DE102004059244A1

DE102004059244A1 - Lagerelement, insbesondere Automobilfederbein

Info

Publication number: DE102004059244A1
Application number: DE102004059244A
Authority: DE
Inventors: Andreas Stockheim
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-14

Abstract

Lagerelement (i), enthaltend Kugellager, das zwischen Deckelelement (iii) und Bodenelement (iv) platziert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kugellager und Deckelelement (iii) und/oder dem Bodenelement (iv) ein zelliges Polyurethanelastomer (ii) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft bevorzugt zylindrische, besonders bevorzugt ringförmige, d.h. zylindrische, einen mittigen Durchbruch aufweisende Lagerelemente (i) enthaltend Kugellager, das zwischen Deckelelement (iii) und Bodenelement (iv) platziert ist, wobei zwischen dem Kugellager und Deckelelement (iii) und/oder dem Bodenelement (iv) ein zelliges Polyurethanelastomer (ii) angeordnet ist. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf Automobilfederbeine, bevorzugt McPherson-Federbeine, umfassend Stossdämpfer (xxv) mit Kolbenstange, die über ein Dämpferlager (xxx) direkt oder indirekt mit der Karosserie (xx) des Automobils verbunden ist, sowie Fahrzeugfeder (xv), bevorzugt Spiralfeder (xv), wobei zwischen Fahrzeugfeder (xv) und Karosserie (xx) des Automobils ein erfindungsgemäßes Lagerelement (i) angeordnet ist. Des weiteren betrifft die Erfindung Automobile, beispielsweise Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse, bevorzugt Automobilfahrwerke enthaltend die erfindungsgemäße Lagerelemente, insbesondere die erfindungsgemäßen Automobilfederbeine.

Federbeinsysteme für Automobilfahrwerke sind vielfältig bekannt. Eine besondere Bedeutung haben Federbeinkonstruktionen gewonnen, die nach ihrem Entwickler unter der Bezeichnung „McPherson" bekannt sind. Diese McPherson-Federbeine werden insbesondere an der Vorderachse von Automobilen mit Einzelradaufhängungen eingesetzt, wo sie das komplette Radaufhängungssystem darstellen. Üblicherweise sind diese Federbeine drehbar an der Karosserie gelagert. Am anderen Ende befindet sich der Achsschenkel, durch den der Radzapfen gesteckt ist, auf dem das Vorderrad läuft.

Problematisch bei den bestehenden Lösungen ist die Geräuschentwicklung, da die Abrollgeräusche und Fahrbahnanregungen über den Reifen an das Fahrwerk weitergeleitet werden und somit über den Pfad der Spiralfeder an die Karosserie übergeben werden. Dies führt zu einer Verschlechterung des Fahrkomforts. Des weiteren werden die schlecht gedämpften Eigenfrequenzen der Spiralfeder angeregt, was zu einer Erhöhung der Schwingungsamplituden in bestimmten Frequenzbereichen führt und ebenfalls zu einer Verschlechterung der Akustik beiträgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, eine Lagerung der Automobilfeder, insbesondere der Spiralfeder bevorzugt innerhalb eines Federbeins, besonders bevorzugt eines McPherson-Federbeins zu entwickeln, bei dem die Geräuschentwicklung reduziert wird.

Diese Aufgaben konnten durch die eingangs dargestellten Lagerelemente (i), insbesondere die erfindungsgemäßen Automobilfederbeine gelöst werden.

Mit Hilfe des Hybridlagers, d.h. des erfindungsgemäßen Lagerelementes (i) enthaltend das Kugellager und das Polyurethanelastomer (ii) in einem Bauteil kann eine bessere Entkopplung zwischen Feder und Karosserie erreicht werden, wodurch sich der Komfort bzgl. Akustik verbessert. Des weiteren wird durch Einsatz des Hybridlagers die Spiralfeder stärker gedämpft, was zu einem schnelleren Abklingen von angeregten Feder-Eigenschwingungen führt. Hybridlager bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Kugellager und das Polyurethanelastomer (ii) in einem Gehäuse, bevorzugt gekapselten Gehäuse, das durch das Deckelelement (iii) und das Bodenelement (iv) begrenzt wird, platziert sind. Diese Ausführungsform des Hybridlagers ist erfindungsgemäß besonders bevorzugt.

Die erfindungsgemäße Lagerung durch die zelligen Polyurethanelastomeren zeigt insbesondere die Vorteile, dass es kompressibel ist und die Möglichkeit bietet, zusammen mit einem Kugellager in einem gekapselten Gehäuse untergebracht zu werden.

