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Die
Erfindung betrifft Automobilstoßdämpfersysteme
enthaltend Kolbenstange (i) und auf der Kolbenstange (i) mindestens
eine Zusatzfeder (ii), die sich zwischen einer auf der Kolbenstange
(i) befindlichen Dämpferkappe
(v) und einer Basis (vi), bevorzugt einem Stütztopf befindet, insbesondere
als Zusatzfeder (ii) eines der erfindungsgemäßen Federelemente, die nachfolgend
beschrieben werden. Außerdem
bezieht sich die Erfindung auf Federelemente auf der Basis eines
hohlen zylindrischen Dämpfungselementes
(x), bevorzugt auf der Basis von Gummi oder zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten,
besonders 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, 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, mit einer Höhe (ix) zwischen 70 mm und
80 mm, bevorzugt 72 mm bis 76 mm, besonders bevorzugt 74 mm, einem äußeren Durchmesser (iii)
zwischen 60 mm und 70 mm, bevorzugt 62 mm bis 68 mm, besonders bevorzugt
63 mm bis 67 mm, insbesondere 65 mm, einem Durchmesser (xi) des Hohlraums
zwischen 12 mm und 20 mm, bevorzugt 14 mm bis 18 mm, besonders bevorzugt
16 mm, sowie einem äußeren Durchmesser
(iv) in einer Höhe (xiii)
von 10 mm zwischen 30 mm und 45 mm, bevorzugt 34 mm bis 40 mm, besonders
bevorzugt 35 mm bis 39 mm, insbesondere 37 mm, wobei bevorzugt der äußere Durchmesser
(iii) in Höhe
einer Kante (xiv) vorliegt und die Höhe (xiii) bevorzugt gemessen wird
von dem der Kante (xiv) abgewandten Ende des Dämpfungselementes. Des weiteren
betrifft die Erfindung Automobile enthaltend die erfindungsgemäßen Federelemente,
insbesondere Automobile enthaltend die erfindungsgemäßen Federelemente
in den erfindungsgemäßen Automobilstoßdämpfersystem.
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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 Bauteileigen schaften. Durch diese Funktion wird der Fahrkomfort
erhöht
und ein Höchstmaß an Fahrsicherheit
gewährleistet.
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Die
Zusatzfedern werden üblicherweise
auf der Kolbenstange eines Stoßdämpfers positioniert und
zwischen Kopflagerelement, beispielsweise mit angesetztem Stützrohr,
und Dämpferkappe
montiert. Die Fixierung der Zusatzfeder kann durch Untermassigkeit
eines inneren Konstruktionsabschnittes an der Kolbenstange oder
bevorzugt durch Übermassigkeit
des größten Außendurchmessers
erfolgen.
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Problematisch
im Hinblick auf diesen Einbau ist häufig, dass die Geometrie des
Befestigungstopfes und der Dämpferkappe
zu hohen Belastung der Zusatzfeder in dem Automobilfahrwerk führen kann, bei
denen eine Zerstörung
der Zusatzfeder ggf. nicht ausgeschlossen werden kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es somit, ein Automobilstoßdämpfersystem
zu entwickeln, bei dem auch große
Kräfte
unter schwierigen Einbaubedingungen dauerhaft abgefangen werden können.
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Diese
Aufgaben konnten dadurch gelöst werden,
dass das Verhältnis
des Durchmessers (iii) der Zusatzfeder (ii) an der Basis (vi) zum
Durchmesser (vii) der Dämpferkappe
(v) mindestens 1,2 : 1, bevorzugt 1,3 : 1 bis 15 : 1, besonders
bevorzugt 1,4 : 1 bis 4 : 1 beträgt.
Dabei stellt der äußere Durchmesser (iii)
bevorzugt den äußeren Durchmesser
dar, den die Zusatzfeder (ii) an der Stelle aufweist, wo die Zusatzfeder
den Rand (viii) des Stütztopfes
berührt.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem äußeren Durchmesser (iii) um
den maximalen äußeren Durchmesser
der Zusatzfeder (ii).
