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Die
Erfindung betrifft hohle, zylindrische, elastische Federelement
(i), wobei der Rand (ii) mindestens einer Stirnseite des Federelementes
nach außen
gerichtet ist, so dass die Kante (iii) des Randes (ii) von dem Hohlraum
(v) des Federelementes weggerichtet ist. Unter dem Ausdruck "von dem Hohlraum
(v) der Federelemente weggerichtet" ist zu verstehen, dass der Rand (ii)
nicht parallel zu Längsachse
des Hohlraums verläuft,
sondern derart geformt ist, dass er den Durchmesser des Hohlraums bis
zu Stirnseite, d.h. Öffnung
des Hohlraums, erweitert. Unter dem Ausdruck „Stirnseite" ist nicht die Mantelfläche des
Zylinders zu verstehen, sondern mindestens eine, bevorzugt beide
Endflächen,
die sich bevorzugt senkrecht zu der Mantelfläche an den beiden axialen Enden
des Zylinders befinden. Unter „axiale
Richtung" ist die
Richtung parallel zur Höhe des
Zylinders zu verstehen. Außerdem
betrifft die Erfindung Automobilfahrwerke enthaltend die erfindungsgemäßen
Federelemente,
insbesondere Automobilfahrwerk, bei denen das erfindungsgemäße Federelement
auf der Kolbenstange des Stoßdämpfers positioniert wird,
d.h. die Kolbenstange in dem durchgängigen axial ausgerichteten
Hohlraum des Federelementes (i) positioniert wird. Des weiteren
bezieht sich die Erfindung auf Automobile, beispielsweise Personenkraftfahrzeuge,
Lastkraftwagen, Busse, enthaltend die erfindungsgemäßen Federelemente.
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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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Eine
Schwierigkeit in der dreidimensionalen Ausgestaltung der Zusatzfedern
besteht in einem häufig
gewünschten,
besonders weichen Einsatz der Kennlinie. Um diesen möglichst
weichen Anlauf zu erreichen, ist es bekannt, mindestens ein Ende
des Federelementes in Form einer umlaufenden Biegelippe auszugestalten,
die einen Hohlraum weitgehend umschließt. Diese Ausgestaltung, die
man auch „Blütenform" bezeichnen kann,
bewirkt zwar einen sehr weichen Einsatz der Zusatzfeder, weist aber auch
einige Nachteile auf. So ist diese Form beispielsweise für besonders
hohe Belastungen nur bedingt geeignet. Außerdem weist die Blütenform
in der Herstellung wesentliche Nachteile auf, da der Hohlraum des
Federelementes üblicherweise
durch einen Kern definiert wird, von dem das Federelement nach der
Aushärtung
gezogen werden muss. Die dabei auftretenden Belastungen führen zu
einem deutlichen Ausschuss. Ein weiterer Nachteil besteht in dem
aufwendigen Entgraten. Eine weitere bekannte Form besteht in der
Ausgestaltung des Randes in Form einer Welle, d.h. mit variabler
Länge des
Federelementes in axialer Richtung.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es somit, für eine Zusatzfeder, bevorzugt
für eine
Zusatzfeder für
ein Automobilfahrwerk, eine dreidimensionale Form zu entwickeln,
die einen möglichst
weichen Einsatz ermöglicht
und andererseits über
deutlich verbesserte Eigenschaften in der Fertigung, insbesondere
einen geringen Ausschuss, verfügt.
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Diese
Anforderungen werden durch die eingangs dargestellten Federelemente
erfüllt.
