DE20219730U1 - Federkonstruktion, insbesondere für Automobilfahrwerk - Google Patents

Federkonstruktion, insbesondere für Automobilfahrwerk

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Description

Federkonstruktion, insbesondere für Automobilfahrwerk
Beschreibung 5
Die Erfindung betrifft Federkonstruktionen, bevorzugt Automobilfahrwerke enthaltend die erfindungsgemäßen Federkonstruktionen, enthaltend eine Kolbenstange (i), bevorzugt Kolbenstange des Stoßdämpfers, bevorzugt mit einem Durchmesser (xiii) von 5 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt 10 mm bis 18 mm, insbesondere 14 mm, auf der mindestens ein bevorzugt runder Einleger (ii) befestigt, bevorzugt beispielsweise mittels eines Gewindes auf dem Ende der Kolbenstange (i) und einer entsprechenden Mutter (xxi) verschraubt ist, dessen Rand von einem bevorzugt runden Dämpfungselement (iii) umfasst wird, welches an mindestens zwei Seiten, bevorzugt an drei Seiten, d.h. bevorzugt dessen seitliche Oberfläche, die Oberseite und die Unterseite, von einem bevorzugt zylindrischen Topf (iv) und/oder einer Scheibe (v) umschlossen wird. Außerdem betrifft die Erfindung Automobile enthaltend die
20 erfindungsgemäßen Federkonstruktionen.
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 Wankabstutzung 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.
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 indivi-
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duelle, auf die Baukonstruktion abgestimmte Einzellösungen erfunden werden müssen.
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. Dabei sind als Anforderungen insbesondere zu nennen:
Weicher Einsatz
Definierter Kraft-/Wegverlauf
Definierte Wegbegrenzung
Nutzung des begrenzten Bauraums
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, neben der Erfüllung der extremen Belastungsanforderungen mit dem Top Mount eine bestmögliche akustische Schwingungsentkopplung zu schaffen. Weiterhin sollte neben den Abrolleigenschaften auch ein möglichst guter Fahrkomfort und eine ausgezeichnete Fahrsicherheit gewährleistet werden.
Diese Anforderungen werden durch die eingangs dargestellten Federkonstruktionen erfüllt.
Durch das Design des Kopflagers in dem beschriebenen Bauraum werden die extremen Belastungsanforderungen auf eine große Druckfläche verteilt. Zusätzlich ist das Lager so ausgelegt, dass es im verbauten, bzw. vorgespannten Zustand bei auftretender Belastung nahezu keine Querdehnung aufbauen kann. Dieser kompakte Einbau, der eine Querdehnung des Materials verhindert, ermöglicht somit zusätzlich zu den eigentlichen Materialeigenschaften des mikrozelligen Polyurethanelestomers die hohen Lebensdauereigenschäften des Top Mount.
Eine besonders bevorzugte, erfindungsgemäße Federkonstruktion ist im Detail beispielhaft in der Figur 1 dargestellt. In den Figuren 2 und 6 ist der Einleger (ii) eingebaut in das Dämpfungselement (iii) abgebildet, die Figuren 3 und 7 stellen Einleger (ii) alleine dar, die Figuren 4 und 8 mögliche Dämpfungselemente (iii). Figur 5 zeigt die Scheibe (v). In allen Figuren sind die angegebenen Maße in [mm] angegeben. Gerade dieses Bauprinzip und insbesondere die in den Figuren dargestellte Ausführungsform erwies sich als besonders geeignet, den spezifischen Anforderungen durch das spezielle Automobilmodell gerecht zu werden, insbesondere auch im Hinblick auf die spezifischen räumlichen Anfor-
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derungen und die geforderte Federcharakteristik. Die Ausdrücke "oben", "unten" und "seitlich" orientieren sich an der Figur 1. Entsprechend bedeutet "oben" das von Stoßdämpfer abgewandte Ende der Kolbenstange (i), während "unten" den zum Stoßdämpfer gerichteten Teil definiert.
