WO2011036177A1 - Federunterlage und verfahren zum herstellen derselben - Google Patents

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WO2011036177A1
WO2011036177A1 PCT/EP2010/063976 EP2010063976W WO2011036177A1 WO 2011036177 A1 WO2011036177 A1 WO 2011036177A1 EP 2010063976 W EP2010063976 W EP 2010063976W WO 2011036177 A1 WO2011036177 A1 WO 2011036177A1
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spring
spring pad
holding element
plastic material
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PCT/EP2010/063976
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Tilko Dietert
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Lisa Dräxlmaier GmbH
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    • F16F1/377—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers characterised by having a particular shape having holes or openings

Definitions

  • the invention relates to a spring pad, in particular for a spring bearing of a motor vehicle, and a method for producing such a spring pad
  • the well-known spring pads consist of a solid thermoplastic molding with material thicknesses of up to 17 mm, on which also a very solid elastomer component in
  • Thermoplastic component serves the correct placement of the spring pad in Federbeindom and gives the
  • Elastomer component especially on the sides, hold, while the elastomer component itself one end of the
  • EP-B-0 924 445 which is described in this document described spring pad has a disc-shaped body made of elastomeric material and embedded in this elastomeric body reinforcing insert made of plastic.
  • the invention is based on the object
  • Motor vehicle which can be produced easily and inexpensively, and to provide a method for producing such a spring pad.
  • This task is accomplished by a spring pad with the
  • the spring pad according to the invention comprises a
  • annular holding element made of a thermoplastic
  • the holding element here serves the appropriate
  • closed cavity refers to a cavity completely or at least largely surrounded by a thermoplastic material.
  • the cavity according to the invention may have one or more openings, such as injection openings.
  • the retaining element of the spring pad according to the invention is consequently designed as a closed hollow body.
  • Such a hollow body can have the same strength as a solid body with the same external dimensions and uniform and sufficient wall thickness (wall thickness). Consequently provides the spring pad according to the invention, a stability and life, which is comparable to those known from the art solid spring pads.
  • the provision of a cavity in the support member provides a significant material savings and weight reduction of the spring pad and the advantages mentioned below in the
  • the at least one closed cavity is completely made of thermoplastic material in the at least one closed cavity
  • a substantially uniform thickness of the walls surrounding the cavity is therefore understood here to mean a component in which the wall thickness of the walls arranged radially or axially, for example adjacent to passage openings, is uniform, apart from the abovementioned accumulations of material. In this way, a particularly high stability and life of the spring pad can be ensured.
  • the holding element has at least one passage opening or a blind hole.
  • the at least one through-hole may be used to pass a fastener, such as e.g. one
  • Bolzens or a screw and thus for attaching the spring pad, for example, on a spring strut, be suitable and dimensioned.
  • a passage opening in the holding element can also be filled by an elastomeric pin during encapsulation with the elastomer in order to achieve a positive connection of the elastomer to the thermoplastic holding element to reach.
  • the holding element according to the invention has a plurality of passage openings, which may be arranged spaced apart, for example, along the circumference of the annular holding element. If the holding element has at least two passage openings are
  • the holding element and the spring support element are positively or materially connected to each other. In this way, a durable and robust connection of these components can be achieved, which also withstands greater external forces exerted on the spring pad forces.
  • the at least one closed cavity is filled with a gas, e.g. Air, filled.
  • a gas e.g. Air
  • the at least one closed cavity may also be partially or completely filled with a highly foamed material. If the
  • an opening such as a Injection port, which can, in this way, the
  • the spring support element consists of a thermoplastic elastomer.
  • the thermoplastic elastomer the thermoplastic elastomer
  • Spring pad are particularly simple and inexpensive to produce in a fully automatic manner in a two-component injection molding. To the necessary
  • thermoplastic elastomer crosslinked during curing or then crosslinked by radiation.
  • the invention provides a method for
  • thermoplastic elastomer and a spring support member made of an elastomeric plastic attached to the support member includes the steps of: introducing a melt of a
  • thermoplastic material in a
  • the at least two tool cores are cooled, for example by high-performance cooling (high-performance hot-spot cooling), and this becomes
  • thermoplastic at least two tool cores separated from each other, so arranged between the at least two tool cores, at least two regions of the thermoplastic
  • Plastic material injected to form a closed cavity in each of these areas.
  • This manufacturing method makes it possible, even with a complicated structure of the holding element, in particular in the vicinity of the passage openings (for example, blind holes), a sufficient and uniform wall thickness of
  • Expander used injection port be drained or aspirated. Residual gas with low pressure can after the ejection of the component by the
  • the resulting wall thickness of the holding element can be controlled by the amount of melt introduced into the injection mold, the type and pressure of the injected expansion material and locally by the degree of cooling on the mold wall.
  • the for the hardening or solidification of the thermoplastic thus, the time required for plastic material can thus be significantly affected by the temperature of the expanding material and thus precisely controlled.
