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Die Erfindung betrifft Rundlager enthaltend (i) bevorzugt
zylindrische Außenbuchse, (ii) zylindrisches Lagerelement auf der
Basis von zelligen 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, das bevorzugt von der Außenbuchse
umfasst wird, und (iii) hohle, bevorzugt zylindrische
Innenbuchse, die bevorzugt in dem Lagerelement (ii) positioniert ist.
Außerdem betrifft die Erfindung Automobile oder Lastkraftwagen
enthaltend die erfindungsgemäßen Rundlager. Des weiteren bezieht
sich die Erfindung auf Verfahren zur Herstellung von Rundlagern
enthaltend (i) Außenbuchse, (ii) zylindrisches Lagerelement auf
der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und
(iii) hohle Innenbuchse.
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Rundlager werden in Automobilen innerhalb des Fahrwerks verwendet
und sind allgemein bekannt. Mit Hilfe von Rundlagern werden im
Automobil Aggregate, 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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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Rundlager enthaltend
(i) Außenbuchse, (ii) zylindrisches Lagerelement auf der Basis
von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und (iii) hohle
Innenbuchse zu entwickeln, die eine verbesserte
Langzeitstabilität auch nach Dauerbelastung und gleichzeitiger
Medienbeanspruchung aufweisen.
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Diese Aufgabe konnte dadurch gelöst werden, dass die zwischen der
Außenbuchse (i) und der Innenbuchse (iii) befindliche Stirnseite,
die auch als Stirnfläche bezeichnet werden kann, des
Lagerelementes (ii) mit einem kompakten Polyisocyanat-Polyadditionsprodukt
(iv) versiegelt ist. Unter dem Ausdruck "Stirnseite" sind bei
zylinderförmigen Rundlagern nicht die Mantelfläche zu verstehen,
sondern die beiden Grundflächen (Stirnflächen der Zylinder) Diese
Stirnseiten des Lagerelementes liegen üblicherweise ungeschützt
vor, da nur die innere und äußere Mantelfläche des zylindrischen
Lagerelementen von der Innenbuchse (iii) bzw. der Außenbuchse (i)
abgedeckt sind.
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Unter dem Ausdruck "versiegelt" ist zu verstehen, dass das die
Oberfläche des Lagerelement (ii) zwischen der Außenbuchse (i) und
der Innenbuchse (iii) komplett von dem kompakten Polyisocyanat-
Polyadditionsprodukt abgedeckt ist. Bevorzugt haftet das kompakte
Polyisocyanat-Polyadditionsprodukt an der Außenbuchse (i), auf
der zu versiegelnden Oberfläche des Lagerelementes (ii) und der
Innenbuchse (iii). Damit wird erreicht, dass das Lagerelement
(ii) durch die Versiegelung von der äußeren Umgebung
abgeschlossen und geschützt wird. Ein hydrolytischer Abbau durch
Luftfeuchtigkeit oder Spritzwasser oder ein mikrobieller Abbau des
Lagerelementes wird dadurch verhindert. Gleichzeitig wird das
Eindringen von Schmutz und Partikeln, z. B. Sand verhindert, die
insbesondere bei kardanischer Belastung zu einer mechanische
Zerstörung durch reibendem Verschleiß des Lagerelementes führen können.
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Als Material zur Versiegelung des Lagerelementes können allgemein
bekannte Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte eingesetzt werden.
Die Herstellung dieser Produkte ist dem Fachmann allgemein
bekannt und vielfältig beschrieben. Beispielsweise kommen allgemein
bekannte Polyurethansysteme zur Beschichtung von Oberflächen, so
genannte Coatings, in Betracht, deren Ausgangsstoffe im
allgemeinen auf der zu beschichtenden Oberfläche zur fertigen
Beschichtung umgesetzt werden. Weiterhin sind flexible Dichtmassen
auf der Basis von Polyurethan-Polyadditionsprodukten,
beispielsweise die bei den Firmen TEROSON, SIKA oder Gurrit-Essex
erhältlichen, einsetzbar. Außerdem lassen sich vorgefertigte Membranen
auf der Basis thermoplastischer Polyurethane (TPU) als Dichtungen
verwenden, die zwischen Außenhülse (i) und Innenbuchse (iii)
eingeklebt werden und die keine haftende Verbindung mit dem
Lagerelement (ii) besitzen.
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Bevorzugt verwendet man als Material zur Versiegelung, d. h. als
erfindungsgemäße kompakte Polyiscoyanat-Polyadditionsprodukte
solche, die elastisch sind, bevorzugt mit einem Schubmodul von
etwa 1 MPa, bevorzugt 0,8 bis 1,2 MPa.
