KR20110045045A

KR20110045045A - 보조 스프링

Info

Publication number: KR20110045045A
Application number: KR1020117005596A
Authority: KR
Inventors: 마리오 볼프
Original assignee: 바스프 에스이
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2011-05-03
Also published as: US20170276203A1; JP2012500372A; CN102132064A; WO2010020588A1; CN102132064B; EP2326855B1; KR101561721B1; EP2326855A1; US20110140326A1; JP5599794B2

Abstract

본 발명은, 외면에 적어도 하나의 둘레 노치를 갖고, 이 둘레 노치는 그 베이스에서 곡률 반경이 1 mm 미만인 노치 형상을 갖는 것인 중공형 스프링 요소에 관한 것이다.

Description

보조 스프링{SUPPLEMENTARY SPRING}

본 발명은, 예컨대 베이스 영역이 타원형이고 성형체가 측면에 상승부를 갖는 것인 중공형 회전 대칭 가요성 스프링 요소(i)와 중공형 회전 비대칭 가요성 스프링 요소(i), 바람직하게는 스프링 요소의 외면, 즉 측면이 적어도 하나, 바람직하게는 1개 내지 6개, 매우 바람직하게는 1개 내지 4개, 구체적으로는 1개 내지 3개의 원주 방향 노치(들)(xii)를 포함하는 중공형 회전 대칭 가요성 스프링 요소로서, 원주 방향 노치는 그 베이스에서 곡률 반경이 1 mm 미만, 바람직하게는 0.3 mm 미만, 매우 바람직하게는 0.1 mm 내지 0.25 mm인 노치 형상을 갖는 것인 중공형 회전 대칭 가요성 스프링 요소에 관한 것이다. "원주 방향"이란, 노치가 스프링 요소의 전체 원주에 걸쳐 스프링 요소의 직경을 줄인다는 것을 뜻한다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 스프링 요소를 포함하는 자동차 섀시에 관한 것으로, 구체적으로는 충격 흡수기의 피스톤 로드 상에 본 발명에 따른 스프링 요소가 위치 설정되는, 즉 스프링 요소(1)의 연속적으로 축방향으로 정렬된 중공형 공간에 피스톤 로드가 위치 설정되는 자동차 섀시에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 스프링 요소를 포함하는 자동차, 예컨대 승용차, 트럭 또는 버스에 관한 것이다.

폴리우레탄 탄성중합체로 제작되는 서스펜션 요소가 자동차에, 예컨대 섀시 내에서 사용되며, 상기 서스펜션 요소는 예컨대 DE 10 2004 049 638 A1, WO 2005/019681 및 DE 203 11 242 U1으로부터 일반적으로 공지되어 있다. 서스펜션 요소는 구체적으로 자동차에서 진동 감쇠 스프링 요소로서 사용된다. 이 경우, 스프링 요소는 차량 서스펜션의 점진적인 특징을 형성하거나 강화함으로써 차륜의 힘-변위 특징에 영향을 주는 엔드-스톱 기능을 맡는다. 차량의 피칭(pitching) 효과는 줄어들 수 있고, 롤링의 방지가 증가된다. 특히 형상 구성으로 인해, 초기 강성도(rigidity)가 최적화되고, 이는 차량의 서스펜션 거동에 결정적인 영향을 준다. 형상 구성을 특별히 선택함으로써 구성 요소의 특성이 그 수명 전체에 걸쳐 실제적으로 일정해진다. 이러한 기능은 주행의 쾌적함을 증대시키고, 도로에서의 높은 수준의 안전성을 보장한다.

