用于车辆减震器的弹簧元件、尤其是颠簸缓冲器
1.本发明涉及一种用于车辆减震器的弹簧元件、尤其是颠簸缓冲器。本发明还涉及一种具有这样的弹簧元件的车辆减震器，并且涉及一种具有这样的减震器的车辆、特别是乘用机动车辆。
2.上文提及的类型的弹簧元件通常是已知的。它们被用在汽车内，例如在底盘内部。它们特别是被用作减振弹簧元件。除了经常基于金属弹簧和/或压缩气体元件的主减震器之外，几乎总是还利用优选地由弹性材料制成的附加弹簧元件(附加减震器)。这些弹簧元件通常是同心地形成并且沿着弹簧轴线具有不同的直径和/或壁厚的中空主体。原则上，这些弹簧元件也可以充当主减震器，但是它们经常与主减震器结合来承担端部止动功能。它们在此通过形成或加强车辆悬架的渐进特性来影响装有弹簧的轮的力
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行程特性。因此可以减小车辆的俯仰效果并且增强滚动支撑。特别的是，通过几何配置优化起始刚度；这对车辆的悬架舒适性起着至关重要的作用。此功能提高驾驶舒适性并且确保非常高的驾驶安全性。几何形状的特定配置在使用寿命期间产生几乎恒定的部件属性。
3.弹簧元件(即颠簸缓冲器)的三维配置的一个困难在于通常期望的、特别柔性的初始力吸收，其也被称为弹簧元件的柔性启动。为了实现这样的柔性启动，例如，de 102004049638 a1描述了弹簧元件的端部分形成有环绕的弯曲唇缘(也被称为“花形”)。
4.在运行中，弹簧元件从未压缩的基本状态沿其纵向轴线被压缩到至少部分压缩的状态，从而通过变形耗散能量。如上所述，弹簧元件变形的初始阶段决定了对弹簧柔性程度的感知。因此，在变形的初始期望阻力最小。然而，由于车辆运行中对弹簧元件的整体冲击力很大，因此弹簧元件需要承受大量的阻尼，从而需要渐进增加的刚度。除了对弹簧元件的圆周几何形状进行整体修改外，还期望对弹簧元件提供进一步的改进，对弹簧元件的进一步改进一方面允许在初始变形阶段的柔性的变形响应，另一方面还提供了随着变形的增加而渐进的变形阻力。
5.因此，本发明的一个目的是提供一种最初提及的类型的弹簧元件，该弹簧元件尽可能地解决了在现有技术中发现的缺点。特别地，本发明的一个目的是提供一种弹簧元件，该弹性元件允许柔性的初始变形，同时随着变形的增加允许改进的渐进刚度。
6.本发明通过提出一种最初提及的类型的弹簧元件来实现该目的，该弹簧元件包括纵向轴线和沿所述纵向轴线延伸的基体，所述基体能够在未压缩的基本状态和压缩状态之间弹性变形，在压缩状态所述基体在所述纵向轴线的方向上至少部分地压缩，端部分，所述端部分被被配置为与车辆减震器的阻尼器帽接触；其中所述端部分包括至少三个的多个凸起，所述凸起在圆周方向上彼此间隔开，并且在所述纵向轴线方向上从所述基体突出；其中每个凸起在所述纵向轴线方向上具有不同的长度，并且所述凸起沿所述端部分的圆周布置，使得所述凸起的长度在圆周方向上单调增加。
7.本发明基于以下认识：通过减少所述弹簧元件的端部分的整体接触表面，来减少初始变形阶段的变形阻力。根据本发明，这是通过不使所述端部分的整个圆周与阻尼器帽接触，而仅使所述端部分的一部分(即仅第一凸起)首先与所述阻尼器帽进行接触来实现的，这样就仅需要使第一凸起的接触表面变形。已经发现的是，尽管在初始变形期间，所述
端部分会以不对称的方式轻微变形，恰恰相反，这对所述弹簧元件的压缩特性没有整体的负面影响。当压缩从初始接触向前增加时，一个或多个另外的凸起随后将沿着所述端部分的圆周方向一个接一个地与所述阻尼器帽接触，使得不对称力冲击的影响被缓解。同时，随着每个另外的凸起与所述阻尼器帽接触，所述弹簧元件的刚度以及它对压缩的阻力明显地增加，这导致了渐进的压缩阻力。已经发现的是，所述凸起在圆周方向上的单一变化优于例如凸起的交替高度变化，这是因为所述凸起在圆周方向上的单一变化同时改善了渐进性和初始柔性。
