RUNDLAGER MIT LAGERELEMENT AUS ZELLIGEM POLYURETHANELASTOMER UND EINEM SCHMELZKLEBSTOFF ALS HAFTVERMITTLER Beschreibung Die Erfindung betrifft Rundlager enthaltend (i) bevorzugt zylin- drische Außenbuchse, (ii) bevorzugt zylindrisches Lagerelement auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, bevorzugt auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren, die ggf. Polyharnstoffstrukturen enthalten können, besonders bevor- zugt auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren bevorzugt mit einer Dichte nach DIN 53 420 von 200 bis 1100, bevorzugt 300 bis 800 kg/m3, einer Zugfestigkeit nach DIN 53 571 von 2, bevor- zugt 2 bis 8 N/mm2, einer Dehnung nach DIN 53 571 von 2 300, bevorzugt 300 bis 700 % und einer Weiterreißfestigkeit nach DIN 53 515 von 2 8, bevorzugt 8 bis 25 N/mm, das bevorzugt von der Au- ßenbuchse umfasst wird, und (iii) hohle bevorzugt zylindrische Innenbuchse, die bevorzugt in dem Lagerelement (ii) positioniert ist. Außerdem betrifft die Erfindung Automobile oder Lastkraftwa- gen enthaltend die erfindungsgemäßen Rundlager. Des weiteren be- zieht sich die Erfindung auf Verfahren zur Herstellung von Rund- lagern enthaltend (i) Außenbuchse, (ii) bevorzugt zylindrisches Lagerelement auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditi- onsprodukten und (iii) hohle Innenbuchse. Außerdem betrifft die Erfindung Verbundelemente enthaltend zelliges Polyurethan- elastomer, bevorzugt die eingangs dargestellten Polyurethan- elastomere, verklebt mittels eines reaktiven Schmelzklebers ent- haltend verkapselte Isocyanate mit mindestens einem weiteren Werkstoff, z. B. zellige Polyurethanelastomere, thermoplastische Polyurethane, Metalle, Polyurethanweichschaumstoff, Polyurethan- hartschaumstoff, Polyoxymethylen, Polystyrol, ABS, ASA, Poly- olefine, Holz, bevorzugt zellige Polyurethanelastomere, thermo- plastische Polyurethane, Metalle. Des weiteren betrifft die Er- findung zelliges Polyurethanelastomer, bevorzugt das eingangs dargestellten zelligen Polyurethanelastomer, das auf seiner Ober- fläche gesinterten reaktiven Schmelzklebstoff, bevorzugt enthal- tend verkapselte Isocyanate, aufweist.

Rundlager werden in Automobilen innerhalb des Fahrwerks Fahrwerks und bei der Lagerung von Aggregaten verwendet und sind allgemein bekannt. Mit Hilfe von Rundlagern werden im Automobil Aggregate, Fahrwerksbauteile u. a. untereinander oder mit der Karosserie ver- bunden. Dabei erfüllen sie durch die Verwendung von Elastomer- werkstoffen die Funktion einer 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 niederfrequenten Schwingungen benötigt, die z. B. die Anbindung der Stoßdämpfers an die Karosserie beein- flussen. Andererseits ist bei kleinen Amplituden und höheren Frequenzen eine hohe Dämpfung aus Gründen der Fahrzeugakustik unerwünscht. Das Dämpfungsverhalten derzeitiger, konventioneller Rundlager ist abhängig vom intrinsischen Dämpfungsvermögen des eingesetzten Elastomerwerkstoffes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Rundlager enthaltend (i) Außenbuchse, (ii) bevorzugt zylindrisches Lagerelement auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und (iii) hohle Innenbuchse zu entwickeln, die als Baukastensystem auf der Basis von vorgefertigten Halbzeugen hergestellt werden konnten. Dadurch sollten der Herstellungsprozess vereinfacht und die Sicherstellung der Teilequalität verbessert werden.

