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Die
Erfindung betrifft Federkonstruktionen enthaltend ein Rundlager
aufgebaut aus einem hohlen, elastischen Lagerelement (i), das einen
Einleger (ii) umfasst, der eine Bohrung (iii) aufweist, in dem eine
(iv) Kolbenstange eines Stoßdämpfers platziert ist
und wobei das Rundlager in einem Lagertopf (v) fixiert ist, bevorzugt
indem das Lagerelement (i) in axialer Richtung oberhalb und unterhalb
des Lagerelementes (i) sowie in radialer Richtung die seitliche, äußere Mantelfläche des
Lagerelementes (i) von Bauelementes, bevorzugt von einem Lagertopf,
besonderes bevorzugt mit Boden, seitlicher Wand sowie Deckel, begrenzt
werden und die Abmessungen dieses Einbauraumes kleiner sind als
die Abmessungen des Lagerelementes (i). Des weiteren betrifft die
Erfindung Automobile, beispielsweise Personenkraftwagen, Lastkraftwagen,
Busse, bevorzugt Automobilfahrwerke enthaltend die erfindungsgemäße Federkonstruktion.
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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.
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Häufig kommen
zusätzlich
zu sogenannten Zusatzfedern, die üblicherweise auf der Kolbenstange
des Stoßdämpfers platziert
werden, Dämpferlager,
auch als Rundlager bezeichnet, zum Einsatz, die die Kolbenstange
elastisch mit der Karosserie verbinden. Aufgrund des elastischen
und damit empfindlichen Materials des Lagerelementes des Rundlagers stellt
die Montage dieses Dämpferlagers
einen kritischen Schritt für
die anschließende
Funktionsfähigkeit
der gesamten Federkonstruktion dar. Zudem wird die Funktionalität der Federkonstruktion
entscheidend vom Aufbau, d.h. der Fixierung des Rundlagers und der
Anordnung von den Bauteilen zueinander geprägt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es somit, eine Federkonstruktion
enthaltend ein Rundlager aufgebaut aus einem hohlen, elastischen
Lagerelement (i), das bevorzugt oberhalb, unterhalb und seitlich
einen Einleger (ii) umfasst, der eine bevorzugt mittige, bevorzugt
parallel zur axialen Richtung des Rundlagers verlaufende Bohrung
(iii) aufweist, in der eine (iv) Kolbenstange eines Stoßdämpfers platziert ist
und wobei das Rundlager in einem Lagertopf (v) fixiert ist zu entwickeln,
bei dem insbesondere in einem Automobilfahrwerk beim Fahrzeughandling
und im fahrdynamischen Verhalten deutliche Vorteile zeigen.
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Diese
Aufgaben konnten dadurch gelöst werden,
dass das Lagerelement (iii) sowohl in radialer Richtung, bevorzugt
um 30 % bis 40 %, als auch in axialer Richtung, bevorzugt um 30
% bis 40 % vorgespannt ist.
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Unter
dem Ausdruck „vorgespannt" ist zu verstehen,
dass das Lagerelement gestaucht in der Federkonstruktion vorliegt,
d.h. der Einbauraum für das
Lagerelement in der Federkonstruktion ist in axialer Richtung und
in radialer Richtung kleiner als die äußeren Abmessungen des Lagerelementes
(i) in diesen Richtungen.
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Der
seitliche Rand des Einlegers (ii) wird im nicht-vorgespannten Zustand
bevorzugt von 2 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt 3 mm des Lagerelementes
(i) umfasst, d.h. unterhalb, oberhalb und seitlich des flachen Randes
des Einlegers (iv) befindet sich formschlüssig, bevorzugt haftend mit
dem Einleger verbunden das Lagerelement (i).
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Bevorzugt
weist das Lagerelement (i) im nicht-vorgespannten Zustand eine Höhe (vi)
zwischen 18 mm und 22 mm, bevorzugt 20 mm auf und im vorgespannten
Zustand eine Höhe
(vii) zwischen 10 mm und 17 mm, bevorzugt zwischen 13 mm und 17
mm, insbesondere 15 mm auf.
