CN113748276A - 用于车辆减震器的弹簧元件、尤其是颠簸缓冲器 - Google Patents

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Abstract

本发明包括一种用于车辆减震器的弹簧元件(1)、尤其是颠簸缓冲器，包括：纵向轴线(L)和沿纵向轴线(L)具有长度(t)的基体(3)，基体(3)能够在未压缩的基本状态和压缩状态之间弹性变形，在压缩状态下基体(3)在纵向轴线(L)方向上至少部分地压缩，端部分(5)，所述端部分(5)被配置为与所述车辆减震器的阻尼器帽接触；其中端部分(5)包括接触表面(7)，所述接触表面(7)沿围绕所述纵向轴线(L)的螺旋线缠绕。

Description

用于车辆减震器的弹簧元件、尤其是颠簸缓冲器
本发明涉及一种用于车辆减震器的弹簧元件、尤其是颠簸缓冲器。本发明还涉及一种具有这样的弹簧元件的车辆减震器，并且涉及一种具有这样的减震器的车辆、特别是乘用机动车辆。
上文提及的类型的弹簧元件通常是已知的。它们被用在汽车内，例如在底盘内部。它们特别是被用作减振弹簧元件。除了经常基于金属弹簧和/或压缩气体元件的主减震器之外，几乎总是还利用优选地由弹性材料制成的附加弹簧元件(附加减震器)。这些弹簧元件通常是同心地形成并且沿着弹簧轴线具有不同的直径和/或壁厚的中空主体。原则上，这些弹簧元件也可以充当主减震器，但是它们经常与主减震器结合来承担端部止动功能。它们在此通过形成或加强车辆悬架的渐进特性来影响装有弹簧的轮的力-行程特性。因此可以减小车辆的俯仰效果并且增强滚动支撑。特别的是，通过几何配置优化起始刚度；这对车辆的悬架舒适性起着至关重要的作用。此功能提高驾驶舒适性并且确保非常高的驾驶安全性。几何形状的特定配置在使用寿命期间产生几乎恒定的部件属性。
弹簧元件(即颠簸缓冲器)的三维配置的一个困难在于通常期望的、特别柔性的初始力吸收，其也被称为弹簧元件的柔性启动。为了实现这样的柔性启动，例如，公开的申请DE 102004049638描述了弹簧元件的端部分形成有环绕的弯曲唇缘(也被称为“花形”)。
在运行中，弹簧元件从未压缩的基本状态沿其纵向轴线被压缩到至少部分压缩的状态，从而通过变形耗散能量。如上所述，弹簧元件变形的初始阶段决定了对弹簧柔性程度的感知。因此，在变形的初始期望阻力最小。然而，由于车辆运行中对弹簧元件的整体冲击力很大，因此弹簧元件需要承受大量的阻尼，从而需要渐进增加的刚度。除了对弹簧元件的圆周几何形状进行整体修改外，还期望对弹簧元件提供进一步的改进，对弹簧元件的进一步改进一方面允许在初始变形阶段的柔性的变形响应，另一方面还提供了随着变形的增加而渐进的变形阻力。
因此，本发明的一个目的是提供一种最初提及的类型的弹簧元件，该弹簧元件尽可能地解决了在现有技术中发现的缺点。特别地，本发明的一个目的是提供一种弹簧元件，该弹性元件允许柔性的初始变形，同时随着变形的增加允许改进的渐进刚度。
本发明通过提出一种最初提及的类型的弹簧元件来实现该目的，该弹簧元件包括纵向轴线和沿所述纵向轴线具有长度的基体，所述基体能够在未压缩的基本状态和压缩状态之间弹性变形，在压缩状态所述基体在所述纵向轴线的方向上至少部分地压缩，端部分，所述端部分被配置为与车辆减震器的阻尼器帽接触；其中所述端部分包括接触表面，所述接触表面沿围绕所述纵向轴线的螺旋线缠绕。换句话说，所述接触表面可以被描述为至少部分地螺旋形缠绕。
