DE102005030528A1

DE102005030528A1 - Federkörper

Info

Publication number: DE102005030528A1
Application number: DE200510030528
Authority: DE
Inventors: Christian Mau
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-11

Abstract

Federkörper, umfassend zumindest zwei Teilfederkörper (1, 2), die jeweils aus elastischem Material bestehen und voneinander abweichende Dichten (zeta¶1¶, zeta¶2¶) aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Federkörper.
Federkörper sind allgemein bekannt und gelangen beispielsweise als Zusatzfedern für den Einbau in Federbeinen von Kraftfahrzeugen zur Anwendung.

Ein solcher Federkörper ist aus der DE 200 16 151 U1 bekannt. Der vorbekannte Federkörper besteht bevorzugt aus zelligem Polyurethan-Elastomer, wobei der gesamte Federkörper einstückig und materialeinheitlich ausgebildet ist und eine einheitliche Dichte von bevorzugt weniger als 550 g/l aufweist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Federkörper der vorbekannten Art derart weiterzuentwickeln, dass seine Gebrauchseigenschaften besser an die jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles angepasst sind. Insbesondere soll die Federkraft über den Federweg progressiv verlaufen, mit einem komfortorientierten, weichen Federanlauf.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein Federkörper vorgesehen, umfassend zumindest zwei Teilfederkörper, die jeweils aus elastischem Material bestehen und voneinander abweichende Dichten aufweisen. Hierbei ist von Vorteil, dass dadurch ein progressiver Kennlinienverlauf der Federkraft über den Federweg bei einem besonders komfortorientierten, weichen Federanlauf erzielt werden kann. Durch die unterschiedlichen Dichten der Teilfederkörper kann der Federkörper insgesamt besonders gut an die jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles angepasst werden. Durch die unterschiedlichen Dichten der Teilfederkörper können die entsprechenden Teilbereiche des Federkörpers auf einfache Art unterschiedlich nachgiebig ausgebildet sein.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung können die beiden Teilfederkörper materialeinheitlich ausgebildet sein. Die Teilfederkörper unterscheiden sich nur in ihrer jeweiligen Dichte voneinander, wobei prinzipiell alle geeigneten Werkstoffe, insbesondere alle geeigneten, zelligen Polyurethan-Elastomere zur Anwendung gelangen können. Die Herstellung solcher Federkörper ist besonders einfach und kostengünstig möglich.

Nach einer anderen Ausgestaltung können die beiden Teilfederkörper aus voneinander abweichenden Materialien bestehen. Hierbei ist von Vorteil, dass einem etwas höheren Aufwand bezüglich der Herstellung des Federkörpers eine weiter verbesserte Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles gegenüber steht. Insbesondere dann, wenn die Federkraft der beiden Teilfederkörper sehr stark voneinander abweichen soll und diese Abweichungen allein durch unterschiedliche Dichten bei gleichem Werkstoff nicht mehr oder nur unvollkommen realisiert werden können, ist eine solche Ausgestaltung von Vorteil.

Bevorzugt besteht zumindest einer der Teilfederkörper aus zelligem Polyurethan-Elastomer, weiter bevorzugt bestehen alle Teilfederkörper aus zelligem Polyurethan-Elastomer. Zellige Polyurethan-Elastomere haben den Vorteil, dass sie eine hohe Kompressibilität aufweisen und eine geringe Querdehnung haben. Außerdem ist von Vorteil, dass große Federwege mit progressiver Charakteristik realisiert werden können und zellige Polyurethan-Elastomere eine sehr gute Beständigkeit gegen Öle und Fette haben. Außerdem weisen derartige Werkstoffe gegenüber Gummi ein vergleichsweise geringeres Gewicht auf.

Die Dichte des Polyurethan-Elastomers beträgt bevorzugt 200 bis 1100 kg/m³, wobei der Unterschied der voneinander abweichenden Dichten zumindest 0,05 g/cm³, bevorzugt zumindest 0,1 g/cm³, besonders bevorzugt 0,2 g/cm³ betragen sollte. Derartige Unterschiede der Dichte sind erforderlich, um merklich voneinander abweichende Gebrauchseigenschaften der beiden Teilfederkörper zu erzielen, insbesondere einen komfortorientierten, weichen Federanlauf.

Die beiden Teilfederkörper können materialeinheitlich ausgebildet sein. Es ist vorteilhaft, diese einstückig ineinander übergehend auszubilden. Durch die Einstückigkeit ist eine ausgezeichnete Haltbarkeit des Federkörpers gegeben und der Federkörper weist gleich bleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer auf.

Die Teilfederkörper können stoffschlüssig oder reib- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sein. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die beiden Teilfederkörper im Bereich ihrer einander zugewandten Flächen miteinander verklebt werden. Eine reibschlüssige Verbindung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die beiden Teilfederkörper ineinander gesteckt werden. Insbesondere dann, wenn die Teilfederkörper aus zelligem Polyurethan-Elastomer bestehen, weisen sie eine klebrige Oberfläche auf, wodurch ein Reibschluss begünstigt wird. Eine formschlüssige Verbindung kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass zumindest ein wulstförmiger Rastnocken des einen Teilfederkörpers in einem kongruent gestalteten Hinterschnitt des anderen Teilfederkörpers angeordnet ist. Der Formschluss kann beispielsweise durch Einschnappen des Rastnockens im Hinterschnitt erreicht werden.

