Die
Erfindung betrifft Federkonstruktionen, insbesondere in Automobilfahnnrerken,
enthaltend Federauflage (i), Spiralfeder (ii), eine bevorzugt zylindrische,
bevorzugt hohle bevorzugt elastische Zusatzfeder (iii), bevorzugt
auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten,
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 ≥ 8,
bevorzugt 8 bis 25 N/mm, und Schutzrohr (iv), wobei ein Rand (x)
der Zusatzfeder (iii) zwischen Federauflage (i) und einem Rand (xi)
des Schutzrohres (iv) positioniert ist, das Schutzrohr (iv) die
Spiralfeder (ii) von der Zusatzfeder (iii) trennt und die Ränder (x)
und (xi) des Schutzrohres (iv) und der Zusatzfeder (iii) zwischen Spiralfeder
(ii) und Federauflage (i) fixiert sind. Außerdem betrifft die Erfindung
Automobile, d.h. Kraftfahrzeuge aller Art, z.B. Personenkraftfahrzeuge, Lastkraftfahrzeuge
oder Busse, aber auch Motorräder
und Fahrräder,
bevorzugt aber Kraftfahrzeuge, enthaltend die erfindungsgemäßen Federelemente und/oder
Federkonstruktionen, insbesondere im Fahrwerk.
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es, eine Federkonstruktion für Automobilfahrwerke
zu entwickeln, die mehrere Aufgaben im Dämpfungssystem übernehmen
kann. Dabei sollte die Federkonstruktion einen möglichst unkomplizierten Aufbau aufweisen
und Beschädigungen
im Gebrauch möglichst
vermieden werden, d.h. die Konstruktion sollte über eine möglichst lange Lebensdauer verfügen.
Diese
Aufgabe konnte durch die eingangs dargestellten Federkonstruktionen
und Federelemente gelöst
werden.
Diese
Federkonstruktionen bieten den Vorteil, dass nur ein Bauteil montiert
werden muss, welches mehrere Funktionen beinhaltet. Durch diese Bauweise
können
die Montagezeiten gering gehalten werden. Das Zusatzfedermodul und
die Federauflage, wel che zur Reduzierung resonanzbedingter Kraftspitzen
und zur Isolierung des Körperschalls eingesetzt
wird werden in einem Bauteil integriert. Zusätzlich ist noch eine Schutzrohraufnahme
integriert ist. Als Auflagefläche
für die
Federkonstruktion wird in dieser Aufgabe das obere Dämpferlager
verwendet, welches üblicherweise
mit der Karoserie verbunden wird.
Des
weiteren ist an der Zusatzfeder ein Schutzrohr befestigt. Dieses
hat die Aufgabe das Zusatzfederelement vor Verunreinigungen zu schützen, die
Querdehnung aufzunehmen und es dient der Stahlspiralfeder als Auflage
und soll das PUR Bauteil vor Einstanzungen schützen, die durch die Stahlspiralfeder
verursacht werden können.
Für die
unkomplizierte Montage des kompletten Federbein kann bevorzugt ein „Festsitz" im Inneren des PUR-Bauteils eingebracht
werden. Durch diesen ist die axiale Positionierung auf der Kolbenstange
des Stoßdämpfers und
die Anbindung an den Federteller gewährleistet. Im Zusammenbau übernimmt
die Stahlspiralfeder die Befestigung und Positionierung des PUR-Bauteils und
des Schutzrohres.
Als
Spiralfedern (ii) kommen allgemein aus dem Kraftfahrzeugfahrwerksbau
bekannte Spiralfedern in Betracht. Erfindungsgemäß liegt das eine Ende der Spiralfeder
(ii) an der Unterseite des Randes (xi) des Schutzrohres (iv) an.
Anders formuliert, der Rand (xi) liegt auf der letzten Windung der
Spiralfeder, wobei das mit dem Rand (xi) des Schutzrohres (iv) in
Kontakt stehende Ende der Spiralfeder (ii) abgeflacht ausgestaltet
sein kann, um einen größere Kontaktfläche zwischen
Spiralfeder und Schutzrohr zu ermöglichen. Bevorzugt liegt erfindungsgemäß somit
kein direkter Kontakt zwischen Spiralfeder (ii) und Zusatzfeder
(iii) bzw. Spiralfeder (ii) und Federauflage (i) vor.