Diese Aufgabe konnte dadurch gelöst werden, dass das zwischen der Außenbuchse (i) und der Innenbuchse (iii) befindliche Lager- elementes (ii) mittels eines reaktiven Schmelzklebstoffes mit der Außenbuchse (i) und/oder der Innenbuchse (iii) verklebt ist.

Derzeit werden Rundlager so hergestellt, dass an mit chemischen Haftvermittlern beschichtete Außenhülsen (i) und hohle Innen- buchsen (iii) in speziellen Werkzeugen zellige Polyisocyanat- Polyadditionsprodukte angeschäumt werden. Diese Herstellungsweise hat verschiedene Nachteile. Der Prozess und die Werkzeuge sind aufwendig und mit viel manueller Tätigkeit verbunden. Gleich- zeitig lässt sich der Prozess nur schwierig automatisieren. Die Teilequalität kann nicht unmittelbar überprüft werden, weil nach dem Schäumen noch eine Reihe von Prozessschritten durchgeführt werden müssen. Daher ist eine Prozessführung im Sinne eines Regelkreises nicht möglich, weil Prüfergebnisse u. U. erst nach einer Woche vorliegen. Der Aufbau von Rundlagern mit Hilfe der erfindungsgemäßen bevorzugt reaktiven Schmelzklebstoffe führt dazu, dass diese Lager aus Halbzeugen montiert werden können, deren Eigenschaften vor der Montage überprüft werden können.

Dadurch ist es möglich, die Teilequalität sehr genau einzu- stellen und den nachfolgenden Prüfaufwand erheblich zu redu- zieren. Gleichzeitig kann das Fenster der Produkteigenschaften verkleinert werden. Der wesentliche Vorteil liegt aber darin begründet, dass sich der Montageprozess erheblich einfacher auto- matisieren lässt. Ebenfalls lässt sich der Gedanke des Baukasten- systems auf der Basis von vorgefertigten Halbzeugen leichter realisieren. Wesentlich für die automatisierte Fertigung solcher Lager ist die Applikation des Klebstoffes. Hier lassen sich reaktive Systeme auf der Basis von Isocyanaten oder Epoxiden. verwenden oder Schmelzklebstoffe (Hotmelts) verwenden. Die Verwendung solcher Klebstoffe erfordert aber wieder spezielle

Prozessschritte. Z. B. lassen sich mit reaktiven Systemen vor- behandelte Fügeteile nur schwer fügen, weil die Klebstoffe von den Fügeteilen abgeschert werden. Hotmelts erfordern Temperatur- fenster bei der Verklebung, die u. U. zu einer thermischen Schädi- gung des Lagerelementes (ii) führen. Abhilfe kann hier durch die bevorzugte Klasse von Klebstoffen geschaffen werden, die die spezifischen Eigenschaften von Holtmelts und reaktiven Kleb- stoffen in sich vereinen. Derartige Klebstoffe sind kommerziell erhältlich. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen reaktiven Schmelzklebstoff, der bevorzugt verkapselte Isocyanate enthält, die bevorzugt in eine Polyolmatrix eingebettet sind. Diese reak- tiven Schmelzklebstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie z. B. als Pulver auf die zu verklebende Oberfläche appliziert und quasi in Art eines Emailles aufgeschmolzen werden können, wodurch sie auf der zu verklebenden Oberfläche standfest haften ohne dadurch wesentlich an Reaktivität zu verlieren. Damit ist es möglich, derartig vorbehandelte Fügeteile zueinander zu positionieren, ohne den Klebstoff von der Fügeteiloberfläche abzuscheren. Die Vernetzungsreaktion wird erst bei Erwärmung der vorpositionierten Fügeteile deutlich über den Schmelzpunkt des Pulvers durch Auf- brechen der verkapselten Isocyanate eingeleitet. Das Auftragen des Pulvers, z. B. mit üblicher Teilchengröße auf die zu ver- klebende Oberfläche und das Fixieren des Pulvers durch Auf- schmelzen des Pulvers wird auch als"Sintern"bezeichnet.

