DE102010028391A1

DE102010028391A1 - Dämpfungselement mit Befestigungsmittel

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Publication number: DE102010028391A1
Application number: DE201010028391
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2011-11-03
Also published as: WO2011135023A2; WO2011135023A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dämpfungselement umfassend mindestens ein Befestigungsmittel sowie ein Federelement auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, die fest miteinander verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Dämpfungselemente sowie deren Verwendung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dämpfungselement umfassend mindestens ein Befestigungsmittel sowie ein Federelement auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, die fest miteinander verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Dämpfungselemente sowie deren Verwendung.
Dämpfungselemente, bei denen ein Befestigungsmittel und ein Federelement fest miteinander verbunden sind, sind bekannt und in der Deutschen Norm DIN 95364 beschrieben. Als Befestigungsmittel werden dabei Bauteile aus Metall eingesetzt, die ein Innengewinde oder ein Außengewinde aufweisen. Sie sind mit einer dünnen, meist kreisrunden Auflage versehen, auf die zur Herstellung des Dämpfungselements das Federelement aus Gummi vulkanisiert wird. Die Eigenschaften derartiger Dämpfungselemente sind durch die Gummimischung bestimmt und unterliegen den bekannten Beschränkungen, beispielsweise im Hinblick auf die Härte des Gummis. Üblicherweise reicht das Härte-Spektrum der Gummimischungen von Shore 45A bis Shore 65A, in Einzelfällen auch minimal bis Shore 40A. Dabei besteht allerdings die Gefahr, dass im Laufe der Zeit die zugesetzten Weichmacher entweichen und das Material versprödet und somit härter wird. Geringere Härten sind kaum produzierbar, größere Einfederungen lassen sich nur durch einen höheren Aufbau der Gummielemente erreichen. Dies wiederum führt aufgrund seitlicher Instabilität zu einer schlechteren Führung der zu lagernden Aggregate.
Weiterhin sind Dämpfungselemente bekannt, deren Federelement aus zellelastischem Werkstoff gefertigt ist, und die mittels eines Befestigungsmittels an einem weiteren Bauteil befestigt werden können. Das Gebrauchsmuster DE 7512822 U beschreibt ein derartiges Dämpfungselement, das eine Lagerplatte mit Durchbrechungen und Stegen aufweist, auf die das Federelement aufgeschäumt wird. Diese Konstruktion weist zwar im Vergleich zu Dämpfungselementen auf Basis von Gummi verbesserte Dämpfungseigenschaften auf, ist aber mit dem Nachteil einer aufwändigen Konstruktion und Mindestvolumina zum Durchschäumen der Durchbrechungen behaftet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Dämpfungselement bereitzustellen, das gegenüber Bauteilen auf Basis von Gummi verbesserte Dämpfungseigenschaften besitzt, einfach in der Konstruktion und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst, wie er in Anspruch 1 wiedergegeben ist. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements sind in den Ansprüchen 10 bis 13 angegeben. Verwendungen des Erfindungsgegenstandes geben die Ansprüche 14 und 15 wieder.
Ein erfindungsgemäßes Dämpfungselement umfasst mindestens ein Befestigungsmittel sowie mindestens ein Federelement auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten. Als Befestigungsmittel können Bauteile mit oder ohne Gewinde eingesetzt werden wie Schrauben, Muttern, Stifte oder Bolzen. Bevorzugt kommen Standard- oder Norm-Bauteile zum Einsatz. Bei Schrauben und Muttern sind solche besonders bevorzugt, die eine Vierkant-, Sechskant- oder Achtkant-Außenkontur aufweisen, insbesondere eine Sechskant-Außenkontur. Die Befestigungsmittel können aus hartem Kunststoff wie Polyamid gefertigt sein. Sie können auch aus Metallen gefertigt sein wie Stahl oder Edelstahl, mit oder ohne Beschichtung.
Als Federelement wird erfindungsgemäß ein zelliges Polyisocyanat-Polyadditionsprodukt eingesetzt. Zellig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Zellen bevorzugt einen Durchmesser von 0,01 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt von 0,01 mm bis 0,15 mm aufweisen. Elastomere auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Poly-additionsprodukten und ihre Herstellung sind allgemein bekannt und vielfältig beschrieben, beispielsweise in EP 62 835 A1 , EP 36 994 A2 , EP 250 969 A1 , EP 1 171 515 A1 , DE 195 48 770 A1 und DE 195 48 771 A1 .