Insbesondere dann, wenn die Teilfederkörper stoffschlüssig oder reib- und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden, lassen sich nach Art eines Baukastensystems Federkörper mit unterschiedlichsten Gebrauchseigenschaften einfach und kostengünstig herstellen.

Der Formschluss kann auch durch einen übergesteckten Ring, der die beiden Teilfederkörper miteinander verbindet, erfolgen. Der Ring besteht bevorzugt aus Kunststoff, Gummi oder einer Kombination aus Stahl und Gummi.

Die beiden Teilfederkörper können hohlzylinderförmig ausgebildet sein. Davon abweichend können die Teilfederkörper auch hohlkegel – vollkegelförmig oder vollzylindrisch oder kugelförmig ausgebildet sein. Eine hohlzylinderförmige Ausgestaltung bietet sich insbesondere immer dann an, wenn der Federkörper als Zusatzfeder zur Begrenzung der Einfederung von Feder und/oder Dämpfersystemen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, verwendet werden soll.

Ein Federkörper der zuvor beschriebenen Art kann beispielsweise auch im Zusammenhang mit einer Fahrradfedergabeldämpfung oder einer Trittschalldämpfung verwendet werden.

Die Teilfederkörper können in axialer Richtung hintereinander liegend in einer funktionstechnischen Reihenschaltung angeordnet sein. Eine derartige Ausgestaltung ist immer dann sinnvoll, wenn beispielsweise ein komfortorientierter, weicher Federanlauf erzielt werden soll, Nach einer anderen Ausgestaltung können die Teilfederkörper einander konzentrisch zugeordnet und in einer funktionstechnischen Parallelschaltung angeordnet sein. Eine funktionstechnische Parallelschaltung ermöglicht sehr weiche Federanläufe und hohe Blockmasse. In Umfangsrichtung des Federkörpers voneinander abweichende Teilfederkörper können dann sinnvoll sein, wenn die Einfederung nicht rein axial sondern unter Kardanik erfolgt.

Die Dichte eines jeden Teilfederkörpers kann konstant sein. Die einfache, kostengünstige Herstellung der Teilfederkörper und/oder des gesamten Federkörpers ist bei einer solchen Ausgestaltung von hervorzuhebendem Vorteil.

Nach einer anderen Ausgestaltung können voneinander abweichende Dichten der Teilfederkörper stetig ineinander übergehen. Die Dichte eines jeden Teilfederkörpers kann dabei, in Richtung der eingeleiteten Kräfte, stetig ineinander übergehend sein. Die Dichte des einen Teilfederkörpers schließt sich ohne sprunghafte Veränderung an die Dichte des benachbart angrenzenden Teilfederkörpers an. Für besondere Anwendungsfälle kann es jedoch auch sinnvoll sein, wenn sich die Dichten der Teilfederkörper deutlich voneinander unterscheiden.

Das Verhältnis aus der axialen Länge des Teilfederkörpers mit der größeren Dichte zur axialen Länge des Teilfederkörpers mit der kleineren Dichte kann zumindest 2, bevorzugt 3 betragen. Ein derartiges Verhältnis ist dann sinnvoll, wenn der beanspruchte Federkörper als Zusatzfeder zur Begrenzung der Einfederung von Feder- und/oder Dämpfersystemen zur Anwendung gelangt. Ein solcher Federkörper kann besonders vorteilhaft als Zusatzfeder in einem Kraftfahrzeug zur Anwendung gelangen. Insbesondere bei der Verwendung in einem Kraftfahrzeug macht sich die unterschiedliche Dichte des Federkörpers in einem komfortorientierten, weichen Federanlauf deutlich. Die Insassen des Fahrzeugs bleiben durch den erfindungsgemäß ausgestalteten Federkörper von unangenehmen Anschlaggeräuschen und/oder einem ruckhaften Anschlagen des Feder- und/oder Dämpfersystems zur Begrenzung von extremen Einfederungen weitestgehend verschont.