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Besonders bevorzugt setzt man als Material zur Versiegelung
thermoplastisches Polyurethan ein. Die TPU können gegebenenfalls auch
in allgemein bekannten Mischungen mit weiteren thermoplatischen
Kunststoffen, beispielsweise Polyolefinen, ABS und/oder ASA-
Kunststoffen eingesetzt werden. Bevorzugt werden die TPU nicht in
Mischung eingesetzt. Die TPU können auf allgemein bekannten
Rohstoffen, beispielsweise den allgemein üblichen Isocyanaten,
Polyolen, Kettenverlängerungsmitteln, Katalysatoren und Hilfsstoffen
basieren. Thermoplastische Polyurethane, im Folgenden auch als
TPU bezeichnet, sind dem Fachmann allgemein bekannt, vielfältig
beschrieben und kommerziell erhältlich.
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Die Versiegelung weist üblicherweise eine Dicke von 0,1 mm bis
3 mm auf. Bevorzugt ist das kompakte
Polyisocyanat-Polyadditionsprodukt, d. h. die Versiegelung, haftend mit dem Lagerelement (ii)
verbunden. Besonders bevorzugt haftet die Versiegelung (iv) auch
an der Außenbuchse (i) und/oder, bevorzugt und der Innenbuchse
(iii). Die Haftung kann beispielsweise dadurch erreicht werden,
dass das kompakte Polyisocyanat-Polyadditionsprodukt aus den
reaktiven Ausgangkomponenten direkt auf der zu versiegelnden
Oberfläche des Lagerelementes (ii) hergestellt wird oder
beispielsweise das TPU in geschmolzenem Zustand auf die zu
versiegelnde Oberfläche von (ii) aufgetragen wird. Das
thermoplastische Polyurethan der Versiegelung weist bevorzugt eine
Härte von Shore - A 60 bis Shore - A 80 auf.
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Die Innenbuchse (iii) kann auf üblichen Materialien basieren,
beispielsweise Metallen, z. B. Stahl, Eisen und/oder Aluminium
oder harten Kunststoffen, z. B. TPU, umfasst. Die Innenbuchse
(iii) verfügt über eine Innenbohrung üblicherweise zur Aufnahme
eines Befestigungsbolzen. Der Außendurchmesser ergibt sich aus
Festigkeitsgründen.
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Bei Applikationen, bei denen keine haftende Verbindung zwischen
der dem Lagerelement zugewandten Oberfläche der Innenhülse
gefordert wird, kann diese mit einem, bevorzugt aufgesetzten Kragen,
der bevorzugt senkrecht zur Innenbohrung und bevorzugt auf der
äußeren Oberfläche der Innenbuchse (iii) umlaufend ist, versehen
werden. Dabei kann dieser in Durchmesser, Dicke, Ausführung und
Anzahl variieren. Der Kragen bildet bei radialer Belastung an den
Flanken die bevorzugte Reibfläche und an der Stirnseite die
Wegbegrenzung bei der Einfederung. Diese Kontur bietet ebenfalls
eine besonders vorteilhafte Charakteristik bei auftretenden
kardanischen Belastungen. Bevorzugt wird die Innenbuchse in axialer
Ausrichtung nicht vom Lagerelement (ii) überragt.
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Das Lagerelement (ii) kann aus einem oder mehreren Einzelteilen,
die elastische Eigenschaften aufweisen, bestehen. Werden
mindestens zwei Lagerelemente verwendet, so können diese je nach
Anforderung quasi in einem Stecksystem zum vollständigen
Lagerelement zusammengefügt werden, wobei allgemein bekannten
"Steck"-Verfahren gewählt werden können, z. B. Nut-Feder. Damit
können Lagerelemente mit unterschiedlichen Eigenschaften
verwendet werden, die je nach ihrer Anordnung im Rundlager
spezifische Anforderungen übernehmen können. Werden mindestens zwei
Lagerelemente (ii) eingesetzt, weisen diese bevorzugt
unterschiedliche Dichten und somit unterschiedliche mechanische und
dynamische Eigenschaften auf. Während beispielsweise ein
Lagerelement (ii) aus einem mikrozelligen PUR mit geringer Dichte
bestehen kann um im Einsatzfall durch die Relativbewegung zur
Innen- und Außenbuchse viel Dämpfung zu erzeugen, kann ein
weiteren Lagerelement (ii) im Rundlager aus einem mikrozelligen Pur
mit hoher Dichte gefertigt sein, um dynamische Steifigkeiten zu
gewährleisten und um die max. Verformung zu reduzieren.
Erfindungsgemäß kann somit auf speziellen Anforderungen eingegangen
werden. Das erfindungsgemäße Lagerelement (ii) 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 Fettsäuresulfonate.