Befestigungsmittel und Federelement sind durch Verbindungsmittel fest miteinander verbunden. Verbindungsmittel werden vorteilhaft ausgewählt aus der Gruppe der Gießharze, kompakten Polyurethan-Systeme oder geschäumten Polyurethan-Systeme. Beispiele für Verbindungsmittel sind Kompaktgießharze, Hartintegralsysteme, Duromersysteme sowie Elastomersysteme. Derartige Polyurethansysteme werden beispielsweise unter den Handelsnamen Elasturan, Elastocoat C, Elastolit D und Elastolit K vertrieben. Ein Verbindungsmittel kann auch mehrere Elemente der oben genannten Gruppen umfassen.
Bei den Verbindungsmitteln kann es sich auch um Systeme handeln, die faserverstärkt sind, beispielsweise mit Glasfasern oder Karbonfasern, oder die Füllstoffe enthalten. Vorzugsweise werden als Füllstoffe die an sich bekannten, üblichen organischen und anorganischen Füllstoffe, Verstärkungsmittel, Beschwerungsmittel, Mittel zur Verbesserung des Abriebverhaltens und dergleichen verwendet. Im einzelnen seien beispielhaft genannt: anorganische Füllstoffe wie silikatische Mineralien, beispielsweise Schichtsilikate wie Antigorit, Serpentin, Hornblenden, Amphibole, Chrisotil, Talkum; Metalloxide wie Kaolin, Aluminiumoxide, Titanoxide und Eisenoxide; Metallsalze wie Kreide, Schwerspat und anorganische Pigmente wie Cadmiumsulfid, Zinksulfid sowie Glas. Vorzugsweise verwendet werden Kaolin (China Clay), Aluminiumsilikat und Copräzipitate aus Bariumsulfat und Aluminiumsilikat sowie natürliche und synthetische faserförmige Mineralien wie Wollastonit, Metall- und insbesondere Glasfasern verschiedener Länge, die gegebenenfalls geschlichtet sein können. Als organische Füllstoffe kommen beispielsweise in Betracht: Russ, Melamin, Kollophonium, Cyclopentadienylharze und Pfropfpolymerisate sowie Cellulosefasern, Polyamid-, Polyacrylnitril-, Polyurethan-, Polyesterfasern auf der Grundlage von aromatischen und/oder aliphatischen Dicarbonsäureestern und insbesondere Kohlenstofffasern.
Die anorganischen und organischen Füllstoffe können einzeln oder als Gemische verwendet werden und sind im Verbundstoff vorzugsweise in Mengen von 0,5 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt von 1 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyurethans und des Füllstoffs enthalten.
Bevorzugt werden Federelement und Verbindungsmittel so gewählt, dass sie aufgrund ihrer Materialeigenschaften eine hochfeste chemische Verbindung eingehen und durch Stoffschluss verbunden sind. Die Verbindung zwischen Befestigungsmittel und Verbindungsmittel basiert bevorzugt auf Formschluss, indem das Verbindungsmittel einen Teil des Befestigungsmittels umgibt. Befestigungsmittel und Verbindungsmittel können auch alternativ oder zusätzlich stoffschlüssig miteinander verbunden sein, beispielsweise indem die Oberfläche des Befestigungsmittels mit einem Haftvermittler behandelt wird, bevor sie mit dem Verbindungsmittel in Kontakt gebracht wird.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung weist das Dämpfungselement zwei Befestigungsmittel auf, die auf gegenüberliegenden Seiten des Federelements angeordnet sind. Die Befestigungsmittel können vom gleichen Typ sein, beispielsweise zwei Schrauben oder zwei Muttern, sie können aber auch von unterschiedlichem Typ sein, z. B. auf der einen Seite eine Schraube und auf der anderen Seite eine Mutter. Die beiden Befestigungsmittel können gleich groß sein oder denselben Gewindedurchmesser aufweisen, sie können aber auch unterschiedlich groß sein oder unterschiedliche Gewindedurchmesser besitzen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Dämpfungselement zwei oder mehr Befestigungsmittel, die auf derselben Seite des Federelements angeordnet sind. Eine derartige Anordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Auflagefläche des Dämpfungselements in eine oder mehrere Raumrichtungen ausgedehnt ist. Ein Beispiel ist ein längliches Dämpfungselement, das in der Nähe der am weitesten entfernten Enden jeweils ein Befestigungsmittel aufweist.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Befestigungsmittel einen Kopf auf, dessen Außendurchmesser bevorzugt von 5,5 mm (M3) bis 46 mm (M30), besonders bevorzugt von 5,5 mm (M3) bis 24 mm (M16), insbesondere von 7 mm (M4) bis 17 mm (M10) beträgt. Als Außendurchmesser ist dabei die Schlüsselweite zu verstehen, die dem Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten eines Vierkant-, Sechskant- oder Achtkant-Profils entspricht. Das Befestigungsmittel kann ausschließlich aus dem Kopf bestehen wie im Fall einer Mutter, die einen Kopf mit Innengewinde darstellt. Das Befestigungsmittel kann aber auch weitere Bestandteile aufweisen wie im Fall einer Schraube, bei der an den Kopf ein Schaft anschließt, der seinerseits mit einem Außengewinde versehen ist. Die oben in Klammern angegebenen Werte beziehen sich auf die Nenndurchmesser der Gewinde für die jeweilige Schlüsselweite, z. B. Nenndurchmesser M3 für die Schlüsselweite 5,5 mm. Bevorzugt weist der Kopf eine Höhe von 2 mm bis 19 mm, besonders bevorzugt von 2 mm bis 10 mm, insbesondere von 2,5 mm bis 7 mm auf. Die bevorzugten Wertebereiche für die Höhe des Kopfes gelten auch für Befestigungsmittel wie Bolzen oder Stifte, die keinen ausgeprägten Kopf aufweisen. Bei solchen Befestigungsmitteln wird im Rahmen der Erfindung unter dem Kopf ein Ende des Befestigungsmittels verstanden.