  • resulting injection ports may remain in the element or after the injection process, for example by suitable covers made of thermoplastic material or by forming molded thermoplastic material in injection molding, e.g. be closed in the form of a collar around the injection port, by means of hot caulking or the like, so as to closed cavities without
  • Through holes does not form a sufficient and uniform wall thickness of the support member. Especially the
  • Wall thickness forms.
  • the possible cavity is so small that an expansion of the
  • thermoplastic material is not evenly possible at these bottlenecks. Thus, weak points can arise in the holding element, which in the use of
  • Spring pad for example, for a spring bearing of a motor vehicle, can lead to damage or even destruction of the spring pad by the high external forces.
  • Tool cores for example, by a high-performance hot-spot cooling, strongly cooled, so that there Forming a sufficient wall thickness is ensured, and on the other hand, the expansion material is separately or injected into the arranged between the tool cores areas or segments of the thermoplastic material, so that in each of these areas in each case forms a closed cavity, wherein the cavities thus formed from each other are separated. In this way, in the vicinity of the passage openings, a stable wall with a defined thickness arises. In addition, by cooling the
  • Tool cores achieved a rapid solidification of the melt, so that a breakthrough of the gas or water bubbles is reliably prevented from one area or segment into another. So that the available melt in all areas for the expansion of the plastic material
  • the Angusssystem can be designed accordingly, for example by a suitable
  • On-site material can be replaced.
  • the holding element according to the present invention is designed as a hollow body, can - without mass accumulations - the
  • Weight reduction of the spring pad of about 20% to 30% are possible.
  • a gas, a liquid or a foamed material is used as the expansion material.
  • this can be preferably cooled, so as to allow an even faster solidification of the melt, while using a liquid by the higher
  • thermoplastic material Such an approach offers the further advantages that no injectors are required in the mold cavity, since the gas can be supplied to froth the core material via a hot runner, that by timely switching off the gas injection at the end of the injection process compact material can be injected again, so that the wall of the resulting holding member is compact everywhere, so no injection hole in the component remains that through the
  • Retaining element can penetrate, and that the foam structure additionally increases the strength of the component even more.
  • CO 2 blowing agent for the foam and the good cooling effect is maintained from the inside.
  • CO 2 cooling or stem cooling is used to cool the tool cores.
  • the C0 2 or in the Stemke cooling from the air conditioning known coolant, eg R404a passed in liquid form through capillary tubes in the area to be cooled and evaporates there abruptly by expansion.
  • Phase transition is also deprived of the environment a large amount of heat energy. In this way can be an efficient and fast cooling of the cores and thus a suitable
  • Solidification of the melt can be achieved.
  • the Stemke cooling has the advantage over the C0 2 cooling that the evaporated cooling medium in a compressor
  • the elastomeric plastic material may be attached to the thermoplastic resin material by injection molding onto the thermoplastic material by inserting the cured retainer element into the elastomeric tool or, if the elastomeric plastic material is a thermoplastic elastomer, in a two-component injection molding process. In the latter case, a further reduction of
  • Vulcanization and a fully automatic implementation of the manufacturing process can be achieved.
  • Figures 1 (a) and (b) is a perspective view of a
  • Figure 1 (b) shows an enlarged view of the rectangularly framed portion of Figure 1 (a).
  • Figure 2 is a perspective view of the spring pad shown in Figure 1 from the top thereof;
  • Figure 3 is a perspective view of the spring pad shown in Figure 1 from the underside thereof;
  • Figures (a) and (b) show a cross-sectional view of the spring pad shown in Figure 1 along the line A-A shown in Figure 2, wherein Figure (b) is an enlarged view of the rectangularly framed portion of Figure (a).
  • Figure 1 shows the spring pad 10 according to the invention in the installed state in a spring strut of a
  • the detailed structure of the spring pad 10 according to the present embodiment is shown in Figs. 2-4.
  • the spring pad 10 has in addition to the above
  • the retaining element 12 is made of a thermoplastic, e.g. Polyamide with high glass fiber content ⁇ approx. 30% to 50%) and the spring support member 14 made of an elastomer, e.g. Styrene butadiene rubber (SBR).
  • SBR Styrene butadiene rubber
  • the ring-shaped holding element 12 has
  • the holding member 12 is formed as a hollow body and has between the
  • Through holes 16 and 6 are provided in the circumferential direction of the holding member 12 separate cavities 18, each cavity 18 is located between each two through holes 16 and adjacent thereto.
  • Cavities 18 surrounding walls of the support member 12 is substantially uniform and is 3 to 5 mm.
  • the cavities 16 are each filled with air.
  • a foamed material such as a foamed plastic, may also be used to fill the cavities 18.
  • different cavities 18 also with each
  • the spring pad 10 according to the invention provides significant material savings, thus enabling a substantial reduction in the weight of the pad 10 and a simple and inexpensive manufacture thereof.
  • a GIT or pre-process can be used in which during the injection of the expansion material, ie the gas, water, etc., in the thermoplastic material in this case 6 tool cores of Injection mold cooled by a C0 2 - or Stemke cooling and the expansion material separated from each other by the tool cores
  • the elastomeric plastic material of the spring support element 14 can be attached to the thermoplastic material of the support element 12 in a two-component injection molding process.
