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Die
Erfindung betrifft hohle, bevorzugt zylindrische Formkörper, bevorzugt
mit einer Höhe
zwischen 10 mm und 150 mm, einem äußeren Durchmesser zwischen
10 mm und 200 mm und einem Durchmesser des Hohlraums zwischen 5
mm und 50 mm, auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren,
die ggf. Polyharnstoffstrukturen enthalten können, besonders bevorzugt auf
der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren 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, wobei ein Teil der Oberfläche des
zelligen Polyurethanelastomers eine kompakte Haut aufweist und bei
einem weiteren Teil der Oberfläche
des zelligen Polyurethanelastomers die kompakte Haut und gegebenenfalls
ein Teil des Werkstoffes mittels trennender Bearbeitungsverfahren
entfernt ist. Diese zelligen Polyurethanelastomere werden nachfolgend
auch als mikrozellige Polyurethane oder Polyurethanelastomere bezeichnet.
Des weiteren betrifft die Erfindung Rundlager enthaltend Innenbuchse
(i) sowie mindestens einen erfindungsgemäßen hohlen zylindrischen Formkörper. Außerdem bezieht
sich die Erfindung auf Dämpferlager
enthaltend Einleger (v), der von einem erfindungsgemäßen zylindrischen
Formkörper
umfasst wird. Des weiteren betrifft die Erfindung Verfahren zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Formkörper, wobei
man von einem hohlen zylindrischen Formkörper auf der Basis von zelligen
Polyurethanelastomeren mittels bearbeitender Trennverfahren Teile
in axialer Richtung ablängt
und anschließend
die Oberfläche
des Hohlraumes des abgelängten
hohlen zylindrischen Formkörpers
mit Hilfe trennender Bearbeitungsverfahren bearbeitet. Außerdem betrifft
die Erfindung Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formkörper, wobei
man die Oberfläche
des Hohlraumes des bevorzugt hohlen zylindrischen Formkörpers mit
Hilfe trennender Bearbeitungsverfahren bearbeitet und anschließend von
dem bevorzugt hohlen zylindrischen Formkörper auf der Basis von zelligen
Polyurethanelastomeren mittels bearbeitender Trennverfahren Teile
in axialer Richtung ablängt.
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Polyurethanelastomere
zum Beispiel in Rundlagern, Zusatzfedern oder Dämpferlagern werden in Automobilen
beispielsweise innerhalb des Fahrwerks verwendet und sind allgemein
bekannt. Mit Hilfe von Rundlagern werden im Automobil Aggregate,
Getriebe, Motoren, Fahrwerksbauteile u.a. untereinander oder mit
der Karosserie verbunden. Dabei erfüllen sie durch die Verwendung
von Elastomerwerkstoffen die Funktion der elastischen Lagerung;
andererseits sind sie auf Grund ihrer viskosen Eigenschaften in
der Lage, Energie zu dissipieren und damit Schwingungen zu dämpfen. Dabei
wird ein hohes Maß an
Dämpfung
besonders für
die Bedämpfung
großer
Amplituden von niederfrequenten Schwingungen benötigt, die z.B. die Anbindung
der Stossdämpfers
an die Karosserie beeinflussen. Andererseits ist bei kleinen Amplituden
und höheren Frequenzen
eine hohe Dämpfung
aus Gründen
der Fahrzeugakustik unerwünscht.
Das Dämpfungsverhalten
derzeitiger, konventioneller Rundlager ist abhängig vom intrinsischen Dämpfungsvermögen des eingesetzten
Elastomerwerkstoffes.
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Die
Dämpfungskonstruktionen,
insbesondere die Rundlager oder Dämpferlager beinhalten häufig als
elastisches Lagerelement ein mikrozelliges Polyurethanelastomer.
Bekannte Verfahren zur Herstellung dieser Rundlager und Dämpferlager
werden üblicherweise
derart durchgeführt,
dass das mikrozellige Polyurethanelastomer in Gegenwart der Innenbuchse
oder des Einlegers hergestellt, d.h. verschäumt wird. Dies bietet den Vorteil,
dass Innenbuchse und elastisches Lagerelement haftend miteinander
verbunden werden und zudem das Lager in einem Schritt gefertigt
werden kann.