Das Federelement kann in seiner äußeren Form der Form der Oberfläche des Befestigungsmittels entsprechen, auf der es befestigt ist, beispielsweise einer Sechskant-Form im Fall einer Mutter oder Schraube. Bevorzugt ist der Außendurchmesser des Federelements größer als der des Befestigungsmittels. Bei einem nicht kreisförmigen Querschnitt ist unter dem Außendurchmesser des Federelements der größte Abstand zwischen zwei parallelen Seiten zu verstehen, z. B. eines Rechtecks, Quadrats, Sechsecks oder Achtecks. Der Außendurchmesser des Federelements beträgt bevorzugt von 6,5 mm bis 70 mm, besonders bevorzugt von 10 mm bis 60 mm, insbesondere von 10 mm bis 50 mm. Die Höhe des Federelements beträgt bevorzugt von 3 mm bis 60 mm, besonders bevorzugt von 5 mm bis 50 mm, insbesondere von 10 mm bis 40 mm.
Erfindungsgemäß stellt ein Verbindungsmittel eine feste Verbindung zwischen einem Befestigungsmittel und einem Federelement her. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Außendurchmesser des Federelements größer als der Außendurchmesser mindestens eines Befestigungsmittels. Das Verbindungsmittel ist auf das Federelement in einer Höhe aufgetragen, dass es umfangsseitig den Kopf des Befestigungsmittels zumindest teilweise umschließt. Wie hoch der Kopf umfangsseitig umschlossen wird, richtet sich nach den zu erwartenden Belastungen, denen das Dämpfungselement standhalten soll. Wird beispielsweise das Dämpfungselement überwiegend senkrecht zur Auflagefläche von Befestigungsmittel und Federelement belastet, ist eine seitliche, also umfangsseitige Halterung von untergeordneter Bedeutung. Ist hingegen auch mit einer Belastung parallel zur Auflagefläche zwischen Befestigungsmittel und Federelement zu rechnen, sollte der Kopf des Befestigungsmittels umfangsseitig ausreichend durch Verbindungsmittel gestützt sein. Bevorzugt wird der Kopf des Befestigungsmittels umfangsseitig von 0,1 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere von 1 mm bis 3 mm umschlossen.
Besonders bevorzugt umschließt das auf das Federelement aufgebrachte Verbindungsmittel umfangsseitig den Kopf des mindestens einen Befestigungsmittels vollständig und überragt ihn in einer Höhe von 0 mm bis 10 mm, weiterhin bevorzugt von 0 mm bis 5 mm, insbesondere von 0 mm bis 3 mm vom Federelement weg gerichtet. Ein Wert von 0 mm bedeutet, dass die Stirnseite des Kopfes mit dem Verbindungsmittel eine ebene Fläche bildet. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei Muttern als Befestigungsmittel vorteilhaft. Ein Wert größer null bedeutet, dass im Fall einer Mutter als Befestigungsmittel die Stirnseite der Mutter unterhalb der Verbindungsmitteloberfläche liegt. Im Fall einer Schraube bedeutet ein Wert größer null, dass auch der Schaft der Schraube teilweise von Verbindungsmittel umschlossen ist. Bei einer Ausführungsform, bei der der Kopf des Befestigungsmittels umfangsseitig vollständig umschlossen ist, wird durch das erstarrte Verbindungsmittel eine Auflagefläche gebildet, die insbesondere dann Vorteile bietet, wenn das Dämpfungselement nach der Befestigung an einem zu dämpfenden Bauteil oder Aggregat vollflächig anliegen soll.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Federelement und dem Befestigungsmittel eine Verbindungsmittelschicht vorhanden, deren Höhe bevorzugt von 0,1 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere von 1 mm bis 3 mm beträgt. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn der Außendurchmesser des Federelements kleiner oder gleich dem Außendurchmesser des Befestigungsmittels ist, da in einem solchen Fall der Kopf des Befestigungsmittels umfangsseitig nicht umfasst werden kann. Weiterhin weist diese Ausführungsform Vorteile auf, wenn das Dämpfungselement Druckbelastungen senkrecht zur Auflagefläche von Befestigungsmittel und Federelement ausgesetzt ist. In diesem Fall verringert oder verhindert die Verbindungsmittelschicht ein Eindrücken des Kopfes des Befestigungsmittels in das Federelement. Die Höhe der Verbindungsmittelschicht zwischen Federelement und Befestigungsmittel sowie die Art des Verbindungsmittels werden vorteilhaft so gewählt, dass sie den zu erwartenden Druckbelastungen standhält.