  • injection ports may remain in the element 12 or after the injection process, for example, with corresponding covers made of thermoplastic
  • Plastic are closed so as to form closed cavities 18 without openings.

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Abstract

Die Erfindung stellt eine Federunterlage (10), insbesondere für ein Federlager eines Kraftfahrzeugs, bereit, die ein ringförmiges Halteelement (12) aus einem thermoplastischen Kunststoff und ein Federauflageelement (14) aus einem elastomeren Kunststoff, das an dem Halteelement (12) angebracht ist, umfasst, wobei das Halteelement (12) wenigstens einen geschlossenen Hohlraum (18) aufweist. Des Weiteren stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Federunterlage (10) bereit, wobei das Verfahren das Einbringen einer Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffmaterials in ein Spritzgießwerkzeug, das wenigstens zwei Werkzeugkerne zum Ausbilden von wenigstens zwei Durchgangsöffnungen (16) in dem thermoplastischen Kunststoffmaterial aufweist, das Injizieren eines Aufweitungsmaterials zum Ausbilden eines geschlossenen Hohlraums (18) in die Schmelze des thermoplastischen Kunststoffmaterials und das Anbringen eines elastomeren Kunststoffmaterials an das thermoplastische Kunststoffmaterial beinhaltet. Während des Schritts des Injizierens des Aufweitungsmaterials werden die wenigstens zwei Werkzeugkerne gekühlt und wird das Aufweitungsmaterial getrennt in durch die wenigstens zwei Werkzeugkerne voneinander getrennte wenigstens zwei Bereiche des thermoplastischen Kunststoffmaterials injiziert, um in jedem dieser Bereiche jeweils einen geschlossenen Hohlraum (18) auszubilden.

Description

Federunterlage und Verfahren zum Herstellen derselben Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Federunterlage, insbesondere für ein Federlager eines Kraftfahrzeugs, und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Federunterlage-
Stand der Technik
Aus der Technik sind Federunterlagen bekannt, die zur
Aufnahme der Stoßdämpferfeder an der Karosserie (am
Federbeindom) eines Kraftfahrzeugs dienen und in der Mitte ein Loch enthalten, durch das der Stoßdämpfer geführt wird. Die bekannten Federunterlagen bestehen aus einem massiven Thermoplastformteil mit Materialdicken von bis zu 17 mm, an dem ein ebenfalls sehr massives Elastomerbauteil im
Einlegeverfahren angespritzt ist und somit formschlüssig an dem Thermoplastformteil gehalten wird. Die
Thermoplastkomponente dient hierbei der korrekten Platzierung der Federunterlage im Federbeindom und gibt der
Elastomerkomponente, insbesondere an den Seiten, Halt, während die Elastomerkomponente selbst ein Ende der
Stoßdämpferfeder aufnimmt und Geräusche beim Einfedern des Kraftfahrzeugs verhindert.
Durch die hohen Materialdicken der bekannten Federunterlage ist diese sehr schwer und weist durch den Materialeinsatz und die erforderlichen langen Kühl- bzw. Vulkanisierzeiten hohe Herstellungskosten auf. In die Federunterlage eingebrachte Aussparungen reduzieren das Gewicht und die Masseanhäufungen nur gering, jedoch sind weitere Aussparungen aus
werkzeugtechnischen Gründen nicht möglich, ohne die
Festigkeit der Unterlage in unzulässiger Weise zu reduzieren.
Ein weiteres Beispiel einer Federunterlage ist in der
EP-B-0 924 445 offenbart, wobei die in diesem Dokument beschriebene Federunterlage einen scheibenförmigen Körper aus elastomerem Material und eine in diesem elastomeren Körper eingebettete Verstärkungseinlage aus Kunststoff aufweist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Federunterlage, insbesondere für ein Federlager eines
Kraftfahrzeugs, die einfach und kostengünstig hergestellt werden kann, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Federunterlage bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Federunterlage mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den
Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen folgen aus den übrigen Ansprüchen.
Die Federunterlage gemäß der Erfindung umfasst ein
ringförmiges Halteelement aus einem thermoplastischen
Kunststoff und ein Federauflageelement aus einem elastomeren Kunststoff, das an dem Halteelement angebracht ist, wobei das Halteelement wenigstens einen geschlossenen Hohlraum
aufweist. Das Halteelement dient hierbei der geeigneten
Anordnung der Federunterlage, beispielsweise in einem
Federbeindom, und der Halterung des Federauflageelements, während das Federauflageelement an einem Ende einer
entsprechenden Feder, beispielsweise einer Stoßdämpferfeder, anliegt. Der Begriff „geschlossener Hohlraum" bezeichnet einen Hohlraum, der vollständig oder zumindest größtenteils von einem thermoplastischen Material umgeben ist.
Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Hohlraum eine oder mehrere Öffnungen, wie z.B. Injektionsöffnungen, aufweisen. Das Halteelement der erfindungsgemäßen Federunterlage ist folglich als geschlossener Hohlkörper ausgebildet. Ein solcher Hohlkörper kann bei gleichen Außenabmessungen sowie gleichmäßiger und ausreichender Wandstärke (Wanddicke) die gleiche Festigkeit aufweisen wie ein massiver Körper. Somit bietet die Federunterlage gemäß der Erfindung eine Stabilität und Lebensdauer, die mit denen der aus der Technik bekannten massiven Federunterlagen vergleichbar ist. Das Vorsehen eines Hohlraums in dem Halteelement bietet jedoch eine erhebliche Materialersparnis und Gewichtsverringerung der Federunterlage sowie die weiter unten angeführten Vorteile bei der
Herstellung.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine geschlossene Hohlraum vollständig von thermoplastischem Material mit im
Wesentlichen einheitlicher Dicke {Wandstärke) umgeben.
Fertigungsbedingt kann es dabei zu geringen
Materialanhäufungen in den axialen Kantenbereichen des
Bauteils oder benachbart zu Durchgangsöffnungen kommen. Unter einer im Wesentlichen einheitlichen Dicke der den Hohlraum umgebenden Wände wird hier daher ein Bauteil verstanden, bei dem die Wandstärke der den Hohlraum radial oder axial, bspw. benachbart zu Durchgangsöffnungen, angeordneten Wände, abgesehen von den zuvor genannten Materialanhäufungen, einheitlich ist. Auf diese Weise kann eine besonders hohe Stabilität und Lebensdauer der Federunterlage gewährleistet werden .
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Halteelement wenigstens eine Durchgangsöffnung oder ein Sackloch auf. Die wenigstens eine Durchgangsöffnung kann zum Durchführen eines Befestigungselements, wie z.B. eines
Bolzens oder einer Schraube, und somit zum Anbringen der Federunterlage, beispielsweise an einem Federbeindom, geeignet und dimensioniert sein. Alternativ kann ein Sackloch zur Aufnahme einer aus dem Federbeindom herausragenden
Schraube dienen, wobei gleichzeitig eine Grobfixierung der Federunterlage in der richtigen Einbaulage erreicht werden kann. Eine Durchgangsöffnung im Halteelement kann auch beim Umspritzen mit dem Elastomer durch einen Elastomerzapfen ausgefüllt werden, um eine formschlüssige Verbindung des Elastomers mit dem thermoplastischen Halteelement zu erreichen. Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Halteelement mehrere Durchgangsöffnungen auf, die beispielsweise entlang des Umfangs des ringförmigen Halteelements voneinander beabstandet angeordnet sein können. Falls das Halteelement wenigstens zwei Durchgangsöffnungen aufweist, sind
vorzugsweise wenigstens zwei geschlossene Hohlräume in dem Halteelement vorgesehen, die durch die wenigstens zwei
Durchgangsöffnungen voneinander getrennt sind. Es ist jedoch auch möglich mehr als zwei Durchgangsöffnungen und
dementsprechend mehr als zwei durch die Durchgangsöffnungen voneinander getrennte geschlossene Hohlräume vorzusehen. Auf diese Weise können Schwachstellen in der Umgebung der
Durchgangsöffnungen, wie beispielsweise Variationen der Wandstärke des Halteelements, vermieden und somit eine besonders hohe Stabilität und Lebensdauer der Federunterlage gewährleistet werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind das Halteelement und das Federauflageelement formschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Auf diese Weise kann eine dauerhafte und robuste Verbindung dieser Komponenten erzielt werden, die auch größeren von außen auf die Federunterlage ausgeübten Kräften standhält.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine geschlossene Hohlraum mit einem Gas, wie z.B. Luft, gefüllt. Dadurch kann eine erhebliche Gewichtsverringerung der Federunterlage verglichen mit einer Unterlage, die ein massives Halteelement umfasst, erreicht werden. Des Weiteren lässt sich eine solche
Federunterlage mit aus der Technik bekannten Verfahren einfach herstellen, wie weiter unten ausführlich beschrieben wird .
Alternativ kann der wenigstens eine geschlossene Hohlraum auch teilweise oder vollständig mit einem möglichst stark aufgeschäumten Material gefüllt sein. Falls der
erfindungsgemäße Hohlraum eine Öffnung, wie z.B. eine Injektionsöffnung, aufweist, kann auf diese Weise das
Eindringen von Feuchtigkeit, Verschmutzungen oder
Fremdkörpern in das Innere des Halteelements bei der
Verwendung der Federunterlage zuverlässig vermieden werden.
Vorzugsweise besteht das Federauflageelement aus einem thermoplastischen Elastomer. In diesem Fall kann die
Federunterlage besonders einfach und kostengünstig auf vollautomatische Weise in einem Zweikomponenten- Spritzgießverfahren hergestellt werden. Um den nötigen
Druckverformungsrest sicherzustellen, kann das
thermoplastische Elastomer beim Aushärten chemisch vernetzt oder anschließend strahlenvernetzt werden.