Dabei lässt sich der erfindungsgemäße Einbau des Polyurethanelastomers zwischen Kugellager und den Außenteilen des Lagerelementes (i) auch in bestehende Konstruktionen integrieren und ist somit breit und einfach einsetzbar.

Das Deckelelement (iii) und das Bodenelement (iv) können einteilig oder mehrteilig aufgebaut sein. Diese beiden Bauteile bilden die Ober- bzw. Unterseite des Lagerelementes (i) und fixieren entsprechend des zwischen diesen Bauteilen (iii) und (iv) angeordnete Kugellager. Das Deckelelement kann bevorzugt im Falle der erfindungsgemäßen Federbeine fest mit der Karosserie des Automobils verbunden sein. Deckelelement (iii) und Bodenelement (iv) sind über das Kugellager bevorzugt gegeneinander drehbar verbunden. Das Bodenelement (iv) dient bevorzugt direkt als Auflage für die Fahrzeugfeder (xv), insbesondere die Spiralfeder (xv), wobei das Bodenelement (iv) bevorzugt mit dem Ende der Fahrzeugfeder (xv) verbunden ist. Besonders bevorzugt liegt die Fahrzeugfeder (xv) auf dem Bodenelement (iv) und wird durch eine beim Zusammenbau aufgebrachte Vorspannung gehalten.

Bevorzugt sind Lagerelemente (i), bei denen das Kugellager zwischen 3 und 50 Kugeln (vii) aufweist, die von einem oberen Element (v) und einem unteren Element (vi) umfasst werden, und bei denen das zellige Polyurethanelastomer (ii) zwischen dem oberen Element (v) und dem Deckelelement (iii) und/oder zwischen dem unteren Element (vi) und dem Bodenelement (iv) angeordnet ist.

Bevorzugt ist das zellige Polyurethanelastomer (ii) in den erfindungsgemäßen Lagerelementen (i) in axialer und/oder radialer Richtung zwischen dem Kugellager und dem Deckelelement (iii) und/oder dem Bodenelement (iv) angeordnet. Besonders bevorzugt ist das zellige Polyurethanelastomer (ii) in den erfindungsgemäßen Lagerelementen (i) sowohl in axialer als auch radialer Richtung, bevorzugt in äußerer radialer Richtung zwischen dem Kugellager und dem Deckelelement (iii) und/oder dem Bodenelement (iv) angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass sowohl in radialer als auch in axialer Richtung die Spiralfeder geführt wird und sowohl Läng- als auch Querschwingungen vom Polyurethanelastomer aufgenommen werden können.

Bevorzugt sind weiterhin Lagerelemente, bei denen zwischen Deckelelement (iii) und Bodenelement (iv) eine Dichtung vorliegt, bevorzugt eine Dichtlippe, die bevorzugt auf dem äußeren Umfang des Lagerelementes (i) zwischen Deckelelement (iii) und Bodenelement (iv) vorliegt, und die bevorzugt das zellige Polyurethanelastomer (ii) innerhalb des Lagerelementes (i) nach außen kapselt. Aufgrund die Dichtung kann das zellige Polyurethanelastomer (ii) sauber und einfach gegen Umwelteinflüsse gekapselt werden. Die Dichtung kann Teil des Deckelelements (iii) und/oder des Bodenelements (iv) sein oder auch an diese Elemente angebaut vorliegen. Die Dichtung basiert bevorzugt auf elastischen Materialien, beispielsweise Gummi.

Das zellige Polyurethanelastomer (ii) weist bevorzugt eine Höhe zwischen 5 mm und 15 mm und einen äußeren Durchmesser zwischen 60 mm und 150 mm auf.

Das Lagerelement (i) besitzt bevorzugt eine zylindrische, besonders bevorzugt ringförmige Form mit einem äußeren Durchmesser zwischen 90 mm und 160 mm und einer maximalen Höhe zwischen 10 mm und 70 mm.

Bevorzugt sind Automobilfederbeine, bei denen das Lagerelement (i) ringförmig um den Stossdämpfer (xxv) angeordnet ist. Bevorzugt sind weiterhin Automobilfederbeine, bei denen das Federbein durch das Kugellager des Lagerelementes (i) drehbar mit der Karosserie (xx) des Automobils verbunden ist.