本发明基于以下认识：通过在所述基体的初始压缩过程中减少所述弹簧元件的端部分的整体接触表面，来减少初始的变形阻力。根据本发明，这是通过不使所述端部分的整个圆周与阻尼器帽接触，而仅使所述端部分的一部分与所述阻尼器帽进行接触来实现的，这样就仅需要使该部分的接触表面变形。已经发现的是，尽管在初始变形期间，所述端部分会以不对称的方式轻微变形，恰恰相反，这对所述弹簧元件的压缩特性没有整体的负面影响。当压缩从初始接触向前增加时，更多的端部分随后将沿着所述端部分的圆周方向一个接一个地与所述阻尼器帽接触，使得不对称力冲击的影响被缓解。同时，随着所述接触表面的增加的角部段与所述阻尼器帽接触，所述弹簧元件的刚度以及它对压缩的阻力明显地增加，这导致了渐进的压缩阻力。已经发现的是，在圆周方向上的单一俯仰优于例如多个凸起的交替高度变化。该螺旋形缠绕的接触表面的特别的优点是，当该弹簧元件被应用在车辆减震器中时，非常平滑地实现刚度的渐进性增加，导致有利的阻尼特性。
在一个优选的实施方案中，所述端部分沿纵向轴线的方向延伸，在所述接触表面上包括具有第一长度的第一端点，并且在所述接触表面上包括具有第二长度的第二端点，该第二长度小于第一长度，其中所述基体在所述纵向轴线方向上的长度沿螺旋形缠绕的接触表面在所述第一端点和第二端点之间减小。
优选地，所述长度从所述第一端点向所述第二端点单调减小。在单调减小的情况下，应理解的是，从第一端点开始，长度在所述纵向轴线的方向上在任何阶段都不会增加。然而，可能存在所述长度保持不变的区间。
在另一优选的实施方案中，所述螺旋线沿所述接触表面的至少一部分具有恒定的螺距角，优选地在4°或以上的范围内，进一步优选地在6°或以上的范围内，特别优选地在1°至30°的范围内。
在另一优选的实施方案中，所述螺旋线沿所述接触表面的至少一部分朝着所述第二端点具有增加的螺距角。如果所述螺距角增加，则刚度的渐进对应地减少。
在另一优选的实施方案中，所述螺旋线附加地或替代地沿所述接触表面的至少一部分朝着所述第二端点具有减小的螺距角。在这种带有减小的螺距角的部分中，所述基体的刚度渐进性对应地增加。
在另一优选的实施方案中，所述第一端点和第二端点在所述纵向轴线的方向上相差长度差d，长度差的在1mm至15mm的范围内。
在另一优选的实施方案中，所述第一端点和第二端点在垂直于所述纵向轴线的平面内彼此成角度地间隔开，其中优选地，端点之间的螺旋形缠绕的接触表面跨越的角度在50°至350°的范围内，进一步优选地在340°或以上的范围内。
在另一优选的实施方案中，所述基体包括位于所述第一端点和第二端点之间的圆周部段中、与螺旋形缠绕的接触表面相邻的凹陷，所述凹陷优选地在径向方向上朝着所述纵向轴线延伸。通过在所述第一端部和第二端部之间、在端部分的未被所述接触表面覆盖的区域中插入凹陷，所述端部的柔性总体上被增强，导致改善的压缩行为。
在另一优选的实施方案中，螺旋形缠绕的接触表面是螺旋形缠绕的第一接触表面，并且所述端部分包括一个或多个另外的接触表面，其这些另外的接触表面中的一个、一些或全部也沿围绕所述纵向轴线的螺旋线缠绕。例如，如果提供两个螺旋形缠绕的接触表面，则每个螺旋形缠绕的接触表面优选地在垂直于纵向轴线的平面上跨越120°或更大的角度，进一步优选地跨越160°或更大的角度。
优选地，一个或多个另外的螺旋形缠绕的接触表面中的至少一个在所述纵向轴线的方向上与螺旋形缠绕的第一接触表面偏移。优选地，所述偏移被定尺寸为使得每个接触表面均具有在所述纵向轴线的方向上具有相同的第一长度的第一端点。
替代地，螺旋形缠绕的另外的接触表面中的至少一个、一些或全部与螺旋形缠绕的第一接触表面齐平。