Bevorzugt weist der reaktive Schmelzklebstoff auf der Basis verkapselter Isocyanate einen Schmelzbereich bei Temperaturen von kleiner 95°C, bevorzugt 30°C bis 90°C, besonders bevorzugt 45°C bis 65°C, und einen Reaktionsbereich bei Temperaturen bevor- zugt größer 100°C, besonders bevorzugt 110°C bis 125°C auf. Der- artige reaktive Schmelzklebstoffe sind bei der Firma Collano Ebnöther AG, Sempach-Station, Schweiz erhältlich und in dem Artikel"Vorapplizierbare PUR-Hotmelts : Aktivierung per Wärme- stoß", Adhäsion Kleben und Dichten, Jahrgang 43,10/99, S. 22-24, beschrieben.

Die mit dem Lagerelement (ii) beziehungsweise allgemein mit den zelligen Polyurethanelastomeren mit den erfindungsgemäßen Kleb- stoffen zu verklebenden Oberflächen, insbesondere die der Außen- buchse (i) und/oder der Innenbuchse (iii) können bevorzugt beschichtet, besonders bevorzugt mit Polyurethanen beschichtet sein. Dies bietet den Vorteil, dass bei gleichen Oberflächen in der Regel eine bessere Haftung erzielt wird, insbesondere dann, wenn ein Klebstoff gewählt wird, der in der Chemie den Oberflä- chen gleicht. Bei metallenen Fügeteilen können diese Beschichtung den Korrosionsschutz übernehmen. Als Beschichtung kommen dem Fachmann allgemein bekannte Beschichtungssysteme, auch Coatings genannt, insbesondere auf der Basis von Isocyanaten und Polyolen

zur Herstellung einer Polyurethanbeschichtung oder Systeme auf der Basis von Epoxiden in Betracht. Bevorzugt sind somit auch Rundlager, bei denen die Oberfläche der Außenbuchse (i) und/oder der Innenbuchse (iii), die mit dem Lagerelement verklebt wird, zusätzlich zu der Klebschicht eine Beschichtung auf der Basis von Polyurethanen aufweist. Die Beschichtung kann beispielsweise durch Pulverlacksysteme oder reaktive Systeme auf der Basis von Isocyanaten und Polyolen erfolgen.

Die Innenbuchse (iii), die auch mehrteilig aufgebaut sein kann, kann auf üblichen Materialien basieren, beispielsweise Metallen, z. B. Stahl, Eisen und/oder Aluminium oder harten Kunststoffen, z. B. TPU. Die Innenbuchse (iii) verfügt bevorzugt über eine Innenbohrung üblicherweise zur Aufnahme eines Befestigungsbolzen.

Der Außendurchmesser ergibt sich aus konstruktiven Gründen.

Bei Applikationen, bei denen keine haftende Verbindung zwischen der dem Lagerelement zugewandten Oberfläche der Innenhülse gefordert wird, kann diese mit einem, bevorzugt aufgesetzten Kragen, der bevorzugt senkrecht zur Innenbohrung und bevorzugt auf der äußeren Oberfläche der Innenbuchse (iii) umlaufend ist, versehene werden. Dabei kann dieser in Durchmesser, Dicke, Aus- führung und Anzahl variieren. Bevorzugt wird die Innenbuchse in axialer Ausrichtung nicht vom Lagerelement (ii) überragt.

Das Lagerelement (ii) kann aus einem oder mehreren Einzel- teilen, die elastische Eigenschaften aufweisen, bestehen.