Der Einleger (ii), der beispielsweise aus allgemein bekannten, bevorzugt harten Materialien gefertigt sein kann, z.B. Metallen oder harten Kunststoffen, beispielsweise Stahl, Aluminium, Kupfer, Polyoxymethylen, Polystyrol, Polyamid, Polyethylen, Polypropylen oder weiteren Kunststoffen, weist bevorzugt einen äußeren Durchmesser (xii) von 25 mm bis 65 mm, besonders bevorzugt 45 mm bis 59 mm, insbesondere 51,6 mm bis 54,4 mm, und bevorzugt einem Durchmesser (xiv) des Hohlraums, durch den die Kolbenstange geführt wird, von 8 mm bis 12 mm, besonders bevorzugt 9 mm bis 11 mm, insbesondere 10,2 mm auf. Die Gesamthöhe (xxiii) des Einlegers (ii) beträgt bevorzugt 10 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt 15 mm. Dabei weist der Einleger (ii) bevorzugt einen flacheren Rand auf, der bevorzugt eine Höhe (xxiv) von 2 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt 4 mm bis 8 mm, insbesondere 6 mm aufweist, und mit dem der Einleger (ii) bevorzugt in einer entsprechenden Aussparung im Dämpfungselementes (iii) positioniert wird. Aufgrund des bevorzugt elastischen Materials des Dämpfungselementes (iii) kann der Einleger (ii) mit dem flachen Rand in eine entsprechende Nut, die bevorzugt mittig im Hohlraum des Dämpfungselementes (iii) positioniert ist, des Dämpfungselementes fixiert werden.
Das Dämpfungselement (iii) weist bevorzugt eine Höhe (ix) von 20 mm bis 60 mm, besonders bevorzugt 33 mm bis 39 mm, insbesondere 36 mm, bevorzugt einen äußeren Durchmesser (x) von 50 mm bis 70 mm, besonders bevorzugt 55 mm bis 61 mm, insbesondere 58 mm und bevorzugt einen inneren Durchmesser (xi) von 20 mm bis 45 mm, besonders bevorzugt 28 mm bis 36 mm, insbesondere 32 mm auf.
Bevorzugt grenzt das Dämpfungselement (iii) mit der Oberseite an eine Scheibe (v), die bevorzugt eine mittige Bohrung aufweist, beispielsweise um das Ende der Kolbenstange (i) aufzunehmen und gegebenenfalls an diesem Ende befestigt zu werden. Die Scheibe (v), die beispielsweise aus allgemein bekannten, bevorzugt harten Materialien gefertigt sein kann, z.B. Metallen oder harten Kunststoffen, beispielsweise Stahl, Aluminium, Kupfer, Polyoxymethylen, Polystyrol, Polyamid, Polyethylen, Polypropylen oder weiteren Kunststoffen, weist bevorzugt einen äußeren Durchmesser (xv) von 50 mm bis 70 mm, besonders bevorzugt 55 mm bis 60 mm, insbesondere 57 mm, bevorzugt einen inneren Durchmesser (xvi) von
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20 mm bis 32 mm, besonders bevorzugt 24 mm bis 28 mm, insbesondere 26 mm, und bevorzugt eine Höhe (xvii) von 10 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt 13 mm bis 17 mm, insbesondere 15 mm auf.
Das Dämpfungselement (iii) grenzt bevorzugt mit der Oberseite an eine Scheibe (v) und mit der Unterseite an einen Rand (vii) des Topfes (iv), und wird bevorzugt zwischen Scheibe (v) und Rand (vii) gepresst, d.h. gestaucht bzw. liegt unter Druck vor. Durch dieses Einpressen des Dämpfungselementes (iii) in den Bauraum zwischen Scheibe (v) und Topf (iv) wird eine bestimmte Vorspannung bewirkt, die dazu führt, dass das Top Mount einen bestimmten Federweg über eine definierte Kennliniencharakteristik im Betriebszustand aufweist. Das Verpressen des Dämpfungselementes (iii) zwischen Scheibe (v) und Rand (vii) ist insbesondere aus der Figur 1 ersichtlich.