优选地，至少两个相邻的螺旋形缠绕的接触表面通过凹陷彼此分开，优选地所述凹陷在径向方向上朝着所述纵向轴线延伸。
在另一个优选的实施方案中，具有两个或更多个螺旋形缠绕的接触表面，所述螺旋线沿不同的螺距角延伸。举例来说，一个螺旋线可以具有右旋的螺距，而另一个螺旋线具有左旋的螺距或不同的右旋螺距等。
在另一优选的实施方案中，所述基体部分地或完全地由体积可压缩的弹性体构成，优选地由多孔的多异氰酸酯-聚加成产物构成。
在此，所述弹簧元件可以由一个弹性体构成，但是其也可以由多个弹性体构成，所述多个弹性体以层的形式、以壳体形式或以其他形式存在或也可以彼此混合存在。所述多异氰酸酯-聚加成产物优选地基于微孔聚氨酯弹性体、基于热塑性聚氨酯或基于这两种材料的组合形成，可选地，这两种材料可以含有聚脲结构。
在一个优选实施方案中，具有根据DIN 53420的200kg/m3至1100kg/m3、优选地300kg/m3至800kg/m3的密度、根据DIN 53571的2N/mm2、优选地2N/mm2至8N/mm2的抗拉强度、根据DIN 53571的300％、优选地300％至700％的伸长率以及根据DIN 53515的优选地8N/mm至25N/mm的撕裂强度的微孔聚氨酯弹性体是特别优选的。
所述弹性体优选地是基于聚异氰酸酯聚加成产物的微孔弹性体，优选地具有直径为0.01mm至0.5mm、特别优选地0.01mm至0.15mm的孔。
基于聚异氰酸酯聚加成产物的弹性体以及其生产通常是已知的并且被多次描述，例如在EP A 62 835、EP A 36 994、EP A 250 969、DE A 195 48 770和DE A 195 48 771中。
通常通过使异氰酸酯与对异氰酸酯反应的化合物反应来进行生产。
以多孔聚异氰酸酯聚加成产物为基础的弹性体通常在模具中生产，在该模具中反应性起始组分彼此反应。在此适用的模具一般是常规模具，例如金属模具，所述模具基于它们的形状确保根据本发明的弹簧元件的三维形状。在一个实施方案中，轮廓元件被直接集成在浇铸模具中；在另一实施方案中，它们随后被纳入到同心的基体中。在一个优选实施方案中，为此目的使同心弹簧元件冷却，直到其固化，优选地用液氮，并且在此状态下处理同心弹簧元件。
聚异氰酸酯聚加成产物可以根据通常已知的方法生产，例如通过在一步法或两步法中使用以下起始物质生产：
(a)异氰酸酯，
(b)与异氰酸酯反应的化合物，
(c)水以及可选地，
(d)催化剂，
(e)发泡剂，和/或
(f)助剂和/或添加剂，例如聚硅氧烷和/或脂肪酸磺酸盐。
模具内壁的表面温度通常是40℃至95℃，优选地50℃至90℃。模制部分的生产有利地在0.85到1.20的NCO/OH比率下执行，其中加热的起始组分被混合并且以对应于期望的模制部分密度的量加入到加热的、优选地紧密封闭的模制工具中。使模制部分固化5分钟至60分钟，然后可以从模具将其移除。引入到模制工具内的反应混合物的量通常以这样的方式定大小，使得所获得的模制主体具有已经呈现的密度。通常在15℃至120℃的温度下、优选地在30℃至110℃的温度下将起始组分引入到模制工具中。用于制造模制主体的压缩度在1.1和8之间、优选地在2和6之间。便利地根据“一步法(one-shot)”方法在高压技术、低压技术或特别是反应注射成型技术(RIM)的帮助下在敞开的模制工具或优选地封闭的模制工具中制造多孔聚异氰酸酯聚加成反应产物。该反应特别是通过在封闭的模制工具中压缩来执行。例如，H.Piechota和H.