Die
Zusatzfeder (iii) ist bevorzugt hohl, zylindrisch und elastisch
ausgestaltet. In dem Hohlraum der Zusatzfeder (iii) ist bevorzugt
die Kolbenstange (vii) eines Stoßdämpfers platziert, wobei die
Zusatzfeder (iii) aufgrund der Konturierung ihres Hohlraums zumindest
teilweise auf der Kolbenstange fixiert ist. Die Zusatzfeder (iii)
weist bevorzugt eine Höhe
(viii) zwischen 40 mm und 70 mm, besonders bevorzugt 47 mm oder
57 mm auf. Die Höhe
(xv) des Randes (x) der Zusatzfeder (iii) beträgt bevorzugt zwischen 10 mm
und 15 mm, besonders bevorzugt 12 mm. Der Hohlraum der Zusatzfeder
(iii) weist bevorzugt einen minimalen Durchmesser (xvii) zwischen
10 mm und 15 mm, besonders bevorzugt 12,5 mm auf.
Die
erfindungsgemäße Zusatzfeder
basiert 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
- (f) Hilfs- und/oder Zusatzstoffe, beispielsweise Polysiloxane
und/oder Fettsäuresul
fonate.
Bevorzugt
weisen die zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten einen Druckverformungsrest
kleiner 25 % nach DIN 53572, wobei als Prüfkörper Würfel der Abmessung 40 mm × 40 mm × 30 mm
ohne Silikonanstrich verwendet werden, die Prüfung bei konstanter Verformung
erfolgt, wobei die Prüfkörper um
40 % zusammengedrückt
und 22 Stunden bei 80°C
im Umluftschrank gehalten werden, die Prüfeinrichtung nach der Entnahe
aus dem Wärmeschrank
2 Stunden im zusammengedrückten Zustand
auf Raumtemperatur abgekühlt
wird, anschließend
der Prüfkörper aus
der Prüfeinrichtung entnommen
wird und 10 min ± 30
s nach der Entnahme der Prüfkörper aus
der Prüfeinrichtung
die Höhe der
Prüfkörper auf
0,1 mm genau gemessen wird. Die Zusatzfedern haben bevorzugt eine
Höhe von
20 mm bis 150 mm und eine Breite, die gleich oder geringfügig größer ist
als die Breite des Hohlraums der Federauflage, in dem die Zusatzfeder
positioniert werden soll.
Bevorzugt
wird die Zusatzfeder (iii) von einem Ring (v) umfasst. Der Ring
(v) kann aus allgemein bekannten Materialien gefertigt sein, beispielsweise
Gummi, Metallen, Kunststoffen, z.B. thermoplastischen Polyurethanen,
Polyethylen, Polypropylen und insbesondere Polyoxymethylen.
Das
Schutzrohr weist bevorzugt eine Höhe (vi) zwischen 100 mm und
150 mm, besonders bevorzugt 130 mm auf. Der Durchmesser (xii) des
Hohlraums des Schutzrohres (iv) beträgt bevorzugt zwischen 50 mm
und 70 mm, bevorzugt zwischen 55 mm und 60 mm. Der Rand (xi) des
Schutzrohres (iv) weist bevorzugt eine Höhe (xvi) zwischen 2 mm und 5
mm, besonders bevorzugt zwischen 3 mm und 4 mm, insbesondere 3,5
mm auf. Das Schutzrohr, das gegebenenfalls auch als Faltenbalg ausgestaltet
sein kann, basiert üblicherweise
auf bekannten elastischen Kunststoffen. Das Schutzrohr dient dazu,
die Kolbenstange des Stoßdämpfers,
die mit der Zusatzfeder verbunden ist, und insbesondere deren Einlass in
den Stoßdämpfer vor
Schutz und Staub zu schützen.
Bevorzugt
ist das Schutzrohr mittels einer Nase oder Kante auf seiner Innenseite,
die in einer entsprechenden Aussparung (ix) auf der Mantelfläche der
Zusatzfeder (iii) fixiert ist, mit der Zusatzfeder (iii) verbunden.
Dies kann z.B. derart erfolgen, dass die Nase oder Kante aufgrund
des elastischen Materials der Zusatzfeder (iii) in die dargestellte
Aussparung geclipst wird. Zusatzfeder (iii) und Schutzrohr (iv)
weisen bevorzugt einen maximalen äußeren Durchmesser (xxi) zwischen
90 mm und 105 mm, besonders bevorzugt zwischen 95 mm und 100 mm, insbesondere
98 mm auf.
Zwei
erfindungsgemäße Federkonstruktionen
sind beispielhaft in den 1 und 2 dargestellt.
In den 3, 4 sind zwei beispielhafte Zusatzfeder
abgebildet, die Teil der in den 1 und 2 dargestellten
Federkonstruktionen sind. In den 5 und 6 ist
ein beispielhaftes Schutzrohr abgebildet. Die in den Figuren angegebenen
Längenmasse
haben die Einheit [mm].