向部段在弹簧座的邻接的间隔件之间的截面。
图3示出根据图1的弹簧组件的弹簧座的细节的三维图。
图4是图1所示弹簧座的径向部段的具有间隔件的截面。
图5示出了本发明弹簧支承组件的弹簧座的示意性径向部段。
具体实施方式
以下将共同描述图1至图5。它们示出了本发明的弹簧支承组件2，弹簧支承组件2包括弹簧3和弹簧座4，弹簧3的端部5连接至弹簧座4。弹簧座4接纳弹簧3的端部5，因而也可称为弹簧接纳装置或弹簧接纳构件。弹簧3由合适的弹簧材料制成，更具体地由硬化弹簧钢制成，然而其中也可使用其他类型的弹性材料，例如纤维加固塑料。弹簧座4包含弹性材料，更具体地为含有弹性体的塑料或橡胶。
弹簧3的形式为螺旋弹簧，包括围绕弹簧中心线的弹簧丝。在其与第一端部5相对的端部，螺旋弹簧3包括第二端部6，第二端部6可容纳在第二弹簧座或弹簧接纳元件(未示出)内。所示弹簧组件2可具体用于机动车辆的底盘，其中在该情况下，弹簧组件与减震器配合，分别吸收和抑制垂向运动。
弹簧3设有涂层7以保护弹簧免遭落石和腐蚀。涂层7可以粉末涂层的方式施加于弹簧。为此，根据可能的实施例，可使用单涂层，其中，弹簧首先被磷酸锌处理后被粉涂敷。如果能够满足特别严格的要求，还可能施加双涂层，其中，在薄的基层施加于磷酸锌处理过的涂层后，较厚的能量吸收外层施加于基层。应理解，也可使用包含其他合适的涂层材料的其他涂层。
涂层弹簧3(涂层7)通过粘合层8粘结至弹簧座4。粘合层8具有比涂层7更小的硬度。更具体地，提出弹簧涂层具有至少为70肖氏D的硬度。相应地，粘合层8的硬度至多为70肖氏D。为确保粘合层8具有足够大的强度且组件中不会形成任何非期望的疵点，粘合层8的硬度的下限值应优选地不低于40肖氏D。粘合层8的材料可为基于丙烯衍生物的化学硬化的粘合剂，更具体地为基于甲基丙烯酸甲酯。此外，提出粘合层8具有大于弹簧座4的硬度，其中，后者应满足优选地为80肖氏A的上限。为确保弹簧座的足够高的强度，确保弹簧座的材料的硬度为至少50肖氏A是有利的。
总体而言，该实施例确保所用材料的硬度从弹簧3经弹簧涂层7、粘合层8直至弹性接纳构件4递减。这样，弹性粘合层8通过弹性变形而能够吸收部分能量，则引入弹簧3的能量可被逐步收容。替代地或额外地，提出刚度从弹簧3经弹簧涂层7、进一步经粘合层8直至弹簧座4减小。
反之，所用材料的弹性可从弹簧3经弹簧涂层7、粘合层8至弹簧座4增大。替代地或额外地，可提出衰坏伸长从弹簧3经弹簧涂层7、粘合层8至弹簧座4增大。衰坏伸长分别是材料变形性或延展性的量度。更具体地，粘合层的材料是使得在硬化状态下，具有至少5％的衰坏伸长，更具体地为至少50％，优选地为至少100％。
如从图2中具体可见的，粘合层8具有大于涂层7的厚度。粘合层的厚度可在0.5mm与0.7mm之间的范围内，例如其中应理解也可使用更小或更大厚度的粘合层。更具体地，如果弹簧使用双涂层(Dual-Coat)，则弹簧涂层7的厚度可大于粘合层8，可为0.5mm或更大。
弹簧座4为环形，或为环形部段且包括纵向轴线。在组件的安装状态，弹簧座4的纵向轴线被布置为至少接近弹簧轴线。弹簧座4包括槽10，槽10绕弹簧座4的纵向轴线周向地延伸，弹簧3的绕组端部6收容于槽10中。槽10的形状、更具体地为槽沿周向的轴向梯度，分别适应于弹簧3的形状或适应于弹簧的端部绕组的梯度。在槽10的端部形成有止挡部11，止挡部11在周向上支承弹簧3的端面12。
