DE3716680A1

DE3716680A1 - Tellerfeder aus kunststoff mit besonderen daempfungseigenschaften als funktionsintegrierte federdaempferbaueinheit

Info

Publication number: DE3716680A1
Application number: DE19873716680
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Jahnke; Helmut Prof Dr Kaeufer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-05-19
Filing date: 1987-05-19
Publication date: 1988-12-01

Description

2. Beschreibung des Patents 2.1 Titel

Tellerfeder aus Kunststoff mit besonderen Dämpfungseigenschaften als funktionsintegrierte Federdämpferbaueinheit.

Die Erfindung betrifft Tellerfedern aus thermplastischem Kunststoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1-8.

2.2 Stand der Technik

In vielen Bereichen des Maschinenbaus werden zur Dämpfung von Schwingungen und Stößen Feder-Dämpfer-Systeme eingesetzt. Ein dabei häufig angewandtes Konstruktionsprinzip ist das "Federbein", das die Kombination einer Feder (meistens in Ausführung einer Schraubenfeder aus Stahl) und einen Dämpfer (z. B. Öldruckdämpfer) zu einer Baugruppe darstellt.

Als Beispiel sei an dieser Stelle die Radaufhängung in PKW's erwähnt, auch im Bereich der Feinwerktechnik werden derartige Dämpfungssysteme, z. B. in Waschmaschinen, eingesetzt.

Die beiden Aufgaben
- Erzeugung einer Federkraft und
- Dämpfung
müssen in getrennten Baueinheiten gelöst werden.

Nachteilig ist hierbei einerseits der hohe konstruktive Aufwand (viele Einzelkomponenten), andererseits die Schwierigkeit bei einer bestehenden Konstruktion die Feder-Dämpfungscharakteristik zu modifizieren, da die Einzelkomponenten auf einander abgestimmt sein müssen.

Für hochwertige Schwingungssysteme dieser Art bestand allerdings bisher konstruktiv keine Alternative.

Für Einsatzzwecke bei denen nur eine gringe Federkraft in Verbindung mit einer relativ hohen Dämpfung gefordert ist, z. B. bei Anschlagpuffern und bei der Geräuschdämpfung, werden häufig Federelemente aus elastomeren Kusntstoffen ("Gummi") angewandt.

Hierzu wurden unter Kapitel F 16 F 1/36 eine Vielzahl von Patenten veröffentlicht.

In den letzten Jahren sind eine Reihe von Kunststoffedern unter Verwendung von duromeren Kunststoffen entwickelt worden.

Hierbei werden bevorzugt Faserverbundwerkstoffe, wie glasfaserverstärkte, kohlenstoffaserverstärkte oder aramidfaserverstärkte Harze (GFK, CFK, AFK) verarbeitet.

Mit diesen Kunststoffedern lassen sich gute Federeigenschaften erzielen.

Entsprechende Patente zu Federn unter Verwendung von duromeren Kunststoffen sind unter Kapitel F16 F1/18 klassifiziert.

Einer weiteren Verbreitung derartiger Federn im allgemeinen Maschinenbau steht bislang
- zum einen der hohe Preis der Grundwerkstoffe
- zum anderen das zur Herstellung der Federn erforderliche, durch einen großen Anteil von Handarbeit
geprägte, aufwendige Fertigungsverfahren entgegen.

2.3 Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Konstruktiv einfach gestaltete, preisgünstige Lösung als Ersatz für herkömmliche Feder- Dämpfer-Baugruppen zu schaffen.

Die Ersatzkonstruktion soll mit den Eigenschaften bishergier vergleichbar sein und auch neue Möglichkeiten eröffnen.

An ein solches Schwingungssystem werden folgende Forderungen gestellt:
- einfache, preiswerte Herstellung
- große Flexibilität in der Federdämpfer charakteristik

a) in Hinsicht auf die Federeigenschaften
b) in Hinsicht auf die Dämpfungseigenschaften

2.4 Lösung der Aufgabe

Die oben gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unter Ausnutzung moderner, spanloser Fertigungsverfahren Teile aus thermoplastischem Kunststoff mit einem speziellen Eigenschaftsniveau hergestellt werden können.

Besonders hervorzuheben ist, daß die Lösung der Aufgabe "Schwingungsdämpfungssystem" in einem einzigen Bauteil realisiert wurde, dieser Grundbaustein kann zur Erzeugung weiterer Effekte zu einer Baueinheit geschichtet werden.

Das Erreichen dieser speziellen Eigenschaften im Vergleich zu anderen Kunststoffedern nämlich
- die Einstellung mittlerer und hoher Fderkräfte bei gleichzeitiger
- Einstellbarkeit der Dämpfungseigneschaften
- hohe Beanspruchbarkeit und somit hohe Lebensdauer stützt sich dabei im wesentlichen auf drei Säulen

1. Konstruktion
Durch die gezielte Konstruktion, das heißt, die Dimensionierung der Tellerfeder wird die Grundvoraussetzung für die gewünschten Eigenschaften geschaffen.
2. Fertigungsverfahren
Wesentlich Einfluß auf die Eigenschaften der Kunststoff-Tellerfedern haben (bei vorgegebener Dimension und Werkstoff) die Parameter bei der Herstellung. In diesem Zusammenhang ist besonders auf das sogenannte Spritzgießpreßreck-(SPR)-Verfahren hinzuweisen. Bei diesem Verfahren wird durch einen kombinierten Urform- und Umformvorgang eine Reckung erzielt, diese Reckvorgänge bewirken eine Eigenverstärkung in thermoplastischen Kunststoffen.
3. Werkstoffauswahl
Ein weiterer entscheidender Gesichtspunkt für die Auslegung einer Kunststofftellerfeder mit speziellen Dämpfungseigenschaften ist die Abstimmung des Ausgangwerkstoffes auf die Konstruktion und insbesondere das gewählte Fertigungsverfahren.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es möglich den Tellerfedergrundkörper gestalterisch so zu variieren, daß zusätzliche Funktionen integriert werden. Zum Schutz gegen Beschädigung und Einflüsse von aggressiven Medien kann eine Kapselung integriert werden.