Weiterhin bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der sowohl eine Verbindungsmittelschicht zwischen Federelement und Befestigungsmittel vorhanden ist, als auch der Kopf des Befestigungsmittels umfangsseitig zumindest teilweise umschlossen wird. Dabei beträgt die Höhe der Verbindungsmittelschicht zwischen Federelement und Befestigungsmittel bevorzugt von 0,1 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere von 1 mm bis 3 mm, und der Kopf des Befestigungsmittels wird umfangsseitig bevorzugt von 0,1 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere von 1 mm bis 3 mm umschlossen. Weiterhin bevorzugt umschließt das auf das Federelement aufgebrachte Verbindungsmittel umfangsseitig den Kopf des mindestens einen Befestigungsmittels vollständig und überragt ihn in einer Höhe von 0 mm bis 10 mm, weiterhin bevorzugt von 0 mm bis 5 mm, insbesondere von 0 mm bis 3 mm. Die gesamte Schichtdicke des auf das Federelements aufgetragenen Verbindungsmittels beträgt dabei bevorzugt von 2 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt von 2 mm bis 11 mm, insbesondere von 2,8 mm bis 8 mm.
Bei einer Ausführungsform mit zwei Befestigungsmitteln auf gegenüberliegenden Seiten des Federelements können die Befestigungsmittel auf dieselbe Art mit dem Federelement verbunden sein. Sie können aber auch auf unterschiedliche Arten mit dem Federelement verbunden sein, beispielsweise ein Befestigungsmittel mit Kontakt zum Federelement und das andere über eine Verbindungsmittelschicht zwischen Federelement und Befestigungsmittel.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dämpfungselemente werden zunächst die Federelemente bereitgestellt. Verfahren zur Herstellung von Federelementen auf Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten sind bekannt.
Bevorzugt haben die zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte mindestens eine der folgenden Materialeigenschaften: eine Dichte nach DIN EN ISO 845 zwischen 200 bis 1100 kg/m³, bevorzugt zwischen 270 und 900 kg/m³, eine Zugfestigkeit nach DIN EN ISO 1798 von ≥ 2,0 N/mm², bevorzugt > 4 N/mm², besonders bevorzugt zwischen 2 und 8 N/mm², eine Bruchdehnung nach DIN EN ISO 1798 von ≥ 200%, bevorzugt ≥ 230%, besonders bevorzugt zwischen 300 bis 700% und/oder eine Weiterreißfestigkeit nach DIN ISO 34-1 B (b) ≥ 6 N/mm, bevorzugt ≥ 8 N/mm, besonders bevorzugt ≥ 10 N/mm. In weiter bevorzugten Ausführungsformen besitzt das zellige Polyisocyanat-Polyadditionsprodukt zwei, weiter bevorzugt drei dieser Materialeigenschaften, besonders bevorzugte Ausführungsformen besitzen alle vier der genannten Materialeigenschaften.
Die Herstellung erfolgt üblicherweise durch Umsetzung von Isocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die zelligen Polyurethanelastomeren, auf der Basis der Isocyanate Diisocyanatotoluol (TDI) und Naphthylendiisocyanat (NDI), ganz besonders bevorzugt auf der Basis von 2-,6-Diisocyanatotoluol (TODI) und 1-,5-Naphthylendiisocyanat (5-NDI) hergestellt.
Die Federelemente auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten 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 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 vorteilhaft 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 dicht schließendes Formwerkzeug gebracht werden.
Die Formteile sind nach bis zu 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.
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.