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Nachteilig
bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Rundlagern ist Ausschuss,
der sich bei nicht spezifikationsgerechter Verschäumung des Polyurethanelastomers
ergibt. In diesen Fälle
muss nicht nur das Elastomerbauteil, sondern mit diesem auch der
Einleger, d.h. die Innenbuchse verworfen werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es somit, ein Verfahren zur Herstellung
von Verbundelementen, bevorzugt Rundlagern und/oder Dämpferlagern,
insbesondere Dämpferlagern
enthaltend (i) Metall und/oder harten, kompakten Kunststoff, bevorzugt
Metall, sowie, bevorzugt haftend verbunden, besonders bevorzugt
verklebt mit (i), Polyurethan (ii), bevorzugt mikrozelliges Polyurethanelastomer
(ii) zu entwickeln, bei dem der wirtschaftliche Nachteil der konventionellen
Fertigung vermindert wird, um so den Markt für niedrigpreisigere Bauteile
auszudehnen. Außerdem
sollten die Verbundelemente, insbesondere die Dämpferlager und/oder Rundlager
möglichst
einheitliche Eigenschaften aufweisen, d.h. ein enges Spezifikationsfenster
insbesondere bezüglich der
mechanischen und dynamischen Eigenschaften der Lagerelementes erfüllen. Des
weiteren sollte der gesamte Herstellprozess wirtschaftlich optimiert
werden, insbesondere der Fixkostenanteil reduziert werden. Dieses
neue Verfahren sollte insbesondere für Dämpferlager und/oder Rundlager,
die in Automobilen oder Lastkraftwagen zum Einsatz kommen, dort insbesondere
Rundlager, deren Außenbuchse
an der Karosserie befestigt werden oder Teil der Karosserie sind,
oder Dämpferlager,
an deren Einleger die Kolbenstange eines Stoßdämpfers befestigt ist, in Frage kommen.
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Diese
Aufgabe konnte durch das eingangs dargestellten erfindungsgemäße Verfahren
und die hohlen bevorzugt zylindrischen Formkörper gelöst werden. Dabei können bevorzugt
die Stirnseite, Mantelfläche
und/oder Oberfläche
des Hohlraums, bevorzugt Stirnseite und/oder Oberfläche des
Hohlraums, des zylindrischen Formkörpers mittels trennender Verfahren
bearbeitet sein. Besonders bevorzugt ist die Oberfläche des
Hohlraums mittels spanender Trennverfahren bearbeitet. Erfindungsgemäß bevorzugt
sind zylindrische Formkörper,
bei denen die Stirnseiten eine unebene, d.h. in axialer Richtung
unterschiedliche Ausdehnung, bevorzugt wellige Kontur aufweist.
Entsprechende Konturen sind in der DE-A 102 29 287 offenbart.
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Zylindrische,
hohle Formkörper
auf der Basis von Polyurethanelastomeren werden in Formen hergestellt
und weisen als Integralschaumstoffe nach der Fertigung eine kompakte
Haut sowie einen zelligen Kern auf. Die erfindungsgemäßen Formkörper unterscheiden
sich von diesen bekannten Verfahrensprodukten dadurch, dass die
Integralschaumformkörper
mittels der trennenden Bearbeitungsverfahren derart bearbeitet werden,
dass man zumindest teilweise die kompakte Haut der Integralschaumstoffe und
gegebenenfalls einen Teil des zelligen Kernwerkstoffes entfernt.
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Zwei
erfindungsgemäße Formkörper sind beispielhaft
in den 1 und 2 dargestellt. Dabei beschreibt 2 einen
Formkörper,
bei dem die Stirnseite die bevorzugte wellenförmige Ausgestaltung aufweisen.
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Unter
den Ausdrücken
trennende Bearbeitung oder trennende Bearbeitungsverfahren sind "trennende Fertigungsverfahren", insbesondere trennende
Fertigungsverfahren nach DIN 8580 zu verstehen, bevorzugt Schneidverfahren
oder Sägeverfahren.
