DE10337175A1

DE10337175A1 - Federkonstruktion

Info

Publication number: DE10337175A1
Application number: DE10337175A
Authority: DE
Inventors: Tom Gehring; August-Wilhelm Gelmke
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2003-08-13
Publication date: 2004-03-11
Also published as: DE20213259U1

Abstract

Federkonstruktion, enthaltend eine Spiralfeder, an deren Ende eine Federauflage positioniert ist, sowie eine Zusatzfeder, die sowohl in der Spiralfeder als auch in der Federauflage positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder nicht durch einen Metalltopf von der Federauflage getrennt ist.

Description

Die Erfindung betrifft Federkonstruktion, insbesondere in Automobilfahrwerken, enthaltend Spiralfeder, an deren Ende eine Federauflage positioniert ist sowie eine bevorzugt zylindrische, bevorzugt hohle Zusatzfeder, bevorzugt auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, 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 53 571 von ≥ 2, bevorzugt 2 bis 8 N/mm², einer Dehnung nach DIN 53 571 von ≥ 300, bevorzugt 300 bis 700 % und einer Weiterreißfestigkeit nach DIN 53 515 von ≥ 8, bevorzugt 8 bis 25 N/mm, die sowohl zumindest teilweise in der Spiralfeder als auch zumindest teilweise in der bevorzugt holen Federauflage positioniert ist, wobei die Zusatzfeder nicht durch einen Metalltopf von der Federauflage getrennt ist. Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf Federelemente enthaltend eine zylindrische, hohle Zusatzfeder auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten sowie eine die Basis der Zusatzfeder ringförmig umschließende und mit der Zusatzfeder fixierte Federauflage bevorzugt auf der Basis von einem Kunststoffelastomer oder besonders bevorzugt wie die Zusatzfeder auf Basis von zelligen Polyurethanelastomeren, die eine Breite von 5 mm bis 300 mm und eine Höhe von 3 mm bis 50 mm aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung Automobile, d.h. Kraftfahrzeuge aller Art, z.B. Personenkraftfahrzeuge, Lastkraftfahrzeuge oder Busse, aber auch Motorräder und Fahrräder, bevorzugt aber Kraftfahrzeuge, enthaltend die erfindungsgemäßen Federelemente und/oder Federkonstruktionen, insbesondere im Fahrwerk.

Aus Polyurethanelastomeren hergestellte Federungselemente werden in Automobilen beispielsweise innerhalb des Fahrwerks verwendet und sind allgemein bekannt. Übliche Federkonstruktionen sind derart aufgebaut, dass auf die Kolbenstange des Stoßdämpfers eine Zusatzfeder aus Polyurethan-Elastomeren fixiert wird. Zusätzlich liegt üblicherweise eine Spiralfeder vor, die auf einer Federunterlage fixiert wird. Die Federunterlage ist wiederum mit dem Federteller verbunden. Die Federunterlage wird im allgemeinen durch einen Metalltopf von der Zusatzfeder getrennt, die zumindest teilweise in der Spiralfeder positioniert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Federkonstruktion zu entwickeln, die bei geringerem Gewicht, reduziertem Fertigungsaufwand und unter Kostensenkung eine sehr gute Federcharakteristik aufweist.

Diese Aufgabe konnte durch die eingangs dargestellten Federkonstruktionen und Federelemente gelöst werden.

Durch den Ersatz der üblichen Metalltöpfe zur Aufnahme der Zusatzfeder konnte das Gewicht am Federbein deutlich gesenkt werden. Zudem wurde durch die verbesserte Nutzung des vorhandenen Bauraums die Entkopplung der Spiralfeder verbessert bei Verringerung der Kosten und des Arbeitsaufwands durch Eliminierung eines Bauteils.

