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Die
Erfindung betrifft Federelement (i) auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren
mit einem Rand (v) an dem anderen axialen Ende, der als Auflage
für eine
Spiralfeder dient, sowie einem in dem Federelement haftend mit dem
zelligen Polyurethanelastomeren verbundenen Topf (vi), welcher im Belastungsfall
bevorzugt die Kraft so in die Karosserie einleitet, dass der Bereich
und die Funktion der spiralfederauflage nicht beeinflusst wird.
Desweiteren bezieht sich die Erfindung auf bevorzugte Federelemente
(i) 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, besonders bevorzugt 600 bis 700 kg/m3, insbesondere 650 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, mit einer Höhe (ii) zwischen 110 mm und
120 mm, bevorzugt zwischen 111 mm und 115 mm, besonders bevorzugt
113 mm, und einem äußeren Durchmesser (iii)
zwischen 90 mm und 100 mm, bevorzugt 95 mm, mit einer umlaufenden
Biegelippe (iv) an dem einen axialen Ende des Federelementes und
einem Rand (v) an dem anderen axialen Ende, der als Auflage für eine Spiralfeder
und deren Entkopplung dienen kann, wobei der Rand (v) bevorzugt
zwischen Spiralfeder und Karosserie positioniert ist, sowie einem
in dem Federelement haftend mit dem zelligen Polyurethanelastomeren
verbundenen Topf (vi), der eine Höhe (vii) zwischen 40 mm und
50 mm, bevorzugt 46,3 mm und einen äußeren Durchmesser (viii) zwischen
55 mm und 65 mm, besonders bevorzugt 61 mm aufweist.
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Außerdem betrifft
die Erfindung Automobile enthaltend die erfindungsgemäßen Federelemente.
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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 Bauteileigenschaften. Durch diese Funktion wird der Fahrkomfort
erhöht
und ein Höchstmaß an Fahrsicherheit
gewährleistet.
Dabei können
die Federelemente auch als Federauflage für die Spiralfeder dienen, indem
ein Rand der Feder zwischen der Spiralfeder und Karosserie platziert wird.
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Aufgrund
der sehr unterschiedlichen Charakteristika und Eigenschaften einzelner
Automobilmodelle müssen
die Federelemente individuell an die verschiedenen Automobilmodelle
angepasst werden, um eine ideale Fahrwerksabstimmung zu erreichen. Beispielsweise
können
bei der Entwicklung der Federelemente das Gewicht des Fahrzeugs,
das Fahrwerk des speziellen Modells, die vorgesehenen Stoßdämpfer sowie
die gewünschte
Federcharakteristik berücksichtigt
werden. Hinzu kommt, dass für verschiedene
Automobile aufgrund des zur Verfügung
stehenden Bauraums individuelle, auf die Baukonstruktion abgestimmte
Einzellösungen
erfunden werden müssen.
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Aus
den vorstehend genannten Gründen können die
bekannten Lösungen
für die
Ausgestaltung einzelner Federelemente nicht generell auf neue Automobilmodelle übertragen
werden. Bei jeder neuen Entwicklung eines Automobilmodells muss
eine neue Form des Federelements entwickelt werden, das den spezifischen
Anforderungen des Modells gerecht wird.
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Gerade
die räumliche
Ausgestaltung der Federelemente, d.h. ihre dreidimensionale Form,
hat neben ihrem Material eine entscheidenden Einfluss auf ihre Funktion. Über die
Form der Federelemente werden die oben genannten Funktionen gezielt
gesteuert. Diese dreidimensionale Form des Federelements muss somit
individuell für
jedes Automobilmodell entwickelt werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es somit, für ein spezielles, neues Automobilmodell
eine geeignete Spiralfederauflage mit integrierter Zusatzfeder mit
den oben genannten Funktionen zu entwickeln, die den spezifischen
Anforderungen gerade dieses Modells gerecht wird und einen möglichst
guten Fahrkomfort und eine ausgezeichnete Fahrsicherheit gewährleistet.
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Diese
Anforderungen werden durch die eingangs dargestellten Federelemente
erfüllt.
Durch den Topf (vi) werden die Funktionen „Spiralfederauflage", d.h. der Rand (v),
und „Zusatzfeder", d.h. insbesondere
der Teil des Federelementes zwischen Biegelippe (iv) und Topf (vi)
getrennt. Bei bekannten Lösungen
ohne diese Trennung zwischen Spiralfederauflage und Zusatzfeder
liegt bei Beanspruchung eine Kraftleitung über das gesamte Bauteil vor,
wodurch Belastung und Spannung im gesamten Bauteil steigen. Dies
wirkt sich allerdings nachteilig auf die Wirkung der Spiralfederauflage
aus. Durch die erfindungsgemäße Anordnung
kann die Kraft im Lastfall jedoch über den Topf (vi) in die Karosserie
abgeleitet werden, der Bereich der Spiralfederauflage bleibt dadurch
wir gewünscht
nahezu unbelastet. Die Vorteile dieser Funktionstrennung liegen
nicht nur in der Wirkung der einzelnen Funktionen, sondern auch
in der Dauerhaltbarkeit der Verbindungsstelle, da eine unbelastete
Verbindung für
die Dauerhaltbarkeit kein Prob lem darstellt. Der Topf (vi) befindet
sich bevorzugt nicht in direktem Kontakt mit der Karosserie. Bevorzugt
befindet sich unter Belastung insbesondere zur akustischen Entkopplung
zelliges Polyurethanelastomer zwischen Topf (vi) und Karosserie.
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Die
erfindungsgemäßen Federelemente
sind beispielhaft im Detail in den 1 und 2 dargestellt.
In allen Figuren sind die angegebenen Maße in [mm] angegeben. Gerade
diese dreidimensionale Form erwies sich als besonders geeignet,
den spezifischen Anforderungen durch das spezielle Automobilmodell
gerecht zu werden, insbesondere auch im Hinblick auf die spezifischen
räumlichen
Anforderungen und die geforderte Federcharakteristik.
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Bevorzugt
sind Federelemente, bei denen der Topf (vi) einen äußeren Rand
(ix) und einen Kern (x) aufweist, die über Stege (xi) miteinander
verbunden sind und wobei zwischen den Stegen (xi) das zellige Polyurethanelastomer
vorliegt.
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Bevorzugt
sind ferner Federelemente, bei denen das Federelement (i) zwei umlaufenden
Einschnürungen
(iv) auf der äußeren Oberfläche des
Federelementes (i) in einer Höhe
(v) zwischen 55 mm und 65 mm, besonders bevorzugt 60 mm, und in
einer Höhe
(vi) zwischen 75 mm und 80 mm, besonders bevorzugt 77 mm aufweist.
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Die
erfindungsgemäßen Körper (i)
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.
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 Fettsäuresul
fonate.
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Die
Oberflächentemperatur
der Forminnenwand beträgt üblicherweise
40 bis 95°C,
bevorzugt 50 bis 90°C.
Die Herstellung der Formteile wird vorteilhafterweise 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.