Formkörper auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren
Beschreibung
Die Erfindung betrifft hohle, bevorzugt zylindrische Formkörper, bevorzugt mit einer Höhe zwischen 10 mm und 150 mm, einem äußeren Durchmesser zwischen 10 mm und 200 mm und einem Durchmesser des Hohlraums zwischen 5 mm und 50 mm, auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren, die ggf. Polyhamstoffstrukturen enthal¬ ten können, besonders bevorzugt auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren 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, wobei ein Teil der Oberfläche des zelli¬ gen Polyurethanelastomers eine kompakte Haut aufweist und bei einem weiterenTeil der Oberfläche des zelligen Polyurethanelastomers die kompakte Haut und gegebe¬ nenfalls ein Teil des Werkstoffes mittels trennender Bearbeitungsverfahren entfernt ist. Diese zelligen Polyurethanelastomere werden nachfolgend auch als mikrozellige Poly¬ urethane oder Polyurethanelastomere bezeichnet. Des weiteren betrifft die Erfindung Rundlager enthaltend Innenbuchse (i) sowie mindestens einen erfindungsgemäßen hohlen zylindrischen Formkörper. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf Dämpferla¬ ger enthaltend Einleger (v), der von einem erfindungsgemäßen zylindrischen Formkör¬ per umfasst wird. Des weiteren betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung der er¬ findungsgemäßen Formkörper, wobei man von einem hohlen zylindrischen Formkörper auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren mittels bearbeitender Trennverfah- ren Teile in axialer Richtung ablängt und anschließend die Oberfläche des Hohlraumes des abgelängten hohlen zylindrischen Formkörpers mit Hilfe trennender Bearbeitungs¬ verfahren bearbeitet. Außerdem betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formkörper, wobei man die Oberfläche des Hohlraumes des be¬ vorzugt hohlen zylindrischen Formkörpers mit Hilfe trennender Bearbeitungsverfahren bearbeitet und anschließend von dem bevorzugt hohlen zylindrischen Formkörper auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren mittels bearbeitender Trennverfahren Teile in axialer Richtung ablängt.
Polyurethanelastomere zum Beispiel in Rundlagern, Zusatzfedern oder Dämpferlagern werden in Automobilen beispielsweise innerhalb des Fahrwerks verwendet und sind allgemein bekannt. Mit Hilfe von Rundlagern werden im Automobil Aggregate, Getrie¬ be, Motoren, Fahrwerksbauteile u.a. untereinander oder mit der Karosserie verbunden. Dabei erfüllen sie durch die Verwendung von Elastomerwerkstoffen die Funktion der elastischen Lagerung; andererseits sind sie auf Grund ihrer viskosen Eigenschaften in der Lage, Energie zu dissipieren und damit Schwingungen zu dämpfen. Dabei wird ein hohes Maß an Dämpfung besonders für die Bedämpfung großer Amplituden von nie¬ derfrequenten Schwingungen benötigt, die z.B. die Anbindung der Stossdämpfers an
die Karosserie beeinflussen. Andererseits ist bei kleinen Amplituden und höheren Fre¬ quenzen eine hohe Dämpfung aus Gründen der Fahrzeugakustik unerwünscht. Das Dämpfungsverhalten derzeitiger, konventioneller Rundlager ist abhängig vom intrinsi¬ schen Dämpfungsvermögen des eingesetzten Elastomerwerkstoffes.
Die Dämpfungskonstruktionen, insbesondere die Rundlager oder Dämpferlager bein¬ halten häufig als elastisches Lagerelement ein mikrozelliges Polyurethanelastomer. Bekannte Verfahren zur Herstellung dieser Rundlager und Dämpferlager werden übli¬ cherweise derart durchgeführt, dass das mikrozellige Polyurethanelastomer in Gegen- wart der Innenbuchse oder des Einlegers hergestellt, d.h. verschäumt wird. Dies bietet den Vorteil, dass Innenbuchse und elastisches Lagerelement haftend miteinander ver¬ bunden werden und zudem das Lager in einem Schritt gefertigt werden kann.