Die erfindungsgemäße Federauflage dient sowohl zur Fixierung und Lagerung der Stahlfeder mit dem Federteller als auch zur Aufnahme der Zusatzfeder, die wiederum üblicherweise mit dem Stoßdämpfer, z.B. Gasdruckstoffdämpfer, beispielsweise indem die Kolbenstange des Stoffdämpfers durch die hohle Zusatzfeder geführt wird, verbunden ist. Die Zusatzfeder steht bevorzugt in Kontakt mit der Federauflage und ist bevorzugt in dem Teil der Federauflage, der die Zusatzfeder aufnimmt, fixiert. Bevorzugt ist somit der direkte Kontakt der Zusatzfeder mit der Federauflage, d.h. bevorzugt wird durch die passgenaue Verbindung dieser Bauteile der gesamte Raum zwischen Stahlspiralfeder und Federteller durch die elastischen Materialien der Federauflage und der Zusatzfeder genutzt, wodurch eine besonders gute Entkoppelung der Spiralfeder von der Karosserie und gegebenenfalls des Stoßdämpfers von der Karosserie erreicht wird. Zusatzfedern, insbesondere Zusatzfedern in Automobilfahrwerken, die zusätzlich zu den Stoßdämpfern für Federungskomfort sorgen, sind dem Fachmann in vielfältigen Ausgestaltungsformen allgemein bekannt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann zwischen Federauflage und Zusatzfeder ein Schutzrohr für eine mit der Zusatzfeder befestigte Kolbenstange eines Stoßdämpfers, beispielsweise Gasdruckstoßdämpfers oder eines mit Öl gefülltem Stoßdämpfer, befestigt sein. Als Schutzrohr kommt beispielsweise ein dem Fachmann bekannter Faltenbalg in Frage. Dieses Schutzrohr, z.B. der Faltenbalg, basiert üblicherweise auf bekannten elastischen Kunststoffen und ist somit von den erfindungsgemäß ersetzten Metalltöpfen zu unterscheiden. Das Schutzrohr dient dazu, die Kolbenstange des Stoffdämpfers, die mit der Zusatzfeder verbunden ist, und insbesondere deren Einlass in den Stoffdämpfer vor Schutz und Staub zu schützen. Das Schutzrohr wird besonders bevorzugt passgenau zwischen Federauflage und Zusatzfeder fixiert, beispielsweise geklemmt oder geklebt.

Die Federauflage basiert bevorzugt auf elastischen Materialien, bevorzugt mit einer Shore-Härte von Shore-A 60 oder härter, besonders bevorzugt Shore-A 65 oder härter, beispielsweise elastischen Kunststoffen, besonders bevorzugt auf folgenden Materialien: Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Nitril-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk, Butyl-Kautschuk, Polyethylenchlorsulfoniert, Fluor-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Ter-Polymer, Acrylat-Kautschuk, Silikon-Kautschuk, Epichlorhydrin-Kautschuk, Polyurethan. Insbesondere basiert die Federauflage auf zelligen Polyurethanelastomeren bevorzugt mit einer Dichte nach DIN 53 420 von 200 bis 1100, bevorzugt 300 bis 800 kg/m³, einer Zugfestigkeit nach DIN 53 571 von ≥ 2, bevorzugt 2 bis 8 N/mm², einer Dehnung nach DIN 53 571 von ≥ 300, bevorzugt 300 bis 700 % und einer Weiterreißfestigkeit nach DIN 53 515 von ≥ 8, bevorzugt 8 bis 25 N/mm. Diese bevorzugt mikrozelligen Elastomere werden an späterer Stelle in dieser Beschreibung zu den Materialien der Zusatzfeder detailliert dargestellt und beschreiben.

Die Federauflage ist bevorzugt ringförmig oder als hohler Zylinder ausgestaltet, wobei der entsprechende Hohlraum bevorzugt die erfindungsgemäße Zusatzfeder aufnimmt. Die Fixierung der Federauflage mit der Stahlspiralfeder erfolgt üblicherweise über den Federteller. Die Federunterlage kann beispielsweise mit dem Federteller durch Vulkanisation, Umschäumen oder formschlüssig verbunden werden. Federteller und die Montage der Federunterlage mit Federteller und Stahlspiralfeder ist allgemein bekannt und dem Fachmann geläufig. Der Durchmesser der Federauflage ist üblicherweise mindestens 10 mm größer als der Durchmesser der Stahlspiralfeder. Die Höhe der Federauflage, d.h. die Distanz zwischen Stahlspiralfeder und dem Federteller beträgt bevorzugt 3 mm bis 50 mm.

Die Zusatzfeder kann mit der Federauflage beispielsweise haftend verbunden werden, z.B. durch Klebstoffe, bevorzugt durch übliche Schmelzklebstoffe, insbesondere durch allgemein bekannte reaktive Schmelzklebstoffe wie sie z.B. erhältlich sind bei der Firma Collano Ebnöther AG, Sempach-Station, Schweiz bzw. in dem Artikel "Vorapplizierbare PUR-Hotmelts: Aktivierung per Wärmestoß", Adhäsion Kleben und Dichten, Jahrgang 43, 10/99, Seiten 22 bis 24 beschrieben sind. Alternativ ist es möglich, die Zusatzfeder durch übliche Klemmverfahren, beispielsweise durch Nut-Feder-Verbindungen, in dem Hohlraum der Federauflage zu fixieren. Bevorzugt kann die Zusatzfeder mittels eine Ausstülpung auf der äußeren Oberfläche der Zusatzfeder, bevorzugt einer konzentrisch auf der äußeren Oberfläche der Zusatzfeder angeordneten Ausstülpung, in eine entsprechend ausgebildete Aussparung der Federauflage geklemmt werden. Bevorzugt wird der in der Federauflage zu fixierende Teil der Zusatzfeder formschlüssig, d.h. passgenau in dem Hohlraum der Federauflage fixiert.