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Bevorzugt weisen die zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte
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 Entnahme 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. Das Lagerelement (ii) ist bevorzugt haftend mit der
Außenbuchse (i) und/oder der Innenbuchse (iii) verbunden. Unter dem
Ausdruck "haftend verbunden" ist insbesondere zu verstehen, dass
das Lagerelement (ii) mit der Außenbuchse (i) und/oder der
Innenbuchse (iii) beispielsweise mit allgemein üblichen Klebstoffen
verklebt oder direkt auf der Außenbuchse (i) und/oder der
Innenbuchse (iii) aufgeschäumt ist.
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Die Außenbuchse (i) kann auf üblichen Materialien basieren,
beispielsweise Metallen, z. B. Stahl, Eisen und/oder Aluminium
oder harten Kunststoffen, z. B. TPU. Die Außenbuchse (i) verfügt
über einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser, die in
den Abmaßen und Ausführungen variieren können. Die Erfindung
umfasst sowohl kalibrierte und unkalibrierte Buchsen. Eine
Fixierung der Einzelteile, d. h. Innenbuchse (iii), Lagerelement(e)
(ii) und Außenbuchse (i) kann beispielsweise durch eine
Kalibrierung erreicht werden. Beispielsweise können bei dem Zusammenbau
die Einzelteile in die Außenbuchse zusammengefügt werden, wobei
der Außendurchmesser der Innenbuchse geringfügig kleiner als der
Innendurchmesser der Außenbuchse ist. Nachdem alle Teile zusammen
gefügt sind, kann anschließend die Außenbuchse im Durchmesser
kleiner kalibriert werden, wodurch die eingesetzten Teile
zueinander fixiert werden. Die Außenbuches kann auch so ausgeführt
sein, dass sie vor einem einteiligen oder mehrteiligen
Umformungsprozess zur endgültigen Formgebung mit den
Elastomerwerkstoffen und der Innenbuchse komplettiert wird. Die Elastomerteile
können einen größeren Außendurchmesser haben als der
Innendurchmesser der Außenbuchse. Dadurch wird eine Vorspannung des
Elastomerbauteils erzielt. Bei dieser Bauweise kann auf einen
anschließenden Kalibrierprozess verzichtet werden. Diese Vorteile gelten
auch, wenn der Innendurchmesser des Elastomerbauteile kleiner ist
als der Außendurchmesser der Innenbuchse.
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Bevorzugt werden die Lagerelemente (ii) passgenau in der
Außenbuchse (i) und die Innenbuchse (iii) passgenau im Lagerelement
aufgebaut aus den einzelnen Lagerelementen (ii) positioniert, so
dass die Teile derart zueinander fixiert sind, dass das gesamte
Lagerelement bestehend aus den einzelnen Lagerelementen (ii)
sowohl an (i) als auch an (iii) reibt.
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Die erfindungsgemäße Herstellung der Rundlagern enthaltend (i)
Außenbuchse, (ii) zylindrisches Lagerelement auf der Basis von
zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und (iii) hohle
Innenbuchse kann bevorzugt derart erfolgen, dass man auf die
Stirnseite des Lagerelementes (ii) thermoplastisches Polyurethan
mittels Spritzguss, Heißguß oder durch Aufschmelzen einer Folie
appliziert. Das Spritzgießen von TPU ist ebenso allgemein bekannt
wie das Aufschmelzen einer TPU-Folie üblicher Dicke auf eine
Oberfläche, im vorliegenden Fall der Stirnfläche des
Lagerelementes. Weiterhin ist die Applikation von Dichtmassen aus Kartuschen
oder Hobbocks denkbar. Das Aufschmelzen kann z. B. durch Erwärmung
der TPU-Folie über den Schmelzpunkt des TPU durch
Heißluftgebläse, in einem Ofen oder durch Heizstrahler erfolgen.
Bevorzugt überragen die Außenbuchse (i) und die Innenbuchse (iii) in
Längsachse das Lagerelement (ii) an mindestens einem Ende,
bevorzugt an beiden Enden des Rundlagers, d. h. die Außenbuchse (i) und
die Innenbuchse (iii) sind länger als das Lagerelement (ii), so
dass zwischen der Außenbuchse (i) und der Innenbuchse (iii) eine
Vertiefung besteht. In diese Vertiefung zwischen der Außenbuchse
(i) und der Innenbuchse (iii) wird bevorzugt thermoplastisches
Polyurethan mittels Spritzguss oder Kartuschenapplikation
gefüllt.
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Ein erfindungsgemäßes Rundlager ist in der Fig. 1 dargestellt.
Dabei ist die Außenbuchse mit (i), die Innenbuchse mit (iii)
sowie das Lagerelement mit (ii) gekennzeichnet. Die Versiegelung
ist mit (iv) dargestellt. Zur besseren Übersicht ist das
Rundlager teilweise in den Einzelteilen, d. h. demontiert,
dargestellt.