이러한 보조 스프링의 3차원 구조에 있어서의 한가지 난점은, 스프링 요소의 단면에 있어서의 모든 변화가 스프링 특징에 있어서 급작스러운 변화를 유발하기 때문에[도 3의 (xxxi) 참고], 탄성 구성 요소가 스프링 요소에 맞물릴 때 가능한 한 조화된 특징을 달성하는 것에 관한 것이다. 이와 동시에, 외형은 주기적인 높은 하중을 견디는 것과 동시에 재료가 이용 가능한 설치 공간을 넘어 팽창하는 것을 허용하지 않도록 되어 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 보조 스프링, 바람직하게는 자동차 섀시용의 보조 스프링으로서, 3차원 형태가 균일한, 즉 진동하지 않는 강성 프로파일을 갖고[도 3의 (xxxii) 참고], 재료에 매우 균일하게 하중을 가하는 것인 보조 스프링을 개발하는 것이다. 이를 위해서는, 스프링 요소가 굴곡, 좌굴 또는 팽창되는 경향이 없는 것이 필수적이다.

이러한 요건은 서두에서 설명된 스프링 요소에 의해 충족된다. 본 발명에 따른 스프링 요소는 예컨대 도 1 및 도 2에서 상세히 제시되어 있다. 모든 도면에서, 특정된 치수의 단위는 mm이다.

본 발명에 따르면, 종래의 구조의 경우에 소정 형상 조건 하에서 굴곡 립이, 일반적으로 충격 흡수 장치로 대표되는 접촉체에 대해 슬립하고, 이로 인해 불가하게 다양한 추가의 불리한 효과와 함께 보조 스프링의 장기적인 강도가 줄어들게 된다는 문제점을 방지할 수 있는 스프링 요소가 제공된다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 스프링 요소를 도시한 단면이다.
도 3은 스프링의 변형에 대해 강성을 플롯팅한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 스프링 요소를 도시한 단면이다.

스프링의 변형에 대해 강성이 플롯팅된 도 3에서 볼 수 있다시피, (xxxii)에 의해 프로파일이 식별되는, 본 발명에 따른 구조는 (xxxi)로 식별되는, 비교되는 스프링의 강성 프로파일보다 훨씬 더 균일한 강성 프로파일을 나타낸다.

본 발명에 따른 스프링 요소(i)는 매우 좁은 노치들로 구별된다. 이 경우, 노치들은 바람직하게는 동축으로 배치된다. 노치는, 스프링 요소의 전체 원주에 걸친 스프링 요소의 외경을 줄이는 한정부를 제공한다.

매우 좁은 노치의 구조는 종래 기술에 비해, 노치가 노치 베이스에서 정해진 방식으로 즉시 접힐 수 있는 한편, 반경이 보다 큰 경우에는 강성이 상응하게 감소되어 급작스럽게 접히게 되는 효과를 달성할 수 있다.

보다 큰 반경(xv)으로 인해, 노치의 폐쇄 후에 유효 압축 단면의 크기가 균일하게 증가하게 된다.

통상적으로 예리한 에지형 구성의 특징이 스프링 요소(i)가 하중 및 강력한 변형 하에서 인열되는 예정된 위치를 갖는 지점을 나타내는 것으로 가정되기 때문에, 본 발명에 따른 노치의 구성에 의해 이러한 기술적인 결과가 달성된다는 것은, 당업자에게 있어서 놀라운 것이었다. 그러한 외형은, 팽창하는 발포체가 예리한 에지형 전이부에서 위로 접히고 이에 의해 공기를 포획할 수 있기 때문에, 포획 공기의 포켓 형태의 제조 문제를 수반하다는 것도 역시 가정하였다.

외면 상의 원주 방향 한정부는 모두 본 발명에 따른 노치(xii) 형태로 구성되는 스프링 요소(i)가 바람직하다.

노치(xii)의 노치각(xvi)은 바람직하게는 90 도 미만이고, 매우 바람직하게는 70 도 미만이다. 특히, 노치(xii)의 노치각(xvi)은 50 도 내지 70 도 이다.

노치의 노치각은 바람직하게는 한정부의 최하위부를 통과하는 실린더 축에 대해 수평인 수평면을 중심으로 대칭으로 구성된다. 상기 수평면은 회전축에 대해 수직으로 연장됨으로써 형성된다.