Bevorzugt ist in der Federkonstruktion zusätzlich zum Einlegers (ii), bevorzugt unterhalb des Einlegers (ii) auf der Kolbenstange (i) eine hohle zylindrische Zusatzfeder (vi) positioniert, wobei die Kolbenstange bevorzugt durch den Hohlraum der Zusatzfeder (vi) geführt ist.
Der Topf (iv) ist an seinem oberen Ende bevorzugt von einem Dekkel (viii) verschlossen, wobei zwischen Deckel (viii) und Topf (iv) gegebenenfalls ein Dichtring (xx) positioniert ist. Dieser Verschluss des Topfes (iv) bewirkt einen Schutz sowohl der Kolbenstange (i) als auch insbesondere des Dämpfungselementes (iii) Der Deckel (viii) kann beispielsweise mit dem Topf (iv) verschraubt werden, auch eine Verbindung durch den Falz ist denkbar.
Das Dämpfungselement (iii) kann in drei Seiten, d.h. von oben, von der Seite und von unten von dem Topf umfasst werden. Bevorzugt wird das Dämpfungselement jedoch von oben von der Scheibe (v) begrenzt, da so der Zusammenbau der Federkonstruktion einfächer erfolgen kann, beispielsweise indem man erst gegebenenfalls die Zusatzfeder (vi) auf der Kolbenstange (i) platziert, anschließend oder gleichzeitig den Topf (iv) zumindest über Teile der Zusatzfeder (vi) stülpt, dann den Einleger (ii) mit dem Dämpfungselement (iii) auf dem Ende der Kolbenstange (i) befestigt, beispielsweise verschraubt, die Scheibe (v) auf dem Dämpfungselement (iii) platziert und gegebenenfalls mit der Kolbenstange befestigt, z.B. verschraubt und anschließend den Topf (iv) mit dem Deckel (viii) bevorzugt mit dem Dichtring (xx) verschließt, wobei bevorzugt durch den Deckel (viii) das Dämpfungselement (iii) gestaucht und bevorzugt zumindest teilweise fixiert wird.
BASF Aktiengesellschaft
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PS". 54158 DE
Der Topf (iv), der wie auch die Scheibe (v) auf allgemein bekannten, bevorzugt harten Materialien bestehen kann, beispielsweise Metallen oder harten Kunststoffen, z.B. Stahl, Aluminium, Kupfer, Polyoxymethylen, Polystyrol, Polyamid, Polyethylen, Polypropylen 5 oder weiteren Kunststoffen, ist bevorzugt zylindrisch ausgestaltet . Bevorzugt ist sein Durchmesser derart gewählt, dass das Dämpfungselement (iii) mit seiner äußeren Seitenwand an der Innenwand des Topfes (iv) anliegt. Entsprechendes gilt bevorzugt auch für die Zusatzfeder (vi). Besonders bevorzugt werden der Einleger (ii), der vom Dämpfungselement (iii) umfasst wird, das Dämpfungselement (iii) und zumindest teilweise die Zusatzfeder (vi) von dem Topf (iv) umschlossen. Dabei trennt der Topf (iv) bevorzugt mit einem Rand (vii) das Dämpfungselement (iii) von der Zusatzfeder (vi), wobei der Rand (vii) bevorzugt derart ausgestaltet ist, dass die Kolbenstange (i) durch ihn hindurch geführt werden kann.
Die Distanz (xxvi) zwischen Oberseite Einleger (ii) und Oberseite Topf (iv) bzw. Unterseite Deckel (viii) beträgt bevorzugt 15 mm bis 35 mm, besonders bevorzugt 20 mm bis 30 mm, insbesondere 24,5 mm. Die Distanz (xxv) zwischen Oberseite Rand (vii), d.h. der Seite des Randes (vii), an die das Dämpfungselement (iii) anliegt, und Oberseite Topf (iv) bzw. Unterseite Deckel (viii) beträgt bevorzugt 20 mm bis 60 mm, besonders bevorzugt 30 mm bis
25 50 mm, insbesondere 40 mm.