为确保粘合层8在涂层弹簧3与弹簧座4之间的整个粘结区域中的最为统一的厚度，弹簧座包括多个间隔件9。间隔件9也可称为定距件。间隔件9分布使得弹簧3在轴向与径向上相对于弹簧座4对齐，其中轴向上和径向上的说明分别关于弹簧轴线或弹簧座的轴线。为此目的，如在图3中具体可见，多个间隔件沿周向延伸部且沿接纳弹簧3的端部6于其中的槽10的的径向延伸部设置。间隔件9配置为保持涂层5的表面13与弹簧座的表面14互相有一定距离，其中涂层的表面13与弹簧座4的表面14之间的间隙被粘合层8填充。这样，弹簧3与弹簧座4互相牢固粘结而形成结构单元。如在图3中具体可见，间隔件9设置为疙瘩或树瘤的形式，其与弹簧接纳本体4制造成一体且从槽表面14突出。间隔件9呈若干行15,15',15”等周向分布。从图4中可见，接纳构件4的径向部段设有间隔件9的若干行15。应理解，还可使用与所述七行数目不同的疙瘩行，或间隔件9还可在槽表面14上非均匀分布。任何情况下，如果间隔件分布的方式使得弹簧3在径向和轴向上相对于弹簧座4对齐，则为有利的。
各个间隔件9的高度至少大约限定了槽表面14与弹簧表面13之间所形成的间隙，因此也限定了粘合层8的厚度。因此，间隔件具有优选为0.5至0.7mm的高度，也可能具有其他尺寸。为确保间隔件可轻易从其模具中移除，间隔件优选地被设计使得从槽表面14向其端部渐缩。在本实施例中，间隔件9大体为截头锥形，也可能为球形。间隔件9由接纳构件4的弹性材料制造，使得弹簧接纳构件4可用于具有不同线直径的各种弹簧3。
如在图5中具体可见，在弹簧座4的径向部段或弹簧丝的横截面视图中，弹簧座优选地被设计使得弹簧3被至少为30°、优选地至少为100°和/或最大为150°的包角容纳在弹簧座4中。结果，作用于弹簧3与弹簧座4之间的载荷尽可能地均匀分布，且确保了弹簧力得到良好支承。
制造本发明的弹簧组件2的工艺可包括以下工艺步骤：提供由包括塑料的弹性体制成的弹簧座4；提供粘合剂，粘合剂硬于弹簧座4的材料；提供具有涂层7的弹簧3，涂层硬于粘合剂；将粘合剂施加于弹簧座4上；将弹簧3定位于具有粘合剂的弹簧座4上，使得涂层7的表面13和弹簧座4的表面14互相保持一定距离。
在将粘合剂施加于弹簧座4后，将弹簧3放置于弹簧座4上，且在粘合剂硬化期间，弹簧3相对于弹簧座4保持固定。粘合剂的硬化更具体地发生在室温下。硬化的粘合剂即形成粘合层8，粘合层8将弹簧3牢固地连接至弹簧接纳构件。粘接(粘结)更具体地使得其不再能通过非破坏方式得到释放。
弹簧组件2的优点包含，粘合层8可弹性变形且能够吸收由弹性变形引入系统的部分能量。因此，互相连接的材料或部件的接口区域处的应力会更低，使得弹簧组件运行中与载荷相关的磨损也低。
附图标记列表
2 弹簧组件
3 弹簧
4 弹簧座
5 端部
6 端部
7 涂层
8 粘合层
9 间隔件
10 槽
11 止挡部
12 端面
13 表面
14 表面
15 行
A 轴线

Claims (16)

1.一种弹簧组件，包括：
具有涂层(7)的弹簧(3)，
由塑料制成的弹簧座(4)，
粘合层(8)，所述弹簧(3)与所述弹簧座(4)通过所述粘合层(8)互相粘接，
其特征在于，所述粘合层(8)的硬度低于所述弹簧(3)的所述涂层(7)的硬度。
2.根据权利要求1所述的弹簧组件，其特征在于，所述粘合层(8)的硬度大于所述弹簧座(4)的硬度。
3.根据权利要求1或2中任意一项所述的弹簧组件，其特征在于，所述粘合层(8)的硬度至少为40肖式D和/或至多为70肖式D。