Die Zusatzfeder kann aus einem oder mehreren Einzelteilen, die elastische Eigenschaften aufweisen, bestehen. Federauflage und Zusatzfeder können auf gleichen oder unterschiedlichen Materialien basieren, beispielsweise kann die Federauflage aus einem mikrozelligen PUR mit hoher Dichte bestehen, während die Zusatzfeder aus einem mikrozelligen PUR mit niedrigerer Dichte gefertigt sein kann, wodurch eine Feinabstimmung von Federauflage und Zusatzfeder auf die jeweilige Aufgabe erfolgen kann. Die erfindungsgemäße Zusatzfeder 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.

Bevorzugt weisen die zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten einen Druckverformungsrest kleiner 25 % nach DIN 53 572, 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. Die Zusatzfedern haben bevorzugt eine Höhe von 20 mm bis 150 mm und eine Breite, die gleich oder geringfügig größer ist als die Breite des Hohlraums der Federauflage, in dem die Zusatzfeder positioniert werden soll.

Eine erfindungsgemäße Federkonstruktion ist in der 1 dargestellt. Dabei ist die Federauflage mit (1), die Spiralfeder mit (2) und die Zusatzfeder mit (3) gekennzeichnet. Die Zusatzfeder ist hohl ausgestaltet und fügt sich mit ihrem oberen Ende passgenau in die Federauflage, in der sie mittels der umlaufenden Ausstülpung, dieser Rand ist in der 1 mit (4) gekennzeichnet, fixiert ist. Federauflage (1) und Zusatzfeder (3) sind mit ihrem der Spiralfeder (2) abgewandten Ende mit dem Federteller montiert, in der 1 mit (5) gekennzeichnet. Durch die Bohrung in (5) kann beispielsweise eine durch den Hohlraum der Zusatzfeder (3) geführte Kolbenstange eines Stoßdämpfers mit (5) verbunden, beispielsweise verschraubt werden. Wie anhand der Figur ersichtlich füllt die Zusatzfeder (3) den Hohlraum der Federauflage (1) mit Ausnahme eines Hohlraums der Zusatzfeder komplett aus, d.h. erfindungsgemäß wird bevorzugt eine Lücke zwischen Federauflage (1), Zusatzfeder (3) und Federteller (5) vermieden.
Die weitere bevorzugte Ausführungsform mit dem Schutzrohr, das zwischen Federauflage und Zusatzfeder fixiert ist, ist in der 2 dargestellt. Die Kolbenstange des Stoßdämpfers ist mit (6) gekennzeichnet. Das Schutzrohr ist mit (7) bezeichnet. Die sonstige Nummerierung entspricht der aus 1.

Claims

Federkonstruktion enthaltend Spiralfeder, an deren Ende eine Federauflage positioniert ist sowie eine Zusatzfeder, die sowohl in der Spiralfeder als auch in der Federauflage positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder nicht durch einen Metalltopf von der Federauflage getrennt ist.
Federkonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder in Kontakt mit der Federauflage steht.
Federkonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Federauflage und Zusatzfeder ein Schutzrohr für eine mit der Zusatzfeder befestigte Kolbenstange eines Stoßdämpfers befestigt ist.
Federkonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federauflage auf Kunststoffelastomeren basiert.
Federkonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder auf zelligen Polyurethanelastomeren basiert.
Federkonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder auf zelligen Polyurethanelastomeren mit einer Dichte nach DIN 53 420 von 200 bis 1100 kg/m³, einer Zugfestigkeit nach DIN 53 571 von ≥ 2 N/mm², einer Dehnung nach DIN 53 571 von ≥ 300 % und einer Weiterreißfestigkeit nach DIN 53 515 von ≥ 8 N/mm basiert.
Federkonstruktion gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder haftend mit der Federauflage verbunden ist.
Federkonstruktion gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder mittels eine Ausstülpung auf der äußeren Oberfläche der Zusatzfeder in eine Aussparung der Federauflage geklemmt ist.
Federkonstruktion gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Federauflage zu fixierende Teil der Zusatzfeder formschlüssig in dem Hohlraum der Federauflage fixiert ist.
Federelement enthaltend eine zylindrische, hohle Zusatzfeder auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten sowie eine die Basis der Zusatzfeder ringförmig umschließende und mit der Zusatzfeder fixierte Federauflage auf der Basis von Kunststoffelastomeren, die eine Breite von 5 mm bis 300 mm und eine Höhe von 3 mm bis 50 mm aufweist.
Automobile enthaltend Federkonstruktionen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder Federelemente gemäß Anspruch 10.