Federelemente können auch aus mehreren Lagen von Teil-Federelementen derselben oder unterschiedlicher Dichten zusammengesetzt sein, die untereinander stoffschlüssig verbunden sind, beispielsweise durch Kleben mit einem der oben genannten Verbindungsmittel.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Federelement in den Abmessungen bereitgestellt, in denen es im Dämpfungselement verbaut wird, und in einer Gießform vorgelegt. Ein Befestigungsmittel wird auf dem Federelement oder in vertikaler Richtung vom Federelement beabstandet positioniert. Ein Verbindungsmittel wird in der gewünschten Menge auf das Federelement aufgebracht, sodass zwischen Federelement und Befestigungsmittel eine dauerhafte Verbindung entsteht. Vorteilhaft ist die Menge so bemessen, dass der Kopf des Befestigungsmittels in vertikaler Richtung zumindest teilweise vom Verbindungsmittel umfasst wird. Nach Aushärten des Verbindungsmittels wird das Dämpfungselement aus der Gießform entnommen.
Die Dämpfungselemente können auf diese Art in Einzelfertigung hergestellt werden, was sich insbesondere für Spezial- oder Sonderteile anbietet. Für Standardteile ist es aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten meist vorteilhaft, eine große Menge an Dämpfungselementen gleichzeitig herzustellen. Dazu können die Herstellapparaturen so ausgerüstet sein, dass viele Dämpfungselemente parallel in entsprechenden Gießformen hergestellt werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform lassen sich die Herstellkosten weiterhin senken, indem die Federelemente nicht einzeln, sondern als Federelement-Platte hergestellt werden. Die Höhe der Platte entspricht dabei der Höhe des im Dämpfungselement zu verarbeitenden Federelements. Typische Längen und Breiten der Platte sind 1000 mm × 250 mm, 750 mm × 500 mm oder 500 mm × 250 mm. Mit herkömmlichen Mischköpfen lassen sich Volumina bis etwa 40 Liter problemlos schäumen.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Federelement-Platte in einer Gießform vorgelegt. Mehrere Befestigungsmittel werden auf der Platte oder in vertikaler Richtung von der Platte beabstandet positioniert, beispielsweise in einem Rahmen, der oberhalb der Platte gehalten wird. Ein Verbindungsmittel wird in der gewünschten Menge auf die Platte aufgebracht, sodass zwischen Federelement-Platte und Befestigungsmittel eine dauerhafte Verbindung entsteht. Vorteilhaft ist die Menge so bemessen, dass der Kopf des Befestigungsmittels in vertikaler Richtung zumindest teilweise vom Verbindungsmittel umfasst wird. Nach Aushärten des Verbindungsmittels werden die Dämpfungselemente erhalten, indem sie in der gewünschten Form aus der Platte geschnitten werden. Geeignete Schneidverfahren sind dem Fachmann bekannt. Ein vorteilhaftes Schneidverfahren stellt dabei das Wasserstrahlschneiden dar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens wird eine Federelement-Platte in einer Gießform vorgelegt. Anschließend wird ein Verbindungsmittel in einer Menge auf die Platte aufgebracht, dass die Schichtdicke des Verbindungsmittels in vertikaler Richtung bevorzugt von 2 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt von 2 mm bis 11 mm, insbesondere von 2,8 mm bis 8 mm beträgt. Mehrere Befestigungsmittel werden derart in das noch flüssige Verbindungsmittel positioniert, dass ihre Köpfe in vertikaler Richtung zumindest teilweise vom Verbindungsmittel umfasst werden. Nach Aushärten des Verbindungsmittels werden die Dämpfungselemente durch Schneiden aus der Platte erhalten wie oben beschrieben.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung betrifft Dämpfungselemente, die auf beiden Seiten des Federelements Befestigungsmittel aufweisen. Zu ihrer Herstellung kann zunächst wie oben beschrieben verfahren werden, sodass ein Befestigungsmittel mit einer Seite des Federelements fest verbunden ist. Anschließend kann das halbseitig fertig gestellte Dämpfungselement aus der Gießform entnommen werden und in vertikaler Richtung umgekehrt in dieselbe oder eine andere Gießform eingesetzt werden, um danach die oben bereits dargelegten Verfahrensschritte der Positionierung der Befestigungsmittel, des Ausgießens mit Verbindungsmittel sowie Aushärten und Entnahme aus der Gießform durchzuführen.