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Bevorzugt
weist das Lagerelement (i) im nicht-vorgespannten Zustand einen äußeren Durchmesser
(viii) zwischen 59 mm und 65 mm, bevorzugt 60 mm auf und im vorgespannten
Zustand einen äußeren Durchmesser
(ix) zwischen 50 mm und 58,9 mm, bevorzugt 58 mm aufweist.
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Bevorzugt
weist der Einleger (ii) eine Gesamthöhe (xx) zwischen 10 mm und
20 mm bevorzugt 15 mm, einen äußeren Durchmesser
(x) zwischen 40 mm und 80 mm, besonders bevorzugt zwischen 50 mm
und 60 mm, insbesondere 54 mm, einen Durchmesser (xi) des Hohlraums
zwischen 5 mm und 15 mm, besonders bevorzugt zwischen 10 mm und
11 mm, und eine Höhe
(xii) des äußeren Randes zwischen
4 mm und 9 mm, besonders bevorzugt 6 mm auf.
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Der
Einleger (ii) weist bevorzugt einen flachen äußeren Rand auf, während der
innere Abschnitt, in dem sich die Bohrung befindet, eine größere Höhe aufweist.
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Beispielhafte,
bevorzugte erfindungsgemäße Rundlager
sind in den 1 und 2 dargestellt.
Dabei stellt 2 beispielhaft ein verbautes Rundlager
dar. Anhand der angegebenen Abmessungen wird ersichtlich, dass das
Lagerelement (i) innerhalb der Federkonstruktion sowohl in radiale
als auch in axiale Richtung gestaucht, d.h. unter Spannung vorliegt.
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Im
Vergleich zu herkömmlichen
Federkonstruktionen in Fahrwerken, insbesondere Anbindungen von
Kolbenstangen von Stoßdämpfern wird
erfindungsgemäß sowohl
in axialer Richtung (in den Figuren 36 % über die Scheiben oberhalb und
unterhalb des Lagerelmentes (i)), als auch in radialer Richtung
(in den Figuren 33 % über
das Gehäuse)
vorgespannt. Die radiale Vorspannung setzt sich dadurch zusammen,
dass das Lagerelement (i) mit seinem Außendurchmesser von 60 mm in
einem Bauraum vom Durchmesser 58 mm eingepresst wird. Somit wird
die radiale Wandstärke
des Lagerelementes (i) von 3 mm auf 2 mm komprimiert, was 33 % entspricht.
Diese zusätzlich
zur axialen Vorspannung aufgebrachte radiale Vorspannung hat im
Fahrversuch deutliche Vorteile beim Fahrzeughandling und im fahrdynamischen
Verhalten gezeigt. Allein aus den radialen Kennlinie wird ersichtlich,
das der Verformungsweg des Lagers bei 3kN von ca. 2,7 mm ohne radiale
Vorspannung auf 1,7 mm mit radialer Vorspannung reduziert werden
konnte. Trotz der radialen Vorspannung wurde im Fahrversuch aber
keine Verschlechterung der akustischen Entkopplungseigenschaften
der Top Mount festgestellt
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Zu
den einzelnen Elementen der erfindungsgemäßen Federkonstruktion ist ansonsten
Folgendes auszuführen:
Der
Einleger, der Lagertopf und ggf. der Deckel können auf allgemein bekannten
bevorzugt harten Materialien basieren, beispielsweise Metallen oder
harten Kunststoffen, z.B. thermoplastischem Polyurethan, Polyamid,
Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol oder bevorzugt Polyoxymethylen,
besonders bevorzugt Metallen, insbesondere Stahl oder Aluminium,
ganz besonders bevorzugt Aluminium.
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Die
erfindungsgemäßen Lagerelemente
(i) sind bevorzugt auf der Basis allgemein bekannter elastischer
Materialien, z.B. auf der Basis von Gummi oder besonders bevorzugt
zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, 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 gefertigt. Das Lagerelement (i) basiert
somit 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 ei nem 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.
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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.
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Bevorzugt
handelt es sich bei dem Lagerelement um ein einteiliges Produkt,
das in Gegenwart des Einlegers in einer Form gefertigt, bevorzugt
verschäumt
wird und haftend den Einleger umschließt.