Das Dämpfungselement (iii) und/oder die Zusatzfeder (vi) sind bevorzugt auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten gefertigt, besonders bevorzugt auf der Basis von zelligen PoIyurethanelastomeren, die ggf. PolyharnstoffStrukturen enthalten können, insbesondere 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. Derartige Elastomeren auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, beispielsweise Polyurethanen und/oder Polyharnstoffen, beispielsweise Polyurethanelastomeren, die gegebenenfalls HarnstoffStrukturen enthalten können, sind allgemein bekannt. 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. Derartige Elastomere auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und ihre Herstellung sind allgemein
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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.
Die Oberflächentemperatur der Forminnenwand beträgt üblicherweise 40 bis 95°C, bevorzugt 50 bis 900C. 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 1200C, vorzugsweise von 30 bis 1100C, in das Formwerkzeug eingebracht. Die Verdichtungsgrade zur Herstellung der Formkörper liegen zwischen 1,1 und 8, vorzugsweise zwischen 2 und 6.

Claims (14)

1. Federkonstruktion enthaltend eine Kolbenstange (i), auf der mindestens ein Einleger (ii) befestigt ist, dessen Rand von einem Dämpfungselement (iii) umfasst wird, welches an mindestens zwei Seiten von einem Topf (iv) und/oder einer Scheibe (v) umschlossen wird.
2. Federkonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (iii) mit der Oberseite an eine Scheibe (v) grenzt.
3. Federkonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (iii) mit der Oberseite an eine Scheibe (v) und mit der Unterseite an einen Rand (vii) des Topfes grenzt und zwischen Scheibe (v) und Rand (vii) gepresst vorliegt.
4. Federkonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Einlegers (ii) auf der Kolbenstange (i) eine hohle zylindrische Zusatzfeder (vi) positioniert ist.
5. Federkonstruktion gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (ii), das Dämpfungselement (iii) und zumindest teilweise die Zusatzfeder (vi) von dem Topf (iv) umschlossen werden.
6. Federkonstruktion gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (iv) mit einem Rand (vii) das Dämpfungselement (iii) von der Zusatzfeder (vi) trennt.
7. Federkonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (iv) an seinem oberen Ende von einem Deckel (viii) verschlossen ist, wobei zwischen Deckel (viii) und Topf (iv) gegebenenfalls ein Dichtring (xx) positioniert ist.
8. Federkonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (iii) eine Höhe (ix) von 20 mm bis 60 mm, einen äußeren Durchmesser (x) von 50 mm bis 70 mm und einen inneren Durchmesser (xi) von 20 mm bis 45 mm aufweist und der Einleger (ii) mit einem äußeren Durchmesser (xii) von 25 mm bis 65 mm in einer entsprechenden Aussparung im Hohlraum des Dämpfungselementes (iii) positioniert wird.
9. Federkonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (v) einen äußeren Durchmesser (xv) von 50 mm bis 70 mm, einen inneren Durchmesser (xvi) von 20 mm bis 32 mm und eine Höhe (xvii) von 10 mm bis 20 mm aufweist.
10. Federkonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Dämpfungselement (iii) auf zelligen Polyurethanelastomeren basiert.
11. Federkonstruktion gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (iii) auf zelligen Polyurethanelastomeren mit einer Dichte nach DIN 53420 von 200 bis 1100 kg/m3, einer Zugfestigkeit nach DIN 53571 von 2 N/mm2, einer Dehnung nach DIN 53571 von 300% und einer Weiterreißfestigkeit nach DIN 53515 von 8 N/mm basiert.
12. Federkonstruktion gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (vi) auf zelligen Polyurethanelastomeren basiert.
13. Federkonstruktion gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (vi) auf zelligen Polyurethanelastomeren mit einer Dichte nach DIN 53420 von 200 bis 1100 kg/m3, einer Zugfestigkeit nach DIN 53571 von 2 N/mm2, einer Dehnung nach DIN 53571 von 300% und einer Weiterreißfestigkeit nach DIN 53515 von 8 N/mm basiert.
14. Automobile enthaltend Federkonstruktionen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
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