Figure BDA0003326744310000051
在“Integralschaumstoffe”，Carl Hanser-Verlag，Munich，Vienna 1975；D.J.Prepelka和J.L.Wharton在Journal of Cellular Plastics，1975年3月/4月，第87至98页以及U.Knipp在Journal of Cellular Plastics，1973年3月/4月，第76-84页中描述了反应注射成型技术。
在此，在第一方面本发明就弹簧元件本身进行了描述。在第二方面，本发明还涉及一种车辆减震器，该车辆减震器具有：阻尼器轴承；阻尼器帽，所述阻尼器帽在纵向轴线的方向上相对所述阻尼器轴承可移动地安装；以及与所述阻尼器轴承相关联的弹簧元件。
就本发明而言，将弹簧元件与阻尼器轴承相关联，并且将弹簧元件直接围绕安装到阻尼器轴承上，或者在弹簧元件和阻尼器轴承之间设有一个或多个机械修正中间物。特别地，弹簧元件被形成为颠簸缓冲器。
本发明关于车辆减震器方面实现了最初提出的第一方面的目标，其中所述弹簧元件根据上文所述的优选和实施方案中的任一个形成。
第一方面的弹簧元件的优选实施方案和优点同时也是第二方面的车辆减震器的优选、实施方案和优点，这就是要参考上文给出的解释以避免不必要的重复的原因。
在另一个方面，本发明还被涉及包括多个车辆减震器的车辆。本发明关于车辆本身也实现了目标，其中至少一个减震器，优选地一些或全部减震器是根据上文描述的优选实施方案中的任一个构造。
同样，弹簧元件和车辆减震器的优选实施方案和优点同时也是车辆的优选实施方案和优点，这就是要参考上文给出的解释以避免不必要的重复的原因。
下面将参照优选实施方案的附图对本发明进行更详细的描述，其中：
图1示出了第一优选实施方案的弹簧元件的示意性立体图，
图2示出了图1的弹簧元件的示意性侧视图，
图3示出了图1和图2的弹簧元件的横截面图，
图4示出了根据第二优选实施方案的弹簧元件的示意性立体图，以及
图5示出了根据第三优选实施方案的弹簧元件的示意性立体图。
图1至图3示出了呈颠簸缓冲器形式的弹簧元件1。贯穿所有附图，相同的附图标记表示相同的元件。弹簧元件1包括由上述优选实施方案所述的微孔聚氨酯泡沫所制成的基体3。基体3包括纵向轴线L和第一端部分5。
纵向轴线L限定由箭头R表示的圆周方向。
端部分5包括接触表面7，该接触表面7在基体3的端部阶段延伸，并且在工作中面向车辆减震器的阻尼器帽。与这些应用中的传统弹簧元件不同，接触表面7从端部分5的第一端点9a向第二端点9b螺旋形缠绕。第一端点9a限定了与阻尼器帽的第一接触点，并且在纵向轴线L方向上具有第一长度l1，而第二端点9b在纵向轴线L方向具有小于第一长度l1的第二长度l2。这两个长度l1、l2之间的差值是长度差d，该长度差d表示在端部分5中两个端点9a、9b在纵向轴线L方向上沿接触表面7的整体行程。
在由箭头R表示的圆周方向上，即在垂直于纵向轴线L的平面上，接触表面7跨越的角度优选地为270°或更大，留下相对小的未被螺旋形缠绕的角部段。优选地，第一端点9a和第二端点9b通过凹陷11彼此间隔开，该凹陷11在基体3的端部分5中朝着纵向轴线L径向延伸。凹陷11位于未被接触表面7覆盖但与之相邻的圆周部段12中。接触表面7的螺距角α可以在图3中得到最佳体现。尽管位于图3所示的截面之外，第二端点9b也在图3中被表示出。为了清楚起见，关于这方面参考图1和图2。
与第一端部分5相对，基体3包括第二端部分13，所述第二端部分13被配置为将弹簧元件1安装至减震器组件的阻尼器轴承上。
还优选地，弹簧元件1包括沿纵向轴线L延伸穿过整个基体3的凹陷17。凹陷17优选地包括结构表面。接触表面7的结构优选地被配置为呈不规则结构设计形式、或呈规则结构形式，诸如呈简单凹槽或交叉凹槽形式、呈粗糙度或多边形轮廓形式。如果形成为不规则结构设计，则该结构优选地具有颗粒形式。