8.在一个优选的实施方案中，所述多个凸起包括：在所述纵向轴线方向上具有最短长度的第一凸起、至少一个中间凸起以及在所述纵向轴线方向上具有最长长度的最终凸起。优选地，凸起在纵向轴线方向上的长度从所述第一凸起开始，圆周方向上的每个随后的凸起增加一个预定的长度差。与旋转式楼梯或螺旋形配置类似，所述凸起的长度可以在右手方向上或在左手方向上增加。
9.在另一优选的实施方案中，预定的长度差在0.5毫米至3毫米范围内，优选地在0.8毫米至1.2毫米范围内。
10.还优选地，所述长度差是所述基体在基本状态下在纵向轴线方向上的总长度的函数，所述函数为d＝c x t，其中：d为长度差、c为长度系数并且t为基体的总长度，所述系数c优选地在0.005至0.04范围内，优选地在0.0067至0.025范围内。
11.在另一优选的实施方案中，所述凸起在纵向轴线方向上的长度从所述第一凸起开始，每个随后的凸起增加一个恒定的长度差，或者增加一个长度差，该长度差与每个相应的凸起在圆周方向上距第一凸起的角空间线性成比例。在替代的实施方案中，所述凸起可以沿所述端部分的圆周均匀地分布，也可以相对各自相邻的凸起和/或相对所述第一凸起以各自的角间隔布置。
12.在其他优选的实施方案中，每个凸起包括接触表面，所述接触表面限定了相应的凸起与阻尼器帽的第一接触线，所述接触表面被定向在垂直于所述纵向轴线的平面内。这导致所述凸起的整个边缘同时与所述阻尼器帽接触。
13.在其他优选的实施方案中，所述端部分包括在每对相邻的凸起之间延伸的凹陷。换句话说，对于具有三个凸起的端部分来说，所述凹陷将相应地通过总共三个凹陷彼此分开，其中四个凸起将通过总共四个凹陷分开等等。
14.通过在相邻的凸起之间形成凹陷，每个凸起的灵活性和变形能力得到了改善，因为其在机械上更独立于相邻的凸起。
15.在另一优选的实施方案中，所述基体部分地或完全地由体积可压缩的弹性体构成，优选地由多孔的多异氰酸酯
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聚加成产物构成。
16.在此，所述弹簧元件可以由一个弹性体构成，但是其也可以由多个弹性体构成，所述多个弹性体以层的形式、以壳体形式或以其他形式存在或也可以彼此混合存在。所述多异氰酸酯
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聚加成产物优选地基于微孔聚氨酯弹性体、基于热塑性聚氨酯或基于这两种材料的组合形成，可选地，这两种材料可以含有聚脲结构。
17.在一个优选的实施方案中，具有根据din 53420的200kg/m3至1100kg/m3、优选地300kg/m3至800kg/m3的密度、根据din 53571的2n/mm2、优选地2n/mm2至8n/mm2的抗拉强度、根据din 53571的300％、优选地300％至700％的伸长率以及根据din 53515的优选地8n/mm
至25n/mm的撕裂强度的微孔聚氨酯弹性体是特别优选的。
18.所述弹性体优选地是基于聚异氰酸酯聚加成产物的微孔弹性体，优选地具有直径为0.01mm至0.5mm、特别优选地0.01mm至0.15mm的孔。
19.基于聚异氰酸酯聚加成产物的弹性体以及其生产通常是已知的并且被多次描述，例如在ep a 62 835、ep a 36 994、ep a 250 969、de a 195 48 770和de a 195 48 771中。
20.通常通过使异氰酸酯与对异氰酸酯反应的化合物反应来进行生产。
21.以多孔聚异氰酸酯聚加成产物为基础的弹性体通常在模具中生产，在该模具中反应性起始组分彼此反应。在此适用的模具一般是常规模具，例如金属模具，所述模具基于它们的形状确保根据本发明的弹簧元件的三维形状。在一个实施方案中，轮廓元件被直接集成在浇铸模具中；在另一实施方案中，它们随后被纳入到同心的基体中。在一个优选实施方案中，为此目的使同心弹簧元件冷却，直到其固化，优选地用液氮，并且在此状态下处理同心弹簧元件。