Werden mindestens zwei Lagerelemente verwendet, so können diese je nach Anforderung quasi in einem Stecksystem zum voll- ständigen Lagerelement zusammengefügt werden, wobei allgemein bekannten"Steck"-Verfahren gewählt werden können, z. B. Nut- Feder. Erfindungsgemäß ist auch das Verkleben einzelner zelliger Polyurethanelastomere, insbesondere den bevorzugten zelligen Polyurethanelastomeren, mit Schmelzklebstoffen, bevorzugt den reaktiven Schmelzklebstoffen. Dabei können die zelligen Poly- urethanelastomeren mit sich selbst oder anderen Werkstoffen verklebt werden. Durch die Verwendung mehrerer Einzelteile im Lagerelement können Lagerelemente mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden, die je nach ihrer Anordnung im Rundlager spezifische Anforderungen übernehmen können. Werden mindestens zwei Lagerelemente (ii) eingesetzt, weisen diese bevorzugt unterschiedliche Dichten und somit unterschiedliche mechanische und dynamische Eigenschaften auf. Während beispiels- weise ein Lagerelement (ii) aus einem mikrozelligen PUR mit geringer Dichte bestehen kann um im Einsatzfall durch die Relativbewegung zur Innen-und Außenbuchse viel Dämpfung zu erzeugen, kann ein weiteren Lagerelement (ii) im Rundlager aus

einem mikrozelligen Pur mit hoher Dichte gefertigt sein, um dynamische Steifigkeiten zu gewährleisten und um die max. Ver- formung zu reduzieren. Erfindungsgemäß kann somit auf speziellen Anforderungen eingegangen werden. Das erfindungsgemäße Lager- element (ii) basiert bevorzugt auf Elastomeren auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, beispielsweise Poly- urethanen und/oder Polyharnstoffen, beispielsweise Polyurethan- elastomeren, die gegebenenfalls Harnstoffstrukturen enthalten können. Bevorzugt handelt es sich bei den Elastomeren um mikro- zellige Elastomere auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditions- produkten, 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 physikalischen Eigenschaften. Elastomere auf der Basis von Poly- isocyanat-Polyadditionsprodukten und ihre Herstellung sind all- gemein bekannt und vielfältig beschreiben, beispielsweise 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-Poly- additionsprodukte werden üblicherweise in einer Form hergestellt, in der man die reaktiven Ausgangskomponenten miteinander umsetzt.

Als Formen kommen hierbei allgemein übliche Formen in Frage, bei- spielsweise Metallformen, die aufgrund ihrer Form die erfindungs- gemäße dreidimensionale Form des Federelements gewährleisten. Die Herstellung der Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte kann nach allgemein bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise indem man in einem ein-oder zweistufigen Prozess die folgenden Ausgangs- stoffe 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 Fettsäuresulfonate.

Bevorzugt weisen die zelligen Polyisocyanat-Polyadditions- produkten einen Druckverformungsrest kleiner 25 % nach DIN 53 572, wobei als Prüfkörper Würfel der Abmessung 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 80°C im Umluftschrank gehalten werden, die Prüfeinrichtung nach der Entnahme aus dem Wärme-

schrank 2 Stunden im zusammengedrückten Zustand auf Raum- temperatur abgekühlt wird, anschließend der Prüfkörper aus der Prüfeinrichtung entnommen wird und 10 min 30 s nach der Entnahme der Prüfkörper aus der Prüfeinrichtung die Höhe der Prüfkörper auf 0,1 mm genau gemessen wird.

Die Außenbuchse (i) kann ein-oder mehrteilig aufgebaut sein und kann auf üblichen Materialien basieren, beispielsweise Metallen, z. B. Stahl, Eisen und/oder Aluminium oder harten Kunststoffen, z. B. TPU. Die Außenbuchse (i) verfügt über einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser, die in den Abmaßen und Ausführungen variieren können. Die Erfindung umfasst sowohl kalibrierte und unkalibrierte Buchsen. Eine Fixierung der Einzelteile, d. h.

Innenbuchse (iii), Lagerelement (e) (ii) und Außenbuchse (i) kann beispielsweise durch eine Kalibrierung erreicht werden.

Beispielsweise können bei dem Zusammenbau die Einzelteile in die Außenbuchse zusammengefügt werden, wobei der Außendurchmesser der Innenbuchse geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Außenbuchse ist. Nachdem alle Teile zusammen gefügt sind, kann anschließend die Außenbuchse im Durchmesser kleiner kalibriert werden, wodurch die eingesetzten Teile zueinander fixiert werden.