노치의 노치 둘레(xv)의 곡률 반경은 3 mm보다 크고, 매우 바람직하게는 7 mm보다 크며, 특히 9 mm 내지 11 mm이다. 매우 바람직하게는, 노치 둘레(xv)의 곡률 반경은 Da - Di 차에 상응하는 반경을 가지며, 상기 식에서 Di는 노치 둘레에 가장 근접하게 위치하는 노치의 베이스(xii)에서의 스프링 요소(i)의 직경이고, Da는 라운딩이 접선 방향으로 연장되는 지점에서의 스프링 요소의 직경이다. 이는 도 2에 도시되어 있다.

스프링 요소(i)는 바람직하게는 굴곡 립(xx)을 가지며, 굴곡 립(xx)은 스프링의 요소의 축방향 일단부에 배치된다. 원활한 압축을 보장하는 것으로 일반적으로 알려져 있는 형태가 굴곡 립으로서 고려되며, 이러한 형태로는 예컨대 페탈(petal) 형태(예컨대 DE 20 2004 003 829 U1에 설명되어 있는 페탈 형태를 지닌 스프링), 파형 형태(WO 2005/019681) 또는 외측 방향을 향하는 둘레(DE 10 2004 049 638 A1)이 있다. 이들 중, 굴곡 립(xx)의 둘레(ii)가 외측 방향을 향하고 스프링 요소(i)의 중공형 공간(v)이 굴곡 립(xx)의 높이에서 확대되는 것인 스프링 요소가 바람직하다. 이 경우, "굴곡 립의 높이"는 굴곡 립(xx)이 위치되는 영역에서 축방향으로의 스프링 요소의 부분을 뜻한다. 도 1에서 이 높이는 지점(xiii)에서 시작하여 스프링 요소의 하단으로 연장되는 축방향 길이이다. 이러한 영역은 또한 런아웃 구역이라고도 칭할 수 있다. 도 1 및 도 2에 따르면, 둘레(ii)는 실제적으로 굴곡 립(xx)이며, 굴곡 립(xx)은 중공형 공간(v)이 확대되는 스프링 요소(i)의 단부의 전체 영역을 나타낸다. 순수한 단축(單軸) 하중이 크게 작용하고 외측 방향을 향하는 굴곡 립이 사용되는 용례에서, 강성에 있어서의 초기의 급작스러운 변화의 발생은 굴곡 립의 외형에 의해 방지될 수 있다. 이는 파형 구조(xxi)에 의해 또는 단속부(xxii)에 의해 달성되는 것이 바람직하다. 제1 접촉시에 이루어지는 표면적의 감소는 힘 또는 강성 프로파일이 상당히 영향을 받도록 한다. 순수하게 축방향이 아닌 접촉을 겪는 보조 스프링의 경우, 외측 방향을 향하는 둘레를 갖는 넌컨투어(non-contoured) 굴곡 립이 바람직한데, 그 이유는 단지 작은 영역만이 초기에 맞물리게 되기 때문이다.

매우 바람직한 구조의 둘레(ii)가 도면으로부터 명확하다. 이러한 둘레는 바람직하게는 외측 방향을 향하는데, 즉 스프링 요소의 중공형 공간 반대측을 향한다. 이는, 특정 구조의 둘레(ii)로 인해 중공형 공간이 스프링 요소의 단부면으로 개구된다는 것을 의미한다. "단부면"이라는 용어는 본 명세서에서는 실린더의 측면이 아니라 실린더의 2개의 축방향 단부에 있는 측면에 대해 바람직하게는 수직으로 배치되는 적어도 하나, 바람직하게는 2개의 단부 영역을 의미하는 것으로 이해해야 한다. "축방향"은 실린더의 높이와 평행한 방향을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 이러한 구조는 한편으로는 스프링의 초기 반응이 원활하다는 효과를 달성한다. 다른 한편으로, 본 발명에 따른 구조는 제조면에서의 장점을 제공하는데, 그 이유는 스프링 요소를 보다 용이하고 신속하게 스카프(scarp)가 보다 적도록 탈형할 수 있기 때문이다. 바람직한 둘레(ii)는 도 1 및 도 2에서 명확하게 확인된다. 바람직한 둘레는, 말단이 에지(iii)에 의해 형성되는 스프링 요소(i)의 축방향 단부를 나타낸다.