Ein beispielhaftes, erfindungsgemäßes Federelement ist im Detail
in den 1 und 2 dargestellt. In allen Figuren
sind die angegebenen Maße
in [mm] angegeben. Anhand der Figur wird insbesondere die besondere,
erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Randes (ii) deutlich. Dieser Rand weist nach außen, d.h.
von Hohlraum des Federelementes weg. Dies bedeutet, dass sich der
Hohlraum zur Stirnseite des Federelementes durch die besondere Ausgestaltung
des Randes (ii) öffnet,
im Gegensatz zu bekannten Lösungen, bei
denen der Rand zur Mitte des Hohlraumes geneigt ist. Aufgrund dieser
Ausgestaltung wird zum einen erreicht, dass die Feder einen weichen
Einsatz hat. Zum anderen eröffnet
die erfindungsgemäße Ausgestaltung
fertigungstechnische Vorteile, da die Federelemente einfacher, schneller
und mit weniger Ausschuss entformt werden können. Der erfindungsgemäße Rand
(ii) ist in den 1 und 2 deutlich gekennzeichnet.
Er stellt das axiale Ende des Federelementes (i) dar, dessen Abschluss
die Kante (iii) bildet.
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Bevorzugt
sind Federelemente, bei denen der Winkel α zwischen dem Rand (ii), bevorzugt
der zum Hohlraum gerichteten Oberfläche des Randes, besonders bevorzugt
sowohl der zum Hohlraum (v) gerichteten Oberfläche des Randes (ii) und der
Mantelfläche
des Randes (ii), und der Längsachse
des Hohlraumes (v) zwischen 25° und
70°, besonders
bevorzugt zwischen 35° und
60°, insbesondere
50° beträgt.
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Der
Rand (ii) weist bevorzugt eine Dicke (vi) zwischen 2 mm und 8 mm,
besonders bevorzugt zwischen 2 mm und 6 mm, insbesondere zwischen
3 mm und 4 mm auf. Der Rand (ii) weist bevorzugt eine Höhe zwischen
5 mm und 20 mm, besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 10 mm auf.
Diese Höhe
ergibt sich aus der Zeichnung 1 aus der Differenz zwischen der Länge (ix)
und der Länge
(viii).
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Das
Federelement kann für
Zusatzfedern allgemein übliche
Maße,
d.h. Längen
und Durchmesser annehmen. Bevorzugt weist das Federelement (i) eine
Höhe (ix)
zwischen 30 mm und 200 mm, besonders bevorzugt zwischen 40 mm und
120 mm auf. Bevorzugt beträgt
der äußere Durchmesser
(x) des Federelementes (i) zwischen 30 mm und 100 mm, besonders
bevorzugt zwischen 40 mm und 70 mm. Bevorzugt ist der Durchmesser
(xi) des Hohlraums des Federelementes (i) zwischen 10 mm und 30
mm.
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Die
erfindungsgemäßen Federelemente
(i) basieren bevorzugt allgemein bekannten Elastomeren, beispielweise
Gummi oder 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, 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. Die erfindungsgemäßen Körper (i)
basieren 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.
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Die
Herstellung erfolgt üblicherweise
durch Umsetzung von Isocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen.
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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.
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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.
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Die
Herstellung der Formteile wird vorteilhafterweise 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.
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Die
Formteile sind nach 5 bis 60 Minuten ausgehärtet und damit entformbar.
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Die
Menge des in das Formwerkzeug eingebrachten Reaktionsgemisches wird üblicherweise
so bemessen, dass die erhaltenen Formkörper die bereits dargestellte
Dichte aufweisen.
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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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Die
zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte werden zweckmäßigerweise
nach dem one shot-Verfahren mit Hilfe der Niederdruck-Technik oder
insbesondere der Reaktionsspritzguss-Technik (RIM) in offenen oder
vorzugsweise geschlossenen Formwerkzeugen, hergestellt. Die Reaktion
wird insbesondere unter Verdichtung in einem geschlossenen Formwerkzeug
durchgeführt.
Die Reaktionsspritzguss-Technik wird beispielsweise beschrieben von
H. Piechota und H. Röhr
in "Integralschaumstoffe", Carl Hanser-Verlag,
München,
Wien 1975; D.J. Prepelka und J.L. Wharton in Journal of Cellular
Plastics, März/April
1975, Seiten 87 bis 98 und U. Knipp in Journal of Cellular Plastics,
März/April
1973, Seiten 76–84.