22.聚异氰酸酯聚加成产物可以根据通常已知的方法生产，例如通过在一步法或两步法中使用以下起始物质生产：
23.(a)异氰酸酯，
24.(b)与异氰酸酯反应的化合物，
25.(c)水以及可选地，
26.(d)催化剂，
27.(e)发泡剂，和/或
28.(f)助剂和/或添加剂，例如聚硅氧烷和/或脂肪酸磺酸盐。
29.模具内壁的表面温度通常是40℃至95℃，优选地50℃至90℃。模制部分的生产有利地在0.85到1.20的nco/oh比率下执行，其中加热的起始组分被混合并且以对应于期望的模制部分密度的量加入到加热的、优选地紧密封闭的模制工具中。使模制部分固化5分钟至60分钟，然后可以从模具将其移除。引入到模制工具内的反应混合物的量通常以这样的方式定大小，使得所获得的模制主体具有已经呈现的密度。通常在15℃至120℃的温度下、优选地在30℃至110℃的温度下将起始组分引入到模制工具中。用于制造模制主体的压缩度在1.1和8之间、优选地在2和6之间。便利地根据“一步法(one
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shot)”方法在高压技术、低压技术或特别是反应注射成型技术(rim)的帮助下在敞开的模制工具或优选地封闭的模制工具中制造多孔聚异氰酸酯聚加成反应产物。该反应特别是通过在封闭的模制工具中压缩来执行。例如，h.piechota和在“integralschaumstoffe”，carl hanser
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verlag，munich，vienna 1975；d.j.prepelka和j.l.wharton在journal of cellular plastics，1975年3月/4月，第87至98页以及u.knipp在journal of cellular plastics，1973年3月/4月，第76
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84页中描述了反应注射成型技术。
30.在此，本发明在第一方面就弹簧元件本身进行了描述。在第二方面，本发明还涉及一种车辆减震器，该车辆减震器具有：阻尼器轴承；阻尼器帽，所述阻尼器帽在纵向轴线的方向上相对所述阻尼器轴承可移动地安装；以及与所述阻尼器轴承相关联的弹簧元件。
31.就本发明而言，将弹簧元件与阻尼器轴承相关联，并且将弹簧元件直接围绕安装到阻尼器轴承上，或者在弹簧元件和阻尼器轴承之间设有一个或多个机械修正中间物。特
别地，弹簧元件被形成为颠簸缓冲器。
32.本发明关于车辆减震器方面实现了最初提出的第一方面的目标，其中所述弹簧元件根据上文所述的优选和实施方案中的任一个形成。
33.第一方面的弹簧元件的优选实施方案和优点同时也是第二方面的车辆减震器的优选、实施方案和优点，这就是要参考上文给出的解释以避免不必要的重复的原因。
34.在另一个方面，本发明还被涉及包括多个车辆减震器的车辆。本发明关于车辆本身也实现了目标，其中至少一个减震器，优选地一些或全部减震器是根据上文描述的优选实施方案中的任一个构造。
35.同样，弹簧元件和车辆减震器的优选实施方案和优点同时也是车辆的优选实施方案和优点，这就是要参考上文给出的解释以避免不必要的重复的原因。
36.下面将参照优选实施方案的附图对本发明进行更详细的描述，其中：
37.图1示出了一个优选实施方案的弹簧元件的示意性立体图，
38.图2示出了图1的弹簧元件的示意性侧视图，以及