Werden die Dämpfungselemente aus einer Federelement-Platte hergestellt, so wird vorteilhaft zunächst die Platte einseitig mit Befestigungsmitteln bestückt und verbunden, anschließend nach Aushärtung des Verbindungsmittels die Platte aus der Gießform entnommen und in vertikaler Richtung umgekehrt in dieselbe oder eine andere Gießform eingesetzt. Danach werden die gleichen Verfahrensschritte der Positionierung der Befestigungsmittel, des Ausgießens mit Verbindungsmittel sowie des Aushärtens des Verbindungsmittels wie oben beschrieben durchlaufen. Abschließend werden die beidseitig bestückten Dämpfungselemente durch Schneiden aus der Platte erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren in seien unterschiedlichen Ausgestaltungen lässt sich vorteilhaft automatisieren, wodurch die Dämpfungselemente kostengünstig hergestellt werden können.
Die Art der erfindungsgemäßen Verbindung von Federelement und Befestigungsmittel bewirkt, dass die Reibung zwischen Federelement und Befestigungsmittel deutlich reduziert oder gänzlich vermieden wird, was sich vorteilhaft auf die Lebensdauer auswirkt und zu einer geringeren dynamischen Versteifung der Dämpfungselemente führt. Die Ausführungsform mit vollständig umschlossenem Kopf weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass das Befestigungsmittel im eingebauten Zustand vor schädlichen Umgebungseinflüssen wie Korrosion weitestgehend geschützt ist.
Gegenüber herkömmlichen Gummi-Metall-Elementen lassen sich mit erfindungsgemäßen Dämpfungselementen geringere Steifigkeiten erzielen. Dadurch können auch Aggregate mit geringerem Gewicht, beispielsweise ab 100 Gramm, wirkungsvoll entkoppelt werden. Die ausgeprägt progressive Federungscharakteristik wirkt überproportionalen Auslenkungen des zu lagernden Aggregats entgegen. Bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Dämpfungselemente in einem Automobil lässt sich durch eine Verringerung von Vibrationen und Geräuschen der Komfort verbessern oder auf Schlechtwegestrecken die zulässigen Auslenkungen des zu lagernden Aggregats reduzieren. Zudem erlauben die gegenüber Gummi höheren Einfederungsraten des zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukts die Realisierung von kleineren Gesamthöhen der Dämpfungselemente, wodurch sich neue Gestaltungsmöglichkeiten bezüglich des Bauraums eröffnen.
Die erfindungsgemäßen Dämpfungselemente lassen sich vorteilhaft zur Lagerung von Aggregaten und Bauteilen in Fahrzeugen und Industrieanwendungen einsetzen, beispielsweise von Aggregaten, die aufgrund von translatorischen oder rotatorischen Bewegungen Schwingungen oder Geräusche verursachen, wie Pumpen, Turbinen, Verbrennungsmotoren, Elektromotoren, Kompressoren, Gebläse, Lüfter oder Getriebe. Ein Beispiel ist die Lagerung von Lüftern in Fahrzeugen, ein weiteres die Lagerung eines Kompressors in einem Kühlschrank. Derartige Aggregate können beispielsweise auf drei oder vier Dämpfungselementen mittels Schrauben und/oder Muttern am Aggregat und an der Befestigungsfläche fixiert werden.
Weiterhin lassen sich mittels der erfindungsgemäßen Dämpfungselemente schwingungsempfindliche Bauteile vorteilhaft lagern, um sie vor Erschütterungen oder Schwingungen zu schützen. Ein Beispiel hierfür ist die Lagerung von sensiblen elektronischen Bauteilen wie ABS oder ESP in einem Automobil.
Die Dämpfungselemente können auch die Funktion eines Anschlagpuffers oder eines reinen Federelements übernehmen.
Beispiel
Die 1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements mit einem Federelement 10, einem ersten Befestigungsmittel 20, einem zweiten Befestigungsmittel 22, sowie einer ersten Verbindungsmittelschicht 30 und einer zweiten Verbindungsmittelschicht 32. Das Dämpfungselement weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist rotationssymmetrisch zu seiner Längsachse.
Die 2 stellt einen maßstäblichen Längsschnitt durch das Dämpfungselement dar, wobei der Durchmesser des Federelements 30 mm und seine Höhe 20 mm betragen. Als erstes Befestigungsmittel 20 wird eine handelsübliche Sechskantschraube eingesetzt. Zwischen Federelement 10 und dem Kopf der Schraube 20 ist eine Verbindungsmittelschicht vorhanden, um bei einem axialen Druck auf das Dämpfungselement ein Eindrücken des Kopfes in das Federelement zu reduzieren. Das Verbindungsmittel umschließt den Kopf der Schraube 20 umfangsseitig vollständig und überragt ihn, sodass auch ein Teil des Schraubenschaftes von Verbindungsmittel eingeschlossen ist. Auf der der Schraube 20 gegenüberliegenden Seite des Federelements 10 befindet sich eine handelsübliche Sechskantmutter als zweites Befestigungsmittel 22. Auch zwischen Federelement 10 und Mutter 22 ist eine Verbindungsmittelschicht vorhanden, um ein Eindrücken des Kopfes bei axialer Druckbelastung zu verringern. Das Verbindungsmittel 32 ist auf dieser Seite in einer Höhe aufgetragen, dass der Kopf des zweiten Befestigungsmittels 22 umfangsseitig vollständig umschlossen, aber nicht überragt wird.