所述颗粒优选地存在于端部分5中。
弹簧元件1包括支撑环15，支撑环15安装至在基体3外部延伸的圆周凹槽。支撑环15优选地是部分地或完全地由弹性体或刚质体形成的，并且可以可选地包括用于增加径向方向上刚度的金属或其他材料增强件。
虽然附图中所示的弹簧元件包括单个并且连续的接触表面7，但本发明也可扩展至具有分段的接触表面的弹簧元件，即，具有多个凸起，例如具有两个或更多个凸起，并且每个凸起在弹簧元件1的端部分5中在纵向轴线的方向上延伸。这些凸起中的至少一个，优选地一些或所有的凸起，包括如上所述的围绕纵向轴线延伸的螺旋形缠绕的接触表面。
因此，作为图1至图3的实施方案的优选替代，图4示出了弹簧元件1'的第二实施方案，除了螺旋形缠绕的第一接触表面7a之外，该弹簧元件1'还包括螺旋形缠绕的第二接触表面7b。除此之外，图4示出的弹簧元件1'在结构上与图1至图3的弹簧元件1非常相似。因此，使用相同的附图标记表示相同的元件，并且参考上文的描述以避免不必要的重复。
图4示出的螺旋形缠绕的接触表面7a、7b相对于彼此偏移，这意味着这些表面不是彼此齐平的。该偏移被示例性的选择为使得两个接触表面7a、7b在沿纵向轴线L的第一投影长度l1处具有第一端点9a。如果螺旋形接触表面7a、7b的倾斜角度相同，如图4所示，则两个螺旋形缠绕的接触表面7a、7b在沿纵向轴线L的相同投影长度l2的第二端点9b处终止。
还优选地，螺旋形缠绕的接触表面7a、7b，在两个端点9a、9b处借助各自的凹陷11以大体上如上文描述的方式彼此分开。
如果该偏移如图4所描绘的那样，则两个接触表面将同时与相对的结构元件进行初始接触，或者与图1至图3的实施方案相比，导致弹簧元件的变形更加对称。而随着弹簧元件压缩的增加，螺旋线的倾斜角度将提供非常有利且逐渐渐进性的刚度。
图5示例性地示出了根据本发明的弹簧元件1”的另一实施方案。该弹簧元件1”包括多个螺旋形缠绕的接触表面7a、7b、7c和7d，这些螺旋形缠绕的接触表面通过凹陷10、11彼此间隔开。接触表面7a、7b彼此齐平，并且通过其中一个凹陷10彼此分开。接触表面7b、7c彼此偏移，并且通过其中一个凹陷11彼此分开，就如同根据上文描述的图4的相邻接触表面7a、7b一样。
接触表面7c和7d再一次相对于彼此齐平，并且通过其中一个凹陷10彼此分开。最后，接触表面7d和7a像之前的实施方案一样彼此偏移，并且通过凹陷11彼此分开。接触表面7a和7c优选地以相同的长度l1开始，而接触表面7b和7d优选地以相同的长度l2终止。
优选地而非必要地，凹陷11彼此相对地定位，而凹陷10同样彼此相对地定位。特别优选的是，凹陷10、11沿弹簧元件1”的端部分5的圆周等距离地分布。
图5中示出的其余结构特征与之前的实施方案基本相同，使得相同的功能使用相同的附图标记，以避免不必要的重复。并在此参考了上文的描述。

Claims (16)

1.一种用于车辆减震器的弹簧元件(1，1')、尤其是颠簸缓冲器，包括：
纵向轴线(L)和沿所述纵向轴线(L)具有长度(t)的基体(3)，所述基体(3)能够在未压缩的基本状态和压缩状态之间弹性变形，在压缩状态下所述基体(3)在所述纵向轴线(L)方向上至少部分地压缩，
端部分(5)，所述端部分(5)被配置为与所述车辆减震器的阻尼器帽接触；其中
所述端部分(5)包括接触表面(7)，所述接触表面(7)沿围绕所述纵向轴线(L)的螺旋线缠绕。
2.根据权利要求1所述的弹簧元件，