Des Weiteren stellt die Erfindung ein Verfahren zum
Herstellen einer Federunterlage, insbesondere für ein
Federlager eines Kraftfahrzeugs, bereit, wobei die
Federunterlage ein ringförmiges Haltelement aus einem
thermoplastischen Kunststoff und ein Federauflageelement aus einem elastomeren Kunststoff, das an dem Halteelement angebracht ist, umfasst und das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: Einbringen einer Schmelze eines
thermoplastischen Kunststoffmaterials in ein
Spritzgießwerkzeug, wobei das Sprit gießwerkzeug wenigstens zwei Werkzeugkerne zum Ausbilden von wenigstens zwei
Durchgangsöffnungen in dem thermoplastischen
Kunststoffmaterial aufweist, Injizieren eines
AufWeitungsmaterials zum Ausbilden eines geschlossenen
Hohlraums in die Schmelze des thermoplastischen
Kunststoffmaterials und Anbringen eines elastomeren
Kunststoffmaterials an das thermoplastische
Kunststoffmaterial. Hierbei werden während des Schritts des Injizierens des Aufweitungsmaterials die wenigstens zwei Werkzeugkerne, beispielsweise durch eine Hochleistungskühlung (Hochleistungs-Hot-Spot-Kühlung) , gekühlt und wird das
AufWeitungsmaterial getrennt (einzeln) in durch die
wenigstens zwei Werkzeugkerne voneinander getrennte, also zwischen den wenigstens zwei Werkzeugkernen angeordnete, wenigstens zwei Bereiche des thermoplastischen
Kunststoffmaterials injiziert, um in jedem dieser Bereiche jeweils einen geschlossenen Hohlraum auszubilden.
Dieses Herstellverfahren ermöglicht es, auch bei einer komplizierten Struktur des Halteelements, insbesondere in der Umgebung der Durchgangsöffnungen (beispielsweise Sacklöcher) , eine ausreichende und gleichmäßige Wandstärke des
Haltelements in allen Bereichen zu gewährleisten.
Grundsätzlich können bei dem erfindungsgemäßen
Herstellverfahren bekannte Spritzgieß-Sonderverfahren, wie z.B. GIT (Gasinjektionstechnik) oder WIT
{Wasserinjektionstechnik) , die beispielsweise in der DE-A- 10 2005 062 825 und der DE-A-10 2007 041 982 beschrieben werden, eingesetzt werden. Bei diesen Verfahren wird die Kavität eines Spritzgießwerkzeugs nur teilweise gefüllt und dann in die Schmelze des Kunststoffmaterials ein Gas (GIT) bzw. Wasser (WIT) oder eine andere geeignete Flüssigkeit injiziert, um so den thermoplastischen Kunststoff aufzuweiten bzw. „aufzublasen", bis er gleichmäßig an den Wänden der Kavität anliegt und im Inneren des Kunststoffs ein Hohlraum entstanden ist. Nach dem Aushärten oder Erstarren des
Bauteils und vor dem Entformen desselben kann das Gas bzw. das Wasser durch eine für die Injektion des
Aufweitungsmaterials verwendete Injektionsöffnung abgelassen oder abgesaugt werden. Verbliebenes Gas mit geringem Druck kann nach dem Auswerfen des Bauteils durch die
Injektionsöffnung in die Umgebung entweichen, während das Wasser bzw. die andere geeignete Flüssigkeit vorzugsweise vollständig abgesaugt wird. Hierbei kann die resultierende Wandstärke des Halteelements durch die Menge der in das Spritzgießwerkzeug eingebrachten Schmelze, die Art und den Druck des injizierten Aufweitungsmaterials und lokal durch das Maß der Abkühlung an der Werkzeugwand gesteuert werden. Die für das Aushärten bzw. Erstarren des thermoplastischen Kunststoffmaterials erforderliche Zeit kann somit erheblich durch die Temperatur des AufWeitungsmaterials beeinflusst werden und folglich präzise gesteuert werden.
Die bei einem solchen Verfahren in dem Halteelement
entstehenden Injektionsöffnungen können in dem Element verbleiben oder nach dem Injektionsvorgang, beispielsweise durch geeignete Abdeckungen aus thermoplastischem Kunststoff oder durch Umformung von beim Spritzgießen angeformten thermoplastischem Material, z.B. in Form eines Kragens um die Injektionsöffnung, mittels Warmverstemmen oder dergleichen, verschlossen werden, um so geschlossene Hohlräume ohne
Öffnungen auszubilden.
Bei den aus der Technik bekannten Verfahren, wie
beispielsweise GIT und WIT, ergibt sich hierbei jedoch das Problem, dass sich insbesondere in der Umgebung der
Durchgangsöffnungen keine ausreichende und gleichmäßige Wandstärke des Halteelements ausbildet. Besonders die
Werkzeugkerne zum Ausbilden der Durchgangsöffnungen werden bei diesen Verfahren so stark erhitzt, dass die Schmelze in deren Umgebung nicht ausreichend abkühlt und sich folglich in diesen Bereichen des Halteelements nur eine geringe
Wandstärke ausbildet. Außerdem wird in diesem Bereich der mögliche Hohlraum so gering, dass ein Aufweiten des
thermoplastischen Materials an diesen Engstellen nicht gleichmäßig möglich ist. Somit können in dem Halteelement Schwachstellen entstehen, die bei der Verwendung der
Federunterlage, beispielsweise für ein Federlager eines Kraftfahrzeugs, durch die hohen äußeren Kräfte zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung der Federunterlage führen können .