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Ein
beispielhaftes, bevorzugtes erfindungsgemäßes Automobilstoßdämpfersystem
ist im Detail in der 1 dargestellt.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Automobilstoßdämpfersystem
bestehen darin, dass aufgrund der neuartigen Geometrie die axialen
Kräfte sehr
gut übertragen
werden können,
radiale Kräfte, die
zur Zerstörung
der Zusatzfedern führen
können, aber
minimiert werden.
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Bei
der Kolbenstange kann es sich um allgemein bekannte Kolbenstangen
beispielsweise eines Gasdruckstoßdämpfers handeln. Die Dämpferkappe (v)
befindet sich üblicherweise
unterhalb der Zusatzfeder als Abschluss des Dämpferrohres und übernimmt üblicherweise
die Aufgabe, die Radkräfte über das
Dämpferrohr
auf die Zusatzfeder zu übertragen.
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Bei
der Basis (vi) kann es sich beispielsweise um einen Stütztopf handeln,
der die Querdehnung der integrierten Zusatzfeder verhindert. Außerdem kann
der Stütztopf
die Aufgabe übernehmen,
Teile der Luftfeder, hier Abrollbalg, bei der Montage gegen übermäßiges Abknicken
zu stützen.
Der Stütztopf
ist bevorzugt am Kopflager, welches die Schwingungen der Kolbenstange
dämpft,
fixiert. Die Basis kann aus allgemein bekannten Materialien gefertigt
sein, beispielsweise Aluminium, Stahl und/oder Eisen. Besonders
bevorzugt handelt es sich bei der Basis (vi) um einen Stütztopf,
zwischen dessen Rand (viii) die Zusatzfeder (ii) gepresst ist. Bevorzugt
umschließt der
Rand (viii) die Zusatzfeder (ii) nahezu vollständig, d.h. nahezu vollständig in
ihrer axialen Ausdehnung auf der Kolbenstange, bevorzugt mehr als
90% der Höhe
der Zusatzfeder (ii), besonders bevorzugt 95% bis 100% der Zusatzfeder
(ii) in Richtung der Kolbenstange. Bevorzugt steht die Zusatzfeder
durch eine Kante (xiv), die bevorzugt eine Höhe (xix) zwischen 5 mm und
30 mm, besonders bevorzugt 6 mm und 20 mm, insbesondere 8 bis 15
mm aufweist, in Kontakt mit der Innenseite des Randes (viii) des
Stütztopfes. Bevorzugt
weist die Kante (xiv) einen äußeren Durchmesser
auf, der mindestens 1 mm, besonders bevorzugt 2 bis 3 mm größer ist
als der Innendurchmesser des Randes (viii), d.h. die Zusatzfeder
liegt in den Stütztopf
radial gepresst vor.
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Diese
erfindungsgemäße Geometrie
bewirkt, dass die Querdehnung des Anlaufbereiches unter Last geblockt
und somit ein höheres
Blockmaß erzielt und
die Beschädigung
des Federmaterials durch Herausquellen unter der Dämpferkappe
verhindert wird.
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Die
Zusatzfeder (ii) kann beispielsweise basieren auf Gummi oder zelligen
Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, besonders bevorzugt auf zelligen
Polyurethanelastomeren, die ggf. Polyharnstoffstrukturen enthalten
können,
besonders bevorzugt auf zelligen Polyurethanelastomeren bevorzugt mit
einer Dichte nach DIN 53 420 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. Bevorzugt sind Automobilstoßdämpfersysteme,
bei denen die hohle zylindrische Zusatzfeder (ii) basiert auf zelligen
Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten,
besonders bevorzugt auf zelligen Polyurethanelastomeren, insbesondere
basiert auf zelligen Polyurethanelastomeren mit einer Dichte nach
DIN 53 420 von 200 bis 1100 kg/m3, mit einer
Zugfestigkeit nach DIN 53571 von 2 N/mm2,
mit einer Dehnung nach DIN 53571 von ≥ 300 % und mit einer Weiterreißfestigkeit
nach DIN 53515 von ≥ 8
N/mm, und wobei die Zusatzfeder (ii) eine Höhe (ix) von 70 mm bis 80 mm
und einen Durchmesser (iii) zwischen 60 mm und 70 mm aufweist.
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Eine
weitere Aufgabe bestand darin, geeignete Federelemente auf der Basis
eines hohlen zylindrischen Dämpfungselementes
(x) für
die eingangs dargestellten Automobilstoßdämpfersysteme zu entwickeln,
insbesondere Federelemente, die gerade den speziellen Anforderungen
eines spezifischen Automobilfahrwerks gerecht werden.