이러한 바람직한 구조의 굴곡 립은, 스프링 요소(i)의 전체 원주 둘레에서 연장되는 본 발명에 따른 좁은 노치와 함께, 강성 프로파일에 있어서의 증가가 하중 한계까지 균일하게 진행, 즉 진동하지 않는 것을 보장한다. 또한, 재료가 축방향으로 변형되어, 통상적으로 충격 흡수 장치의 피스톤 로드가 배치되는 중공형 공간(v) 방향으로 압박되는 경향이 달성되며, 이는 강력한 하중 시에 팽창을 현저히 줄인다. 종래의 구조의 경우에 소정 형상 조건 하에서 발생하는 현상은 굴곡 립이, 일반적으로 충격 흡수 장치로 대표되는 접촉체에 대해 슬립한다는 것이다. 이로 인해 불가하게 다양한 추가의 불리한 효과와 함께 보조 스프링의 장기적인 강도가 줄어들게 된다. 본 명세서에서 설명되는 구조는 기본적으로 이러한 효과를 방지한다.

중공형 공간(v)이 확대되는 스프링 요소(1)의 부분, 즉 굴곡 립(xx)의 영역에 노치(xii)가 배치되는 스프링 요소가 매우 바람직하다. 굴곡 립의 영역에 배치되는 이러한 노치(xii)는 (xii) 이외에도, 도 2에서 (xxx)로 식별된다. 이는, 노치가 굴곡 립(xxx)의 영역에서 폐쇄되는 동안 굴곡 립에서의 단면의 증가가 완료되지 않았기 때문에 유효 단면이 급작스럽게 증가하지 않는다는 장점을 제공한다. 이러한 효과는, 노치(xxx)가 굴곡 립(xx)에 대한 중공형 공간(v)의 전이부(xiii)와 스프링 요소의 단부면(iii) 사이에 배치되는 경우에 증대된다.

둘레(ii), 바람직하게는 중공형 공간을 향하는 둘레의 표면, 매우 바람직하게는 중공형 공간(v)을 향하는 둘레(ii)의 표면과 둘레(ii)의 외측면 양자와 중공형 공간(v)의 종축 사이의 각도(α)는 25 도 내지 70 도, 매우 바람직하게는 35 도 내지 60 도, 구체적으로 50 도인 스프링 요소가 바람직하다.

둘레(ii)의 두께(vi)는 바람직하게는 2 mm 내지 8 mm, 매우 바람직하게는 2 mm 내지 6 mm, 특히 3 mm 내지 4 mm이다. 둘레(ii)의 높이(ixx)는 바람직하게는 5 mm 내지 20 mm, 매우 바람직하게는 5 mm 내지 10 mm이다.