Gelangt der Federkörper als Zusatzfeder in Federbeinen von Kraftfahrzeugen zur Anwendung, ist von Vorteil, dass insbesondere der Übergangsbereich im Fahrzeug von Federung der Schraubenfeder bzw. Luftfeder auf die Zusatzfeder als Einsatzpunkt für die Insassen des Fahrzeugs nicht nachteilig spürbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Federkörpers wird nachfolgend anhand der 1 und 2 näher erläutert.
Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Federkörpers im Längsschnitt,
2 eine Druck-Federkennlinie, in der die Kraft über den Weg aufgetragen ist, wobei die Druck-Federkennlinie des erfindungsgemäßen Federkörpers im Vergleich zu einer Druck-Federkennlinie eines in den Abmessungen identischen, herkömmlichen Federkörpers mit einer konstanten Dichte gezeigt ist,
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Federkörpers.
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Federkörpers.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Federkörpers gezeigt. Der Federkörper besteht in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei Teilfederkörpern 1, 2, die jeweils aus einem zelligen Polyurethan-Elastomer bestehen.
Der erste Teilfederkörper 1 weist eine Dichte ς₁ auf, die bezogen auf die Dichte ς₂ des zweiten Teilfederkörpers 2 um mehr als 0,2 g/cm³ größer ist.
Der gezeigte Federkörper gelangt als Zusatzfeder zur Begrenzung der Einfederung von Feder- und/oder Dämpfersystemen in Kraftfahrzeugen zur Anwendung und umschließt die Kolbenstange eines hier nicht dargestellten Stoßdämpfers. Der Federkörper ist, wie auch die beiden Teilfederkörper 1, 2, hohlzylinderförmig ausgebildet, und die beiden Teilfederkörper 1, 2 sind in axialer Richtung hintereinander liegend, also in einer funktionstechnischen Reihenschaltung 3 angeordnet.
Um einen komfortorientierten, weichen Federanlauf zu gewährleisten, ist das Verhältnis aus der axialen Länge 5 des ersten Teilfederkörpers 1 mit der größeren Dichte ς₁ zur axialen Länge 6 des zweiten Teilfederkörpers 2 mit der kleineren Dichte ς₂ 3.
In 2 ist eine Druck-Federkennlinie des erfindungsgemäßen Federkörpers und eine Druck-Federkennlinie einer allgemein bekannten Zusatzfeder gezeigt, wobei diese Zusatzfeder insbesondere eine übereinstimmende Dichte hat.
Die Druck-Federkennlinie des erfindungsgemäßen Federkörpers ist mit 7, die Druck-Federkennlinie der herkömmlichen Zusatzfeder mit 8 bezeichnet.
Die Kennlinie 7 zeigt, dass sich zunächst ein komfortorientierter, weicher Federanlauf ergibt, wobei mit zunehmender Einfederung letztendlich die gleiche Federkraft erreicht wird, die auch die herkömmliche Zusatzfeder erreicht.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Federkörpers gezeigt, der sich vom Federkörper aus 1 dadurch unterscheidet, dass die Teilkörper 1, 2 einander konzentrisch zugeordnet sind. Durch die konzentrische Zuordnung der Teilfederkörper 1, 2 zueinander, sind diese in einer funktionstechnischen Parallelschaltung angeordnet.
In 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Federkörpers gezeigt, der im Wesentlichen hohlzylinderförmig/hohlkegelförmig ausgebildet ist, wobei der Federkörper Teilfederkörper 1, 2 aufweist die in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind. eine solche Ausgestaltung gelangt bevorzugt dann zur Anwendung, wenn die Einfederung nicht rein axial sondern unter Kardanik erfolgt.

Claims

Federkörper, umfassend zumindest zwei Teilfederkörper (1, 2), die jeweils aus elastischem Material bestehen und voneinander abweichende Dichten (ς₁, ς₂) aufweisen.
Federkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilfederkörper (1, 2) materialeinheitlich ausgebildet sind.
Federkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilfederkörper (1, 2) aus voneinander abweichenden Materialien bestehen.
Federkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Teilfederkörper (1, 2) aus zelligem Polyurethan-Elastomer besteht.
Federkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Teilfederkörper (1, 2) aus zelligem Polyurethan-Elastomer bestehen.
Federkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte (ς₁, ς₂) des Polyurethan-Elastomers 200 bis 1100 kg/m³ beträgt.
Federkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied der voneinander abweichenden Dichten (ς₁, ς₂) zumindest 0,05 g/cm³ beträgt.
Federkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zumindest 0,2 g/cm³ beträgt.
Federkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilfederkörper (1, 2) einstückig ineinander übergehend ausgebildet sind.
Federkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilfederkörper (1, 2) stoffschlüssig oder reib- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind.
Federkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Teilfederkörper (1, 2) hohlzylinderförmig ausgebildet sind.
Federkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilfederkörper (1, 2) in axialer Richtung hintereinander liegend in einer funktionstechnischen Reihenschaltung (3) angeordnet sind.
Federkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilfederkörper (1, 2) einander konzentrisch zugeordnet und in einer funktionstechnischen Parallelschaltung (4) angeordnet sind.
Federkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte (ς₁, ς₂) eines jeden Teilfederkörpers (1, 2) konstant ist.
Federkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander abweichenden Dichten (ς₁, ς₂) der Teilfederkörper (1, 2) stetig ineinander übergehen.
Federkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus der axialen Länge (5) des Teilfederkörpers (1) mit der größeren Dichte (ς₁) zur axialen Länge (6) des Teilfederkörpers (2) mit der kleineren Dichte (ς₂) zumindest 2 beträgt.
Federkörper nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis 3 beträgt.
Verwendung eines Federkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 17 als Zusatzfeder zur Begrenzung der Einfederung von Feder- und/oder Dämpfersystemen.
Verwendung des Federkörpers nach Anspruch 18, als Zusatzfeder in einem Kraftfahrzeug.