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Diese
Aufgabe konnte durch die eingangs dargestellten Federelemente gelöst werden.
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Bevorzugt
umfasst das Federelement eine hohle, bevorzugt ringförmige Stützscheibe
(xv), die das Dämpfungselement
(x) in einer auf der äußeren Oberfläche des
Dämpfungselementes
(x) umlaufenden Vertiefung (xvi) umfasst. Die umlaufende Vertiefung
(xvi) befindet sich bevorzugt in einer Höhe (xviii) zwischen 40 mm und
50 mm, besonders bevorzugt 42 mm bis 48 mm, insbesondere 45 mm.
Der äußere Durchmesser
(xxii) des Dämpfungselementes
(x) in der umlaufenden Vertiefung (xvi) beträgt bevorzugt 26 mm bis 39 mm,
besonders bevorzugt 31 mm bis 36 mm, insbesondere 33,5 mm.
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Die
Stützscheibe
(xv), die bevorzugt eine Höhe
(xx) zwischen 15 mm und 25 mm, – besonders bevorzugt
17 mm bis 21 mm, insbesondre 19 mm und einen inneren Durchmesser
(xxi) zwischen 25 mm und 40 mm, besonders bevorzugt 30 mm bis 35 mm,
insbesondere 32 mm aufweist, kann auf allgemein bekannten Materialien
basieren, beispielsweise harten Kunststoffen, z.B. Polyamid, Polyoxymethylen,
thermoplastischem Polyurethan, oder Metallen, z.B. Aluminium, Stahl,
Kupfer, Eisen, die ggf. mit einem elastischen Material ummantelt
sein können. Besonders
bevorzugt ist der Durchmesser (xxii) des Dämpfungselemente (x) in der
Vertiefung (xvi) 1 mm bis 2 mm größer als der innere Durchmesser
(xxi) der Stützscheibe
(xv). Der innere Durchmesser (xvii) der Stützscheibe (xv) ist somit bevorzugt
kleiner als der Durchmesser des Dämpfungselementes (x) in der Vertiefung
(xvi) ohne die Stützscheibe
(xv), d.h. bevorzugt wird das Dämpfungselement
(x), d.h. die Zusatzfeder (ii) bzw. das Federelement durch die Stützscheibe
(xv) gepresst. Bevorzugt ist die Oberfläche der Stützscheibe (xv), insbesondere
die zum Dämpfungselement
(x) gerichtete Oberfläche,
rau. Bevorzugt beträgt
der Winkel α der
Stützscheibe
(xv) zwischen 0° und
45°, bevorzugt
zwischen 0° und
10°. Durch
den kleineren Innenradius der Stützscheibe, die
angeraute Oberfläche
und den flachen Winkel konnte ein Fließen des Federmaterials, d.h.
der Zusatzfeder (ii) innerhalb der Stützscheibe und somit Beschädigungen
der Zusatzfeder erfolgreich minimiert werden. Diese Vorteile kommen
insbesondere beim Einbau der erfindungsgemäßen Dämpfungselemente als Federelemente,
d.h. Zusatzfedern in den eingangs dargestellten Automobilstoßdämpfersystemen
zum Tragen. Die Bauteillebensdauer der Zusatzfedern konnte durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen
um das über
10-fache erhöht
werden.
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Außerdem weist
die Stützscheibe
(xv) bevorzugt einen Rand (xxv) auf, der außerhalb der umlaufenden Vertiefung
(xvi) das Dämpfungselement
(x) umfasst.
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Ein
beispielhaftes, bevorzugtes erfindungsgemäßes Federelement ist im Detail
in den 2 und 3 dargestellt, wobei in der 2 zusätzlich die Stützscheibe
(xv) dargestellt ist. Eine beispielhafte Stützscheibe (xv) ist detailliert
in der 4 abgebildet.
In allen Figuren sind die Längenmaße in [mm] angegeben.
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Die
erfindungsgemäßen Federelemente, d.h.
die Dämpfungselemente
(x) bzw. die erfindungsgemäßen Zusatzfedern
(ii) 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. 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 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.