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Besonders
bevorzugt kommen Dreh-, Fräs- und
Abstechverfahren in Betracht.
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Die
erfindungsgemäßen Formkörper und das
erfindungsgemäße Verfahren
bieten den erheblichen Vorteil, dass eine Vielzahl von einzelnen Schäumverfahren
zur Herstellung der Polyurethanelastomere mit dem entsprechenden
Aufwand bezüglich
der sehr kostenintensiven Formen und der Anlage reduziert wird auf
sehr wenige Verschäumungen größere Polyurethanformkörper reduziert.
Außerdem kann
durch das erfindungsgemäße Verfahren
der Ausschuss an wertvollen Ausgangsmaterialien deutlich vermindert
werden, da das Polyurethanelastomer nicht direkt an die Einleger
(v) oder die die Innenbuchse (i) angeschäumt wird. Bei Problemen beim Verschäumen muss
somit nicht der Einleger (v) oder die Innenbuchse (i) zusammen mit
der Elastomerbauteil verworfen werden.
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Weitere
Vorteile bestehen darin, dass die Toleranz der Bauteileigenschaften
reduziert werden kann und dass eine strikte Trennung der Produktion des
zelligen PU-elastomers und der weiteren Wertschöpfungsprozesse erfolgen kann.
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Diese
erfindungsgemäßen Vorteile
sind nicht beschränkt
auf bestimmte Konstruktionen, bei denen die eingesetzten Polyurethanelastomere
als Dämpfungselemente
wirken, z.B. Dämpferlager,
die insbesondere im Automobilfahrwerk zum Einsatz kommen oder Rundlagern.
Die erfindungsgemäßen Formkörper bieten
allgemein den Vorteil, dass aufgrund des präzisen Zuschnitts die funktionalen
Oberflächen
des Formkörpers,
d.h. die Oberflächen,
die mit anderen Bauteilen in Kontakt stehen oder kommen, besser und
flexibler auf den Einsatz abgestimmt werden können.
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Ein
weiterer Vorteil besteht in der präzisen Fertigung des Elastomerbauteils
durch das trennende Fertigungsverfahren, insbesondere das Schneiden
oder Sägen.
Dies war sehr überraschend,
da gerade Fräs-
und Drehvorgänge
an elastischen Bauteilen üblicherweise
schwierig durchzuführen
sind.
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Besonders
bevorzugt sind Dämpferlager,
bei denen ein Einleger von dem zylindrischen hohlen Formkörper in
axialer und radialer Richtung umfasst wird. Bevorzugt kann der Einleger
eine mittige Bohrung aufweisen, in der bevorzugt die Kolbenstange eines
Automobilstoßdämpfers fixiert
werden kann, und der zylindrische Formkörper den äußeren Rand des Einlegers (v)
oberhalb, unterhalb und seitlich umfasst. An dem Einleger (v) kann
bevorzugt die Kolbenstange des Stoßdämpfers verschraubt werden, was
bevorzugt dazu führt,
dass auftretende Kräfte des
Stoßdämpfers über das
Lagerelement gedämpft in
die Karosserie gehen. Der Einleger (v) kann wie auch die Innenbuchse
(i) auf allgemein bekannten bevorzugt harten Materialien basieren,
beispielsweise Metall oder harten Kunststoffen, z.B. thermoplastischem
Polyurethan, Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol oder
bevorzugt Polyoxymethylen, besonders bevorzugt Metallen, insbesondere Stahl
oder Aluminium. Der äußere Durchmesser
des Einlegers (v) beträgt
bevorzugt zwischen 30 mm und 90 mm, besonders bevorzugt zwischen
15 mm und 60 mm.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
sind auch Automobile enthaltend Dämpfungselemente, wobei als Dämpfungselemente
in dem Automobil die erfindungsgemäßen Formkörper, Rundlager und/oder Dämpferlager
vorliegen.
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Die
erfindungsgemäßen Polyurethanelastomere
sind allgemein bekannt und vielfältig
beschrieben. 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 Fettsäuresulfonate.
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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.