Dieses Problem wird durch das erfindungsgemäße
Herstellverfahren dadurch gelöst, dass zum einen die
Werkzeugkerne, beispielsweise durch eine Hochleistungs-Hot- Spot-Kühlung, stark abgekühlt werden, so dass dort die Ausbildung einer ausreichenden Wandstärke gewährleistet wird, und zum anderen das Aufweitungsmaterial getrennt bzw. einzeln in die zwischen den Werkzeugkernen angeordneten Bereiche oder Segmente des thermoplastischen Kunststoffmaterials injiziert wird, so dass sich in jedem dieser Bereiche jeweils ein geschlossener Hohlraum ausbildet, wobei die so gebildeten Hohlräume voneinander getrennt sind. Auf diese Weise entsteht in der Umgebung der Durchgangsöffnungen eine stabile Wand mit definierter Dicke. Außerdem wird durch die Kühlung der
Werkzeugkerne eine schnelle Erstarrung der Schmelze erreicht, so dass ein Durchbrechen der Gas- bzw. Wasserblasen von einem Bereich oder Segment in einen anderen zuverlässig verhindert wird. Damit die zur Verfügung stehende Schmelze in allen Bereichen für das Aufweiten des Kunststoffmaterials
ausreichend vorhanden ist, kann das Angusssystem entsprechend ausgelegt werden, beispielsweise indem ein passend
dimensionierter Anschnitt je Bereich vorgesehen wird.
Das Herstellverfahren gemäß der Erfindung bietet somit eine einfache und kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Federunterlage und ermöglicht einen geringeren
Materialverbrauch, eine geringere Kühlzeit durch die
Vermeidung von Masseanhäufungen sowie durch die verbesserte Kühlung, einerseits von außen durch die Hochleistungskühlung und andererseits von Innen durch das injizierte
Aufweitungsmaterial, und einen geringeren Schließkraftbedarf, da der Kachdruck durch den Druck des injizierten
AufWeitungsmaterials ersetzt werden kann.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich auch für die Elastomerkomponente der Materialeinsatz und die
Vulkanisierzeit verringern, da bei der aus der Technik bekannten Federunterlage auch diese Komponente teilweise unnötig dick ist, weil dort sonst die Masseanhäufung beim Thermoplast noch größer gemacht werden müsste. Falls aber das Halteelement gemäß der vorliegenden Erfindung als Hohlkörper ausgeführt wird, kann - ohne Masseanhäufungen - die
Außengeometrie des Halteelements so geändert werden, dass die Elastomerkomponente, also das Federauflageelement, überall auf die technisch erforderliche Wandstärke reduziert werden kann. Insgesamt kann auf diese Weise verglichen mit den aus der Technik bekannten Federunterlagen eine
Gewichtsverringerung der Federunterlage von ca. 20% bis 30% ermöglicht werden.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein geschäumtes Material als Aufweitungsmaterial verwendet. Bei Verwendung eines Gases kann dieses bevorzugt gekühlt werden, um so eine noch schnellere Erstarrung der Schmelze zu ermöglichen, während bei Verwendung einer Flüssigkeit durch deren höhere
Wärmekapazität ohnehin eine große Kühlwirkung vorhanden ist. Falls ein stark aufgeschäumtes Material als
AufWeitungsmaterial verwendet wird, kann dieses z.B. mit dem Stieler-SmartFoam®-Verfahren in das Innere des
thermoplastischen Kunststoffmaterials injiziert werden. Ein solcher Ansatz bietet die weiteren Vorteile, dass keine Injektoren in der Werkzeugkavität erforderlich sind, da das Gas zum Aufschäumen des Kernmaterials über einen Heißkanal zugeführt werden kann, dass durch rechtzeitiges Abschalten der Gasinjektion am Ende des Injektionsvorgangs wieder kompaktes Material injiziert werden kann, so dass die Wand des entstehenden Halteelements überall kompakt ist, also kein Injektionsloch im Bauteil verbleibt, dass durch die
Ausfüllung mit geschäumtem Material und die geschlossene Wand bei Verwendung der Federunterlage keine Feuchtigkeit,
Fremdkörper oder Verschmutzungen in das Innere des
Halteelements eindringen können, und dass die Schaumstruktur zusätzlich die Festigkeit des Bauteils noch etwas erhöht. Bei Verwendung von CO2 als Treibmittel für den Schaum bleibt auch die gute Kühlwirkung von innen erhalten.