Bei geringeren Querkräften können Halterungselemente am Federgrundkörper mit integriert werden, die den Verzicht auf weitere Führungselemente ermöglichen.

2.5 Erzielbare Vorteile

Durch die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe werden insbesondere folgende Vorteile erreicht:

- der Hauptvorteil liegt in der Substitution einer komplexen Baugruppe bestehend aus separater Feder und Dämpfereinheit durch ein Bauelement (bzw. einer Anzahl gleichartiger Bauelemente)
- ein weiterer Vorteil ist die Korrosionsanfälligkeit thermoplastischer Kunststoffe. Dadurch wird der Einsatz von dem Patent entsprechenden Feder-Dämpfer-Einheiten in Systeme erleichtert, die bisher aus Korrosionsgründen gesondert gekapselt werden mußten.

zusätzlich zu erwähnen ist:

- es wird nur ein Basiswerkstoff benötigt
- spanlose Fertigung in einem Arbeitsgang
- geringe Lagerhaltung
- geringer Montageaufwand
- die Erzielung spezieller optischer Effekte ist möglich
- spezielle elektrische Effekte sind möglich

Durch die erzielbaren Vorteile wird der wirtschaftliche Wert der Erfindung deutlich.

4. Zeichnungen Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In den folgenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 von einer erfindungsgemäßen Tellerfeder den Querschnitt (Ausführung konisch)
Da = Außendurchmesser
Di = Innendurchmesser
d = Federdicke
H = Aufstellhöhe

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Tellerfedervariante mit Kugelkalotte-Querschnitt
Da = Außendurchmesser
Di = Innendurchmesser
DK = bezogener Kugeldurchmesser
d = Dicke

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Tellerfeder mit variierter Federblattdicke
Da = Außendurchmesser
Di = Innendurchmesser
d 1 = Ausgangsdicke
d 2 = Enddicke

Fig. 4 Tellerfeder mit zusätzlich integrierten Haltefunktionen.
Bei dem Ausführungsbeispiel wurde der Federgrundkörper (1) durch Anbringung zusätzlicher Halteelemente ergänzt. Diese Halteelemente sind am Außendurchmesser (2) und Innendurchmesser (3) als umlaufende oder unterbrochene Kragen ausgeführt.
In diese Halteelemente wird bei einer Schichtung mehrerer Federn das nächstfolgende Federelement (siehe Fig. 7) oder die entsprechenden Befestigungselemente eingeschnappt.

Fig. 5 Tellerfeder mit zusätzlich integrierten Halte- und Staubschutzfunktion.

Fig. 5a ein Tellerfeder-Grund-Element (2), bei dem am Außendurchmesser ein hochgezogener, dünner umlaufender Kragen (1) als "Staubschutz" integriert wurde. Dieser Staubschutz greift bei Schichtung der Federn über das nächste Element und deckt es ab.

Fig. 5b ein Tellerfeder-Grundelement (2), bei dem gleichzeitig Halteelemente (3 und 5) entsprechend Fig. 4 und ein Staubschutz- Element (4) integriert wurden.

Fig. 6 zeigt das Prinzipbild der Zusammenschaltung mehrerer Tellerfederelemente zu einer Federsäule. Die Grundfederelemente entsprechend Fig. 1, 2, 3, 4 oder 5 sind hierbei auf einer Achse entweder wechsel- oder gleichsinnig angeordnet.

Fig. 7 Einsatzbeispiel für funktionsintegrierte Federelemente.

Claims

1. Kunststoffeder aus thermoplastischem Kunststoff mit tellerförmiger Gestaltung des Federelementes, dadurch gekennzeichnet, daß durch die konstruktive Auslegung in Bezug auf Gestalt und Herstellung ein besonderes Eigenschaftsniveau in der Federkennlinien- Charakteristik erzielt wird, mit dem einerseits die Funktion einer Feder, das heißt
- Energieaufnahme und Speicherung,
andererseits die Funktion eines Dämpfers, daß heißt
- frequenz- und auslenkungsabhängige Energieabsorbtion in einem Bauteil integriert sind.

2. Kunststoffeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tellerförmige Gestalt des Federelements einen konischen Querschnitt aufweist (Fig. 1), oder in Form einer Kugelkalotte (Fig. 2) gestaltet ist.

3. Kunststoffeder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfederdicke sowohl konstant als auch keilförmig gestaltet wird (Fig. 3).

4. Kunststoffeder nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermplastische Werkstoff durch ein Reckverfahren bei der Herstellung eigenverstärkt wird.

5. Kunststoffeder nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der thermplastische Grundwerkstoff durch Einbringung von Verstärkungsmaterialien (z. B. Faserverstärkung) modifiziert wird.

6. Kunststoffeder nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper funktionsintegrativ gestaltet ist, das heißt, daß zusätzliche Elemente wie Halteelemente (Fig. 4), Staubschutzelemente (Fig. 5) mit dem Federgrundelement zu einem Bauteil kombiniert werden.

7. Kunststoffeder nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente zur Erzeugung spezieller elektrischer und optischer Effekte genutzt werden können.

8. Kunststoffeder nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Grundelemente zu einer Tellerfedersäule geschichtet werden (Fig. 6).