39.图3示出了图1和图2的弹簧元件的横截面图。
40.图1至图3示出了呈颠簸缓冲器形式的弹簧元件1。贯穿所有附图，相同的附图标记表示相同的元件。弹簧元件1包括由上述优选实施方案所述的微孔聚氨酯泡沫所制成的基体3。基体3包括纵向轴线l和第一端部分5，在所述第一端部分5中多个凸起7a
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7d形成所谓花形轮廓。
41.凸起7a、7b、7c、7d中的每一个包括在纵向轴线l方向上的不同长度9a、9b、9c、9d。纵向轴线l通常与弹簧元件1在运行中的压缩方向同轴。
42.纵向轴线l限定了通过箭头r指出的圆周方向。在所示的优选实施方案中，凸起7a
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7d的长度9a
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9d在圆周方向r上以右旋螺距单调增加。第一凸起7a具有最小的长度9a。作为第一中间凸起的第二凸起7b具有大于第一个长度9a的第二长度9b。在此作为第二中间凸起的第三凸起7c具有大于第一长度9a和第二长度9b的第三长度9c。作为最后一个凸起的第四凸起7d包括第四长度9d，该第四长度9d大于第一长度9a、第二长度9b和第三长度9c。
43.凸起7a、7b、7c、7d分别在接触表面10a、10b、10c、10d处终止。接触表面10a
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10d界定了每个凸起7a、7b、7c、7d与阻尼器帽(未示出)的第一接触线。接触表面10a
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10d分别位于垂直于纵向轴线l的独立平面内。凸起长度在纵向轴线l方向上的单调阶梯式布置(staggering)使一次一个凸起依次与阻尼器帽接触，直到所有凸起都与阻尼器帽接触，从而特别是提供了端部分5的柔性但渐进的阻尼特性。
44.与第一端部分5相对，基体3包括第二端部分13，所述第二端部分13被配置为将弹簧元件1安装至减震器组件的阻尼器轴承上。
45.特别是从图2和图3中可以看出，每个凸起7a
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7d的长度相对于其相邻凸起以预定的长度差d变化。在所示的实施方案中，凸起7a、7b、7c、7d均匀地分布在端部分5的圆周中，每个凸起与相应的相邻凸起成90
°
角。优选地，长度差d对于全部的凸起是恒定的。
46.特别优选的，如上述优选实施方案所述，长度差d是基体3在未压缩状态下的总长度t的函数。
47.还优选地，弹簧元件1包括沿纵向轴线l延伸穿过整个基体3的凹陷17。凹陷17优选地包括结构表面。接触表面的结构优选地被配置为呈不规则结构设计形式、或呈规则结构
形式，诸如呈简单凹槽或交叉凹槽形式、呈粗糙度或多边形轮廓形式。如果形成为不规则结构设计，则该结构优选地具有颗粒形式。
48.所述颗粒优选地存在于端部分5中，至少存在于凸起7a、7b、7c、7d的接触表面的部分上。
49.虽然图1孤立地示出了弹簧元件1，但图2和图3示出了支撑环15的示例性使用，该支撑环15安装至在基体3外部延伸的圆周凹槽上。支撑环15优选地是部分地或完全地由弹性体或刚质体形成的，并且可以可选地包括用于增加径向方向上刚度的金属或其他材料增强件。
50.附图中所示的弹簧元件包括四个凸起7a
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7d，本发明也可扩展到具有不同数量(例如三个或更多)的凸起的弹簧元件。