Vorzugsweise wird zum Kühlen der Werkzeugkerne eine CO2- Kühlung oder eine Stemke-Kühlung verwendet. Hierbei wird das C02 bzw. bei der Stemke-Kühlung ein aus der Klimatechnik bekanntes Kühlmittel, z.B. R404a, in flüssiger Form durch Kapillarröhren in den zu kühlenden Bereich geleitet und verdampft dort schlagartig durch Expansion. Durch den
Phasenübergang wird der Umgebung zusätzlich eine große Menge Wärmeenergie entzogen. Auf diese Weise kann eine effiziente und schnelle Kühlung der Kerne und somit ein geeignetes
Erstarren der Schmelze erzielt werden.
Die Stemke-Kühlung hat gegenüber der C02-Kühlung den Vorteil, dass das verdampfte Kühlmedium in einen Kompressor
zurückgeführt und dort wieder verflüssigt wird, so dass es ohne Verbrauch im geschlossenen Kreislauf verwendet wird, während bei der C02-Kühlung das CO2 nach dem Verdampfen in die Umgebung entweicht und somit ständig CO2 verbraucht wird.
Das elastomere Kunststoffmaterial kann durch Anspritzen an das thermoplastische Kunststoffmaterial mittels Einlegen des ausgehärteten Halteelements in das Elastomerwerkzeug oder, falls das elastomere Kunststoffmaterial ein thermoplastisches Elastomer ist, in einem Zweikomponenten-Spritzgießverfahren an das thermoplastische Kunststoffmaterial angebracht werden. Im letzteren Fall kann eine weitere Verringerung der
Herstellkosten durch die Vermeidung langer
Vulkanisierungszeiten und eine vollautomatische Durchführung des Herstellverfahrens erzielt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, wobei
Figuren 1(a) und (b) eine perspektivische Ansicht eines
Kraftfahrzeugsstolidämpfers mit der Federunterlage gemäß der Erfindung zeigen, wobei Figur 1(b) eine vergrößerte Ansicht des rechteckig umrahmten Bereichs der Figur 1(a) darstellt; Figur 2 eine perspektivische Ansicht der in Figur 1 gezeigten Federunterlage von deren Oberseite aus zeigt;
Figur 3 eine perspektivische Ansicht der in Figur 1 gezeigten Federunterlage von deren Unterseite aus zeigt; und
Figuren (a) und (b) eine Querschnittsdarstellung der in Figur 1 gezeigten Federunterlage entlang der in Figur 2 gezeigten Linie A-A zeigen, wobei Figur (b) eine vergrößerte Darstellung des rechteckig umrahmten Bereichs der Figur (a) darstellt .
Wege zur Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Federunterlage 10 im eingebauten Zustand in einem Federbeindom eines
Kraftfahrzeugstoßdämpfers. Wie insbesondere aus Figur 1(b) ersichtlich ist, wird ein Ende der Stoßdämpferfeder 11 teilweise in der Federunterlage 10 aufgenommen, wo es an dem beispielsweise in Figur 3 gezeigten Federauflageelement 14 anliegt .
Der detaillierte Aufbau der Federunterlage 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in Figuren 2-4 gezeigt. Die Federunterlage 10 weist neben dem oben erwähnten
Federauflageelement 14 ein Halteelement 12 auf, wobei diese beiden Komponenten 12, 14 formschlüssig miteinander verbunden sind. Das Halteelement 12 besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff, z.B. Polyamid mit hohem Glasfasergehalt {ca. 30% bis 50%) und das Federauflageelement 14 aus einem Elastomer, z.B. Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) .
Das ringförmig ausgebildete Halteelement 12 weist
Durchgangsöffnungen 16 auf, die sich von der Oberseite bis zur Unterseite des Halteelements 12 und teilweise auch durch das Federauflageelement 14 hindurch erstrecken und die
Befestigung der Federunterlage 10 im Federbeindom durch geeignete Befestigungselemente, wie z.B. Schrauben oder
Bolzen, ermöglichen.
Wie in Figuren (a) und (b) gezeigt ist, ist das Halteelement 12 als Hohlkörper ausgebildet und weist zwischen den
Durchgangsöffnungen 16 angeordnete Hohlräume 18 auf, die jeweils entlang eines Abschnitts des Halteelementumfangs verlaufen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind 6
Durchgangsöffnungen 16 und 6 voneinander in Umfangsrichtung des Halteelements 12 getrennte Hohlräume 18 vorgesehen, wobei jeder Hohlraum 18 jeweils zwischen zwei Durchgangsöffnungen 16 liegt und an diese angrenzt. Die Wandstärke der die
Hohlräume 18 umgebenden Wände des Halteelements 12 ist im Wesentlichen einheitlich und beträgt 3 bis 5 mm.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Hohlräume 16 jeweils mit Luft gefüllt. Wie oben bereits beschrieben wurde, kann jedoch auch ein geschäumtes Material, wie beispielsweise ein geschäumter Kunststoff, zur Füllung der Hohlräume 18 verwendet werden. Je nach Einsatzgebiet der Federunterlage können unterschiedliche Hohlräume 18 auch jeweils mit
unterschiedlichen, insbesondere z.T. Gasen enthaltende
Aufweitungsmedien gefüllt werden.