Die Außenbuchse kann auch so ausgeführt sein, dass sie vor einem einteiligen oder mehrteiligen Umformungsprozess zur endgültigen Formgebung mit den Elastomerwerkstoffen und der Innenbuchse komplettiert wird. Die Elastomerteile können einen größeren Außendurchmesser haben als der Innendurchmesser der Außenbuchse.

Dadurch wird eine Vorspannung des Elastomerbauteils erzielt. Bei dieser Bauweise kann auf einen anschließenden Kalibrierprozess verzichtet werden. Diese Vorteile gelten auch, wenn der Innen- durchmesser des Elastomerbauteile kleiner ist als der Außendurch- messer der Innenbuchse. Außenbuchse (i), Innenbuchse (iii) und Lagerelemente (ii) sind beispielhaft in der Figur 1 dargestellt.

Bevorzugt werden die Lagerelemente (ii) passgenau in der Außen- buchse (i) und die Innenbuchse (iii) passgenau im Lagerelement aufgebaut aus den einzelnen Lagerelementen (ii) positioniert, so dass die Teile derart zueinander fixiert sind, dass das gesamte Lagerelement bestehend aus den einzelnen Lagerelementen (ii) sowohl an (i) als auch an (iii) reibt, wenn dies konstruktiv gewünscht ist.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Rundlager enthaltend (i) Außenbuchse, (ii) Lagerelement auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und (iii) hohle Innenbuchse kann beispielsweise derart erfolgen, dass man pulverisierte reaktive Schmelzklebstoffe auf der Basis von ver- kapselten Isocyanaten, bevorzugt eingebettet in eine Polyol-

matrix, auf die zu verklebende Oberfläche des Lagerelementes und/oder auf die zu verklebende, mit Polyurethanen beschichtete Oberfläche der Außenbuchse (i) und/oder der Innenbuchse (iii) aufträgt, die pulverisierten, bevorzugt mit einer mittleren Partikelgröße von kleiner 500 Mm, bevorzugt 100 pm bis 350 pm, reaktiven Schmelzklebstoffe bei einer Temperatur von 30°C bis 90°C, bevorzugt 45°C bis 65°C aufschmilzt, die zu verklebenden Teile zueinander fixiert und anschließend den reaktiven Schmelz- klebstoff durch Erhitzen auf eine Temperatur von größer 100°C, bevorzugt 110°C bis 125°C aktiviert und durch Umsetzung des reaktiven Schmelzklebstoff die zu verklebenden Teile verklebt.

Die Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele näher erläutert werden.

Beispiele Auf die innere Oberfläche einer zylindrischen, hohlen Außenbuchse (i) mit einer Höhe von 30 mm, einem äußeren Durchmesser von 52 mm und einem Durchmesser des Hohlraum von 48 mm aus Aluminium wurde ein reaktiver Hotmelt in Pulverform (PurbondS HCM VN 555-1) der Firma Collano aufgetragen und bei einer Temperatur von 60°C für 30 min aufgeschmolzen (Fig. 1). In die derart beschichtete Außen- buchse wurde ein zylindrisches, hohles Lagerelement (ii) mit einer Höhe von 30 mm, einem äußeren Durchmesser von 48 mm und einem Durchmesser des Hohlraums von 38,5 mm gesteckt. In den Hohlraum des Lagerelementes wurde eine zylindrische, hohle Innenbuchse (iii) mit einer Höhe von 30 mm, einem äußeren Durch- messer von 38,5 mm und einem Durchmesser des Hohlraums von'14 mm geschoben, auf deren äußere Oberfläche entsprechend den Aus- führungen zur Außenbuchse ein reaktives Hotmelt appliziert worden war. Das fertig zusammengefügte Rundlager wurde bei einer Temperatur von 110°C über eine Dauer von 180 min getempert.

Dabei wurde der Reaktionsprozess eingeleitet und ausgeführt.