Nachteilig bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Rundlagern ist Ausschuss, der sich bei nicht spezifikationsgerechter Verschäumung des Polyurethanelastomers ergibt. In diesen Fälle muss nicht nur das Elastomerbauteil, sondern mit diesem auch der Einleger, d.h. die Innenbuchse verworfen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, ein Verfahren zur Herstellung von Verbundelementen, bevorzugt Rundlagern und/oder Dämpferlagern, insbesondere Dämpferlagern enthaltend (i) Metall und/oder harten, kompakten Kunststoff, bevorzugt Metall, sowie, bevorzugt haftend verbunden, besonders bevorzugt verklebt mit (i), Po¬ lyurethan (ii), bevorzugt mikrozelliges Polyurethanelastomer (ii) zu entwickeln, bei dem der wirtschaftliche Nachteil der konventionellen Fertigung vermindert wird, um so den Markt für niedrigpreisigere Bauteile auszudehnen. Außerdem sollten die Verbundele¬ mente, insbesondere die Dämpferlager und/oder Rundlager möglichst einheitliche Ei¬ genschaften aufweisen, d.h. ein enges Spezifikationsfenster insbesondere bezüglich der mechanischen und dynamischen Eigenschaften der Lagerelementes erfüllen. Des weiteren sollte der gesamte Herstellprozess wirtschaftlich optimiert werden, insbeson- dere der Fixkostenanteil reduziert werden. Dieses neue Verfahren sollte insbesondere für Dämpferlager und/oder Rundlager, die in Automobilen oder Lastkraftwagen zum Einsatz kommen, dort insbesondere Rundlager, deren Außenbuchse an der Karosserie befestigt werden oder Teil der Karosserie sind, oder Dämpferlager, an deren Einleger die Kolbenstange eines Stoßdämpfers befestigt ist, in Frage kommen.
Diese Aufgabe konnte durch das eingangs dargestellten erfindungsgemäße Verfahren und die hohlen bevorzugt zylindrischen Formkörper gelöst werden. Dabei können be¬ vorzugt die Stirnseite, Mantelfläche und/oder Oberfläche des Hohlraums, bevorzugt Stirnseite und/oder Oberfläche des Hohlraums, des zylindrischen Formkörpers mittels trennender Verfahren bearbeitet sein. Besonders bevorzugt ist die Oberfläche des Hohlraums mittels spanender Trennverfahren bearbeitet. Erfindungsgemäß bevorzugt sind zylindrische Formkörper, bei denen die Stirnseiten eine unebene, d.h. in axialer
Richtung unterschiedliche Ausdehnung, bevorzugt wellige Kontur aufweist. Entspre¬ chende Konturen sind in der DE-A 102 29 287 offenbart.
Zylindrische, hohle Formkörper auf der Basis von Polyurethanelastomeren werden in Formen hergestellt und weisen als Integralschaumstoffe nach der Fertigung eine kom¬ pakte Haut sowie einen zelligen Kern auf. Die erfindungsgemäßen Formkörper unter¬ scheiden sich von diesen bekannten Verfahrensprodukten dadurch, dass die Integral¬ schaumformkörper mittels der trennenden Bearbeitungsverfahren derart bearbeitet werden, dass man zumindest teilweise die kompakte Haut der Integralschaumstoffe und gegebenenfalls einen Teil des zelligen Kernwerkstoffes entfernt.
Zwei erfindungsgemäße Formkörper sind beispielhaft in den Figuren 1 und 2 darge¬ stellt. Dabei beschreibt Figur 2 einen Formkörper, bei dem die Stirnseite die bevor¬ zugte wellenförmige Ausgestaltung aufweisen.
Unter den Ausdrücken trennende Bearbeitung oder trennende Bearbeitungsverfahren sind „trennende Fertigungsverfahren", insbesondere trennende Fertigungsverfahren nach DIN 8580 zu verstehen, bevorzugt Schneidverfahren oder Sägeverfahren. Besonders bevorzugt kommen Dreh-, Fräs- und Abstechverfahren in Betracht.
Die erfindungsgemäßen Formkörper und das erfindungsgemäße Verfahren bieten den erheblichen Vorteil, dass eine Vielzahl von einzelnen Schäumverfahren zur Herstellung der Polyurethanelastomere mit dem entsprechenden Aufwand bezüglich der sehr kos¬ tenintensiven Formen und der Anlage reduziert wird auf sehr wenige Verschäumungen größere Polyurethanformkörper reduziert. Außerdem kann durch das erfindungsge¬ mäße Verfahren der Ausschuss an wertvollen Ausgangsmaterialien deutlich vermindert werden, da das Polyurethanelastomer nicht direkt an die Einleger (v) oder die die In¬ nenbuchse (i) angeschäumt wird. Bei Problemen beim Verschäumen muss somit nicht der Einleger (v) oder die Innenbuchse (i) zusammen mit der Elastomerbauteil verwor- fen werden.