Ein beispielhaftes, bevorzugtes erfindungsgemäßes Federbein ist in der 1 dargestellt. Erfindungsgemäße Lagerelemente (i) sind beispielhaft in den 2 und 3 dargestellt. Die erfindungsgemäßen Lagerelement (i) finden insbesondere wie bereits dargestellt Einsatz in den erfindungsgemäßen Federbeinen. Die Lagerelemente (i) können aber auch in anderen Anwendungen zum Einsatz kommen, z.B. Werkzeugmaschinen, Industriemaschinen oder sonstige industrielle Anwendungen.

Zu den einzelnen Elementen der erfindungsgemäßen Federkonstruktion ist ansonsten Folgendes auszuführen:
Das Kugellager, bevorzugt enthaltend das obere Element (v) und das untere Element (vi), sowie das Deckelelement (iii) und das Bodenelement (iv) können auf allgemein bekannten bevorzugt harten Materialien basieren, beispielsweise Metallen oder harten Kunststoffen, z.B. thermoplastischem Polyurethan, Polyamid, Polyethylen, Polypropy len, Polystyrol oder bevorzugt Polyoxymethylen, besonders bevorzugt Metallen, insbesondere Stahl oder Aluminium, ganz besonders bevorzugt Aluminium.

Stossdämpfer (xxv) mit Kolbenstange, Fahrzeugfeder (xv), bevorzugt Spiralfeder (xv) sind ebenfalls allgemein bekannt und vielfältig im Einsatz.

Zellige Polyurethanelastomere (ii) sind allgemein bekannt für andere Einsatzzwecke als die erfindungsgemäßen Lagerelemente und Federbeine. Als zellige Polyurethanelastomere, die ggf. Polyharnstoffstrukturen enthalten können, kommen besonders bevorzugt zellige Polyurethanelastomere mit einer Dichte nach DIN 53420 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 in frage. Bevorzugt als (ii) sind somit Elastomere 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 Fettsäuresulfonate.

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.

Bei dem zelligen Polyurethanelastomer (ii) handelt es sich bevorzugt um ein ringförmiges Formteil mit einer Höhe zwischen 5 mm und 15 mm, einem äußeren Durchmesser zwischen 60 und 150 mm und einem Durchmesser der Bohrung, der ausreichend ist, den Stoßdämpfer aufzunehmen. Dieses bevorzugte ringförmige Formteil kann in einer passenden Form bereits beim Verschäumen hergestellt werden. Alternativ ist es möglich, passende zellige Polyurethanelastomere aus vorgefertigten Schläuchen oder Zylindern zu schneiden und anschließend in den entsprechenden Bauraum einzufügen.

Claims

Lagerelement (i) enthaltend Kugellager, das zwischen Deckelelement (iii) und Bodenelement (iv) platziert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kugellager und Deckelelement (iii) und/oder dem Bodenelement (iv) ein zelliges Polyurethanelastomer (ii) angeordnet ist.
Lagerelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugellager zwischen 3 und 50 Kugeln (vii) aufweist, die von einem oberen Element (v) und einem unteren Element (vi) umfasst werden, und dass das zellige Polyurethanelastomer (ii) zwischen dem oberen Element (v) und dem Deckelelement (iii) und/oder zwischen dem unteren Element (vi) und dem Bodenelement (iv) angeordnet ist.
Lagerelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zellige Polyurethanelastomer (ii) sowohl in axialer als auch radialer Richtung zwischen dem Kugellager und dem Deckelelement (iii) und/oder dem Bodenelement (iv) angeordnet ist.
Lagerelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Deckelelement (iii) und Bodenelement (iv) eine Dichtung vorliegt.
Lagerelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zellige Polyurethanelastomer (ii) eine Höhe zwischen 5 mm und 15 mm und einen äußeren Durchmesser zwischen 60 mm und 150 mm aufweist.
Lagerelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (i) eine zylindrische Form aufweist mit einem äußeren Durchmesser zwischen 90 mm und 160 mm und einer maximalen Höhe zwischen 10 mm und 70 mm.
Automobilfederbein umfassend Stossdämpfer (xxv) mit Kolbenstange, die über ein Dämpferlager (xxx) mit der Karosserie (xx) des Automobils verbunden ist, sowie Fahrzeugfeder (xv), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Fahrzeugfeder (xv) und Karosserie (xx) des Automobils ein Lagerelement (i) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 angeordnet ist.
Automobilfederbein gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (i) ringförmig um den Stossdämpfer (xxv) angeordnet ist.
Automobilfederbein gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federbein durch das Kugellager des Lagerelementes (i) drehbar mit der Karosserie (xx) verbunden ist.