Wie den Figuren 4 (a) und (b) entnommen werden kann, bietet die Federunterlage 10 gemäß der Erfindung eine erhebliche Materialeinsparung und ermöglicht somit eine wesentliche Verringerung des Gewichts der Unterlage 10 sowie eine einfache und kostengünstige Herstellung derselben.
Zur Herstellung der in Figuren 1-4 gezeigten Ausführungsform der Federunterlage 10 kann beispielsweise ein GIT- oder Vorverfahren verwendet werden, bei dem während der Injektion des Aufweitungsmaterials, also des Gases, Wassers etc., in das thermoplastische Kunststoffmaterial die in diesem Fall 6 Werkzeugkerne des Spritzgießwerkzeugs durch eine C02- oder Stemke-Kühlung gekühlt werden und das Aufweitungsmaterial getrennt in die durch die Werkzeugkerne voneinander
getrennten 6 Bereiche des thermoplastischen
Kunststoffmaterials injiziert wird, um in jedem dieser
Bereiche einen geschlossenen Hohlraum 18 auszubilden. Das elastomere Kunststoffmaterial des Federauflageelements 14 kann in einem Zweikomponenten-Spritzgießverfahren an das thermoplastische Kunststoffmaterial des Halteelements 12 angebracht werden.
Die bei einem solchen Verfahren in dem Halteelement 12 entstehenden Injektionsöffnungen können in dem Element 12 verbleiben oder nach dem Injektionsvorgang, beispielsweise mit entsprechenden Abdeckungen aus thermoplastischem
Kunststoff, verschlossen werden, um so geschlossene Hohlräume 18 ohne Öffnungen auszubilden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann im Umfang der folgenden Ansprüche modifiziert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Federunterlage {10), insbesondere für ein Federlager eines Kraftfahrzeugs, umfassend
ein ringförmiges Halteelement (12) aus einem
thermoplastischen Kunststoff und
ein Federauflageelement (14) aus einem elastomeren
Kunststoff, das an dem Halteelement (12) angebracht ist, wobei
das Halteelement (12) wenigstens einen geschlossenen Hohlraum (18) aufweist.
2. Federunterlage (10) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das Halteelement (12) wenigstens eine Durchgangsöffnung (16) aufweist.
3. Federunterlage (10) nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Halteelement (12) wenigstens zwei Durchgangsöffnungen (16) und wenigstens zwei geschlossene Hohlräume (18) aufweist, die durch die wenigstens zwei
Durchgangsöffnungen (16) voneinander getrennt sind.
4. Federunterlage (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (12) und das Federauflageelement (14) forraschlüssig oder
stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
5. Federunterlage (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine geschlossene Hohlraum (18) mit einem Gas gefüllt ist.
6. Federunterlage (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine geschlossene Hohlraum (18) wenigstens teilweise mit einem geschäumtem Material gefüllt ist.
7. Federunterlage (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Federauflageelement (14) aus einem thermoplastischen
Elastomer besteht.
8. Verfahren zum Herstellen einer Federunterlage (10), insbesondere für ein Federlager eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein ringförmiges Halteelement (12) aus einem thermoplastischen Kunststoff und ein Federauflageelement (14) aus einem elastomeren Kunststoff, das an dem Halteelement (12) angebracht ist, wobei das Verfahren die folgenden
Schritte umfasst:
Einbringen einer Schmelze eines thermoplastischen
Kunststoffmaterials in ein Spritzgießwerkzeug, wobei das Spritzgießwerkzeug wenigstens zwei Werkzeugkerne zum
Ausbilden von wenigstens zwei Durchgangsöffnungen (16) in dem thermoplastischen Kunststoffmaterial aufweist;
Injizieren eines Auf eitungsmaterials zum Ausbilden eines geschlossenen Hohlraums (18) in die Schmelze des thermoplastischen Kunststoffmaterials; und
Anbringen eines elastomeren Kunststoffmaterials an das thermoplastische Kunststoffmaterial; wobei
während des Schritts des Injizierens des
Aufweitungsmaterials die wenigstens zwei Werkzeugkerne gekühlt werden und das Aufweitungsmaterial getrennt in durch die wenigstens zwei Werkzeugkerne voneinander getrennte wenigstens zwei Bereiche des thermoplastischen
Kunststoffmaterials injiziert wird, um in jedem dieser
Bereiche jeweils einen geschlossenen Hohlraum (18)
auszubilden .
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufweitungsmaterial ein Gas, insbesondere ein gekühltes Gas, eine Flüssigkeit oder ein geschäumtes Material ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kühlung durch eine Stemke-Kühlung oder eine C02-Kühlung erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Kunststoffmaterial durch Anspritzen an das ausgehärtete thermoplastische
Kunststoffmaterial angebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Kunststoffmaterial ein thermoplastisches Elastomer ist und in einem Zweikomponenten- Spritzgießverfahren an das thermoplastische
KunstStoffmaterial angebracht wird.
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