4.根据权利要求1至3所述的弹簧组件，其特征在于，所述粘合层(8)具有至少5％、更具体地为至少50％、优选地为至少100％的衰坏伸长。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的弹簧组件，其特征在于，所述涂层的硬度H至少为70肖式D。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的弹簧组件，其特征在于，所述弹簧座(4)的硬度H至少为50肖式A和/或至多为80肖式A。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的弹簧组件，其特征在于，所述粘合层(8)具有至少0.1mm且至多3.0mm、更具体地为至少0.5mm且至多1.00mm的厚度。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的弹簧组件，其特征在于，间隔件(9)设置为所述涂层(7)的表面(13)与所述弹簧座(4)的表面(14)互相隔开，其中所述涂层(7)的所述表面(13)与所述弹簧座(4)的所述表面(14)之间形成的空间至少大部分地被所述粘合层(8)填充。
9.根据权利要求8所述的弹簧组件，其特征在于，所述间隔件(9)被隔开且分布成使得所述弹簧(3)与所述弹簧座(4)关于弹簧轴线(A)轴向地和/或径向地互相对齐。
10.根据权利要求8或9所述的弹簧组件，其特征在于，所述间隔件(9)设置为从所述弹簧座(4)的所述表面(14)突出的突出部的形式。
11.根据权利要求8至10中任意一项所述的弹簧组件，其特征在于，多个所述间隔件(9)被布置使得其沿所述弹簧(3)的绕组的周向和/或沿弹簧丝的部分圆周互相偏移。
12.根据权利要求1至11中任意一项所述的弹簧组件，其特征在于，所述弹簧座(4)被设计成如果以所述弹簧丝的截面看，所述弹簧(3)在至少为30°、优选地为至少100°的包角范围内容纳在所述弹簧座(4)中并通过所述粘合层(8)连接至所述弹簧座(4)，其中所述包角范围内的所述粘合层(8)具有大体恒定的厚度。
13.一种制造具有弹簧和弹簧座的弹簧组件、更具体地为根据权利要求1至12中任意一项所述的弹簧组件的工艺，包括以下工艺步骤：
提供由具有第一硬度的塑料制成的弹簧座(4)；
提供具有第二硬度的粘合剂，所述第二硬度大于所述弹簧座(4)的第一硬度；
提供具有涂层(7)的弹簧(3)，所述涂层(7)具有第三硬度，所述第三硬度大于所述粘合剂的第二硬度；
将所述粘合剂施加于所述弹簧座(4)；
将所述弹簧(3)定位在设有所述粘合剂的所述弹簧座(4)上，使得所述涂层(7)的表面(13)和所述弹簧座(4)的表面(14)保持互相隔开。
14.根据权利要求13所述的工艺，其特征在于，
具有第一硬度(H)的塑料用于所述弹簧座(4)，所述第一硬度至少为50肖式A且至多为80肖式A，
采用具有第二硬度的粘合剂，所述第二硬度至少为40肖式D和/或至多为70肖式D，和/或
采用具有第三硬度的涂层(7)，所述第三硬度为至少70肖式D。
15.根据权利要求13或14所述的工艺，其特征在于，施加所述粘合剂的步骤大体无压力地实施。
16.根据权利要求13至15中任意一项所述的工艺，其特征在于，施加粘合剂的步骤发生在室温下。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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