보조 스프링에 있어서, 스프링 요소는 일반적으로 종래의 치수, 즉 종래의 길이 및 직경을 취할 수 있다. 스프링 요소(i)의 높이(ix)는 바람직하게는 30 mm 내지 200 mm, 매우 바람직하게는 40 mm 내지 120 mm이다. 스프링 요소(i)의 외경(x)은 바람직하게는 30 mm 내지 100 mm, 매우 바람직하게는 40 mm 내지 70 mm이다. 스프링 요소(i)에 있는 중공형 공간의 직경(xi)은 바람직하게는 10 mm 내지 30 mm이다. "중공형 공간"이라는 표현은 바람직하게는, 축방향으로 연속적인, 즉 전체 스프링 요소를 관통하여 연장되는 중공형 공간을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 중공형 공간을 한정하는 스프링 요소(i)의 벽은 바람직하게는 회전 대칭 스프링 요소(i)에서 동축으로 위치 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 스프링 요소(i)는 바람직하게는 일반적으로 알려져 있는 탄성중합체, 예컨대 고무 또는 폴리이소시아네이트 중첨가 생성물(polyisocyanate polyaddition product)을 주성분으로 한다. 스프링 요소는, 선택적으로 폴리우레아 구조를 선택적으로 포함할 수 있는 셀룰러 폴리우레탄 탄성중합체를 주성분으로 하는 것이 바람직하며, 매우 바람직하게는 DIN EN ISO 845에 따른 밀도가 200 내지 1100 kg/m³, 바람직하게는 300 내지 800 kg/m³이고, DIN EN ISO 1798에 따른 인장 강도가 2 N/mm² 크고, 바람직하게는 4 N/mm²보다 크며, 매우 바람직하게는 2 내지 8 N/mm²이고, DIN EN ISO 1798에 따른 연신율이 200 % 이상, 바람직하게는 230 % 이상, 매우 바람직하게는 300 내지 700 %이며, DIN SIO 34-1B(b)에 따른 인열 전파 저항이 6 N/mm 이상, 바람직하게는 10 N/m 이상인 셀룰러 폴리우레탄 탄성중합체를 주성분으로 하는 것이 매우 바람직하다. 탄성중합체는, 바람직하게는 직경이 0.01 mm 내지 0.5 mm, 매우 바람직하게는 0.01 내지 0.15 mm인 셀을 지닌 폴리이오시아네이트 중첨가 생성물을 주성분으로 하는 마이크로셀룰러 탄성중합체인 것이 바람직하다. 폴리이소시아네이트 중첨가 생성물을 주성분으로 하는 탄성중합체와, 이러한 탄성중합체를 마련하는 것은 일반적으로 알려져 있으며, 예컨대 EP-A 62 835, EP-A 36 994, EP-A 250 969, DE-A 195 48 770 및 DE-A 195 48 771에서 광범위하게 설명되었다.

상기 탄성중합체를 마련하는 것은 통상적으로 이오시아네이트와 이소시아네이트에 대해 반응하는 화합물을 반응시킴으로써 이루어진다.

셀룰러 폴리이소시아네이트 중첨가 생성물을 주성분으로 하는 탄성중합체는 통상적으로, 반응 개시 성분들이 서로 반응하는 몰드에서 마련된다. 이때, 적절한 몰드는 일반적으로 종래의 몰드, 예컨대 그 형태로 인해 본 발명에 따른 스프링 요소의 3차원 형상이 확보되는 금속 몰드이다.

셀룰러 폴리이소시아네이트 중첨가 생성물을 마련하는 것은 일반적으로 알려져 있는 방법에 기초하여, 예컨대 1 단계 또는 2 단계 프로세스에서 다음 개시 재료를 사용함으로써 이루어질 수 있다.

(a) 이소시아네이트,

(b) 이소시아네이트와 반응하는 화합물,

(c) 물 및 선택적으로,

(d) 촉매,

(e) 발포제 및/또는

(f) 보조제 및/또는 첨가제, 예컨대 폴리실록산 및/또는 지방산 술포네이트.

몰드의 내벽의 표면 온도는 통상 섭씨 40 도 내지 섭씨 95 도, 바람직하게는 섭씨 50 도 내지 섭씨 90 도이다.

성형부의 제작은 0.85 내지 1.20의 NCO/OH 비를 이용하여 실시되는 것이 유익하며, 가열된 개시 성분들은 혼합되고, 성형부의 소망하는 밀도에 대응하는 양으로, 가열된 바람직하게는 타이트하게 폐쇄된 몰드 내로 주입된다.

성형부는 경화되고, 그 결과 60분 후에 몰드로부터 분리될 수 있다.

몰드 내로 주입되는 반응 혼합물의 양은 통상적으로, 얻어진 몰딩이 전술한 밀도를 갖도록 설정된다.