其中所述端部分(5)在纵向轴线(L)的方向上延伸，在所述接触表面(7)上包括具有第一长度(l1)的第一端点(9a)，并且在所述接触表面(7)上包括具有小于第一长度(l1)的第二长度(l2)的第二端点(9b)，其中所述基体(3)在所述纵向轴线(L)方向上的长度(t)沿所述螺旋线在所述第一端点(9a)和所述第二端点(9b)之间减小。
3.根据权利要求2所述的弹簧元件，
其中所述长度(t)从所述第一端点(9a)向所述第二端点(9b)单调减小。
4.根据前述权利要求中任一项所述的弹簧元件，
其中所述螺旋线沿所述接触表面的至少一部分具有恒定的螺距角(α)，优选地在4°或以上的范围内，进一步优选地在6°或以上的范围内，特别优选地在1°至30°的范围内。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的弹簧元件，
其中所述螺旋线沿所述接触表面的至少一部分朝着所述第二端点具有增加的螺距角。
6.根据权利要求2或3中任一项所述的弹簧元件，
其中所述螺旋线沿所述接触表面的至少一部分朝着所述第二端点具有减小的螺距角。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的弹簧元件，
其中所述第一端点(9a)和第二端点(9b)在所述纵向轴线(L)的方向上相差长度差(d)，优选地所述长度差(d)在1mm至15mm的范围内。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的弹簧元件，
其中所述第一端点(9a)和第二端点(9b)彼此成角度地间隔开，其中优选地，端点之间的螺旋形缠绕的接触表面(7)跨越的角度在50°至350°范围内，进一步优选地在340°或以上的范围内。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的弹簧元件，
其中所述基体(3)包括位于所述第一端点(9a)和第二端点(9b)之间的圆周部段(12)中、与螺旋形缠绕的接触表面(7)相邻的凹陷(11)，所述凹陷优选地在径向方向上朝着所述纵向轴线延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的弹簧元件，
其中所述接触表面(7)是第一接触表面，并且所述端部分(5)包括一个或多个另外的接触表面，其中这些另外的接触表面中的一个、一些或全部也沿围绕所述纵向轴线的螺旋线缠绕。
11.根据权利要求10所述的弹簧元件，
其中一个或多个另外的螺旋形缠绕的接触表面中的至少一个在所述纵向轴线(L)的方向上与螺旋形缠绕的第一接触表面偏移，所述偏移优选地被定尺寸为使得每个接触表面(7)均具有在所述纵向轴线的方向上具有相同的第一长度的第一端点。
12.根据权利要求10或11所述的弹簧元件，
其中至少一个另外的螺旋形缠绕的接触表面与螺旋形缠绕的第一接触表面的接触表面齐平。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的弹簧元件，
其中至少两个相邻的螺旋形缠绕的接触表面通过凹陷彼此分开，优选地所述凹陷在径向方向上朝着所述纵向轴线(L)延伸。
14.根据前述权利要求中任一项所述的弹簧元件(1)，
其中所述基体(3)部分地或完全地由体积可压缩的弹性体构成，优选地由多孔的多异氰酸酯-聚加成产物构成。
15.一种车辆减震器，包括：
阻尼器轴承；
阻尼器帽，所述阻尼器帽在纵向轴线(L)的方向上相对所述阻尼器轴承可移动地安装；以及
弹簧元件(1)，所述弹簧元件(1)与所述阻尼器轴承关联，
其特征在于，所述弹簧元件(1)是根据前述权利要求中任一项形成。
16.一种车辆，包括：
多个车辆减震器，其中
至少一个车辆减震器，优选地一些或全部车辆减震器是根据权利要求15构造。
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