Die axial vom Federelement 10 weg weisenden Oberflächen der Verbindungsmittelschichten bilden jeweils eine ebene Auflagefläche, mit der das Dämpfungselement nach der Befestigung an einem zu dämpfenden Bauteil oder Aggregat vollflächig anliegt. Das dargestellte Dämpfungselement eignet sich besonders zur Schwingungsentkopplung zwischen zwei Bauteilen, bei denen ein Außengewinde und ein Innengewinde zur Befestigung benötigt werden.
Die 3 zeigt denselben Längsschnitt durch das Dämpfungselement wie 2, ergänzt um Maßangaben in der Einheit Millimeter. Bei dem ersten Befestigungselement handelt es sich um eine Schraube nach DIN 934 M4 × 16, bei dem zweiten Befestigungselement um eine Mutter nach DIN 934 M4. Die Dicke der Verbindungsmittelschicht zwischen Schraubenkopf und Federelement beträgt 1 mm, der Schaft der Schraube wird in einer Höhe von 0,9 mm von dem Verbindungsmittel umschlossen. Die Dicke der Verbindungsmittelschicht zwischen Mutter und Federelement beträgt in diesem Beispiel 1,3 mm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 7512822 U [0003]
EP 62835 A1 [0007]
EP 36994 A2 [0007]
EP 250969 A1 [0007]
EP 1171515 A1 [0007]
DE 19548770 A1 [0007]
DE 19548771 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Deutschen Norm DIN 95364 [0002]
DIN EN ISO 845 [0022]
DIN EN ISO 1798 [0022]
DIN EN ISO 1798 [0022]
DIN ISO 34-1 B (b) [0022]
H. Piechota und H. Röhr in „Integralschaumstoffe”, Carl Hanser-Verlag, München, Wien 1975 [0032]
D. J. Prepelka und J. L. Wharton in Journal of Cellular Plastics, März/April 1975, Seiten 87 bis 98 [0032]
U. Knipp in Journal of Cellular Plastics, März/April 1973, Seiten 76–84 [0032]
DIN 934 M4 [0050]
DIN 934 M4 [0050]

Claims

Dämpfungselement umfassend mindestens ein Befestigungsmittel (20, 22) sowie ein Federelement (10) auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungsmittel (20, 22) und Federelement (10) durch Verbindungsmittel (30, 32) fest miteinander verbunden sind.
Dämpfungselement nach Anspruch 1, wobei Federelement (10) und Verbindungsmittel (30, 32) durch Stoffschluss, Befestigungsmittel (20, 22) und Verbindungsmittel (30, 32) durch Form- und/oder Stoffschluss verbunden sind.
Dämpfungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das oder die Befestigungsmittel (20, 22) ausgewählt sind aus der Gruppe von Schrauben, Muttern, Stiften oder Bolzen.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kopf des oder der Befestigungsmittel (20, 22) einen Außendurchmesser von Schlüsselweite 5,5 mm bis 46 mm, bevorzugt von Schlüsselweite 5,5 mm bis 24 mm, insbesondere von Schlüsselweite 7 mm bis 17 mm, sowie eine Höhe von 2 mm bis 19 mm, bevorzugt von 2 mm bis 10 mm, insbesondere von 2,5 mm bis 7 mm aufweist.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Federelement (10) einen Außendurchmesser von 6,5 mm bis 70 mm, bevorzugt von 10 mm bis 60 mm, insbesondere von 10 mm bis 50 mm, sowie eine Höhe von 3 mm bis 60 mm, bevorzugt von 5 mm bis 50 mm, insbesondere von 10 mm bis 40 mm aufweist.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Außendurchmesser des Federelements (10) größer ist als der Außendurchmesser mindestens eines Befestigungsmittels (20, 22), das auf das Federelement (10) aufgebrachte Verbindungsmittel (30, 32) umfangsseitig den Kopf des mindestens einen Befestigungsmittels (20, 22) vollständig umschließt und ihn in einer Höhe von 0 mm bis 10 mm, bevorzugt von 0 mm bis 5 mm, insbesondere von 0 mm bis 3 mm vom Federelement (10) weg gerichtet überragt.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schichtdicke des Verbindungsmittels (30, 32) zwischen Federelement (10) und dem Kopf mindestens eines Befestigungsmittels (20, 22) von 0,1 mm bis 10 mm, bevorzugt von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere von 1 mm bis 3 mm beträgt.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verbindungsmittel (30, 32) ein oder mehrere Elemente umfasst, ausgewählt aus der Gruppe der Gießharze, kompakten Polyurethan-Systeme, geschäumten Polyurethan-Systeme und/oder faserverstärkten Polyurethan-Systeme.
Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das zwei Befestigungsmittel (20, 22) und ein Federelement (10) umfasst, wobei die Befestigungsmittel (20, 22) auf gegenüberliegenden Seiten oder auf derselben Seite des Federelements (10) angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung von Dämpfungselementen umfassend mindestens ein Befestigungsmittel (20, 22) sowie ein Federelement (10) auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten dadurch gekennzeichnet, dass (a) das Federelement (10) in einer Gießform vorgelegt wird, (b) ein Befestigungsmittel (20, 22) auf dem Federelement (10) oder in vertikaler Richtung vom Federelement (10) beabstandet positioniert wird, (c) ein Verbindungsmittel (30, 32) in einer Menge auf das Federelement (10) aufgebracht wird, dass der Kopf des Befestigungsmittels (20, 22) in vertikaler Richtung zumindest teilweise vom Verbindungsmittel (30, 32) umschlossen wird, und (d) das Dämpfungselement nach Aushärten des Verbindungsmittels (30, 32) aus der Gießform entnommen wird.
Verfahren zur Herstellung von Dämpfungselementen, jeweils mindestens ein Befestigungsmittel (20, 22) sowie ein Federelement (10) auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten umfassend, dadurch gekennzeichnet, dass (a) eine Federelement-Platte in einer Gießform vorgelegt wird, (b) die Befestigungsmittel (20, 22) auf die Platte oder in vertikaler Richtung von der Platte beabstandet positioniert werden, (c) ein Verbindungsmittel (30, 32) in einer Menge auf die Platte aufgebracht wird, dass die Köpfe der Befestigungsmittel (20, 22) in vertikaler Richtung zumindest teilweise vom Verbindungsmittel (30, 32) umschlossen werden, und (d) nach Aushärten des Verbindungsmittels (30, 32) die Dämpfungselemente durch Schneiden aus der Platte erhalten werden.
Verfahren zur Herstellung von Dämpfungselementen, jeweils mindestens ein Befestigungsmittel (20, 22) sowie ein Federelement (10) auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten umfassend, dadurch gekennzeichnet, dass (a) eine Federelement-Platte in einer Gießform vorgelegt wird, (b) ein Verbindungsmittel (30, 32) in einer Menge auf die Platte aufgebracht wird, dass die Schichtdicke des Verbindungsmittels (30, 32) in vertikaler Richtung von 2 mm bis 20 mm, bevorzugt von 2 mm bis 11 mm, insbesondere von 2,8 mm bis 8 mm beträgt; (c) die Befestigungsmittel (20, 22) derart in das noch flüssige Verbindungsmittel (30, 32) positioniert werden, dass ihre Köpfe in vertikaler Richtung zumindest teilweise vom Verbindungsmittel (30, 32) umfasst werden, und (d) nach Aushärten des Verbindungsmittels (30, 32) die Dämpfungselemente durch Schneiden aus der Platte erhalten werden.
Verfahren zur Herstellung von Dämpfungselementen, jeweils zwei Befestigungsmittel (20, 22) sowie ein Federelement (10) auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten umfassend, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Verfahrensschritte (a) bis (c) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 durchgeführt werden, anschließend nach Aushärten des Verbindungsmittels (30, 32) die halbseitig fertig gestellten Dämpfungselemente bzw. die Platte aus der Gießform entnommen werden, umgekehrt in dieselbe oder eine andere Gießform eingelegt werden, und die Verfahrensschritte (b) bis (d) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 durchgeführt werden.
Verwendung eines Dämpfungselementes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Lagerung von Aggregaten, die aufgrund von translatorischen oder rotatorischen Bewegungen Schwingungen oder Geräusche verursachen, wie Pumpen, Turbinen, Verbrennungsmotoren, Elektromotoren, Kompressoren, Gebläse, Lüfter oder Getriebe.
Verwendung eines Dämpfungselementes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Lagerung von schwingungsempfindlichen Bauteilen, um sie vor Erschütterungen oder Schwingungen zu schützen.