개시 성분은 통상 섭씨 15 도 내지 섭씨 120 도, 바람직하게는 섭씨 30 도 내지 섭씨 110 도의 온도의 몰드에 주입된다. 몰딩의 제작을 위한 압축도는 1.1 내지 8, 바람직하게는 2 내지 6이다.

셀룰러 폴리이소시아네이트 중첨가 생성물은 편의상, 저압 기법을 이용하는 원샷 프로세스에 의해 또는 특히 개방 또는 바람직하게는 폐쇄 몰드에서의 반응 사출 성형 기법(RIM)에 의해 마련된다. 반응은 구체적으로 폐쇄 몰드에서의 압축에 의해 실시된다. 반응 사출 성형 기법은, 예컨대 Carl Hanser 출판사, 뮌헨, 비엔나 1975년, H. Piechota와 H. Roehr 저, "일체형 발포체", 셀룰러 플라스틱 저널, 1975년 3월/4월호, 제87면 내지 제98면, D.J. Prepelka 및 J.L. Wharton 저, 셀룰러 플라스틱 저널, 1973년 3월/4월호, 제76면 내지 제84면 U.Knipp 저에 설명되어 있다.

i : 스프링 요소
ii : 굴곡 립의 둘레
v : 중공형 공간
xii : 노치
xx : 굴곡 립

Claims

중공형 스프링 요소(i)로서, 상기 중공형 스프링 요소의 외면은 적어도 하나의 둘레 노치(xii)를 갖고, 이 둘레 노치는 그 베이스에서, 곡률 반경(xiv)이 1 mm 미만인 노치 형상을 갖는 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 상기 노치(xii)의 노치각(xvi)은 90 도 미만인 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 상기 노치의 노치각은 실린더 축에 대해 수평면을 중심으로 대칭으로 배치되는 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 상기 노치 둘레 형상(xv)의 곡률 반경은 3 mm보다 큰 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 상기 중공형 스프링 요소(i)는 굴곡 립(xx)을 구비하고, 이 굴곡 립(xx)은 중공형 스프링 요소의 축방향 일단부에 배치되는 것인 중공형 스프링 요소.
제5항에 있어서, 상기 굴곡 립(xx)의 둘레(ii)는 외측 방향을 향하고, 상기 중공형 스프링 요소의 중공형 공간(v)은 굴곡 립(xx)의 높이에서 확대되는 것인 중공형 스프링 요소.
제6항에 있어서, 상기 굴곡 립의 단부면은 파형 구조(xxi) 또는 단속부(xxii)를 갖는 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 중공형 공간(v)이 확대되는 중공형 스프링 요소(i)의 부분에 노치(xii)가 배치되는 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 중공형 공간의 종축과 둘레(ii) 사이의 각도(α)는 25 도 내지 70 도인 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 상기 둘레(ii)의 두께(vi)는 2 mm 내지 8 mm인 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 상기 둘레(ii)의 높이는 5 mm 내지 20 mm인 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 상기 중공형 스프링 요소(i)의 높이(ix)는 30 mm 내지 200 mm인 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 상기 중공형 스프링 요소(i)의 외경(x)은 30 mm 내지 100 mm인 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 상기 중공형 스프링 요소(i)에 있는 중공형 공간의 직경(xi)은 10 mm 내지 30 mm인 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 상기 중공형 스프링 요소(i)는 고무 또는 폴리이소시아네이트 중첨가 생성물(polyisocyanate polyaddition product)을 주성분으로 하는 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 상기 중공형 스프링 요소(i)는 셀룰러 폴리우레탄 탄성중합체를 주성분으로 하는 것인 중공형 스프링 요소.
제1항에 있어서, 상기 중공형 스프링 요소(i)는, DIN EN ISO 845에 따른 밀도가 200 내지 1100 kg/m³이고, DIN EN ISO 1798에 따른 인장 강도가 2 N/mm²보다 크며, DIN EN ISO 1798에 따른 연신율이 200 % 이상이고, DIN ISO 34-1B(b)에 따른 인열 전파 저항이 6 N/mm 이상인 것인 중공형 스프링 요소.