Weitere Vorteile bestehen darin, dass die Toleranz der Bauteileigenschaften reduziert werden kann und dass eine strikte Trennung der Produktion des zelligen PU-elasto- mers und der weiteren Wertschöpfungsprozesse erfolgen kann.
Diese erfindungsgemäßen Vorteile sind nicht beschränkt auf bestimmte Konstruk¬ tionen, bei denen die eingesetzten Polyurethanelastomere als Dämpfungselemente wirken, z.B. Dämpferlager, die insbesondere im Automobilfahrwerk zum Einsatz kom¬ men oder Rundlagern. Die erfindungsgemäßen Formkörper bieten allgemein den Vor- teil, dass aufgrund des präzisen Zuschnitts die funktionalen Oberflächen des Formkör¬ pers, d.h. die Oberflächen, die mit anderen Bauteilen in Kontakt stehen oder kommen, besser und flexibler auf den Einsatz abgestimmt werden können.
Ein weiterer Vorteil besteht in der präzisen Fertigung des Elastomerbauteils durch das trennende Fertigungsverfahren, insbesondere das Schneiden oder Sägen. Dies war sehr überraschend, da gerade Fräs- und Drehvorgänge an elastischen Bauteilen übli- cherweise schwierig durchzuführen sind.
Besonders bevorzugt sind Dämpferlager, bei denen ein Einleger von dem zylindrischen hohlen Formkörper in axialer und radialer Richtung umfasst wird. Bevorzugt kann der Einleger eine mittige Bohrung aufweisen, in der bevorzugt die Kolbenstange eines Au- tomobilstoßdämpfers fixiert werden kann, und der zylindrische Formkörper den äuße¬ ren Rand des Einlegers (v) oberhalb, unterhalb und seitlich umfasst. An dem Einleger (v) kann bevorzugt die Kolbenstange des Stoßdämpfers verschraubt werden, was bevorzugt dazu führt, dass auftretende Kräfte des Stoßdämpfers über das Lagerele¬ ment gedämpft in die Karosserie gehen. Der Einleger (v) kann wie auch die Innen- buchse (i) auf allgemein bekannten bevorzugt harten Materialien basieren, beispiels¬ weise Metall oder harten Kunststoffen, z.B. thermoplastischem Polyurethan, Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol oder bevorzugt Polyoxymethylen, besonders bevorzugt Metallen, insbesondere Stahl oder Aluminium. Der äußere Durchmesser des Einlegers (v) beträgt bevorzugt zwischen 30 mm und 90 mm, besonders bevorzugt zwischen 15 mm und 60 mm.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind auch Automobile enthaltend Dämpfungselemente, wobei als Dämpfungselemente in dem Automobil die erfindungsgemäßen Formkörper, Rundlager und/oder Dämpferlager vorliegen.
Die erfindungsgemäßen Polyurethanelastomere sind allgemein bekannt und vielfältig beschrieben. Bevorzugt handelt es sich bei den Elastomeren um mikro∑ellige Elasto¬ mere 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 physikali¬ schen Eigenschaften. Elastomere auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditions- produkten und ihre Herstellung sind allgemein bekannt und vielfältig beschreiben, bei¬ spielsweise 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 her¬ gestellt, in der man die reaktiven Ausgangskomponenten miteinander umsetzt. Als Formen kommen hierbei allgemein übliche Formen in Frage, beispielsweise Metallfor¬ men, die aufgrund ihrer Form die erfindungsgemäße dreidimensionale Form des Fe- derelements gewährleisten. Die Herstellung der Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte kann nach allgemein bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise indem man in ei¬ nem 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.
Bevorzugt weisen die zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten einen Druckver- formungsrest kleiner 25 % nach DIN 53572, wobei als Prüfkörper Würfel der Abmes¬ sung 40 mm x 40 mm x 30 mm ohne Silikonanstrich verwendet werden, die Prüfung bei konstanter Verformung erfolgt, wobei die Prüfkörper um 40 % zusammengedrückt und 22 Stunden bei 8O0C im Umluftschrank gehalten werden, die Prüfeinrichtung nach der Entnahe aus dem Wärmeschrank 2 Stunden im zusammengedrückten Zustand auf Raumtemperatur abgekühlt wird, anschließend der Prüfkörper aus der Prüfeinrichtung entnommen wird und 10 min + 3O s nach der Entnahme der Prüfkörper aus der Prüf¬ einrichtung die Höhe der Prüfkörper auf 0,1 mm genau gemessen wird.