DE19704318A1 - Schwingungsdämpfer mit thermischem Ausgleich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Schwingungsdämpfer bei Radaufhängungssystemen von Kraftfahrzeugen bzw. Maschinen, die einer Schwingungsdämpfung bedürfen. Der Schwingungsdämpfer soll eine Anordnung erhalten, welche eine unterschiedli­ che Ausdehnung des Druckzylinders gegenüber dem Außenrohr ausgleicht.

Hydraulische Dämpfer, wie Schwingungsdämpfer sind für gewöhnlich zwi­ schen der gefederten Masse (Karosserie) und der ungefederten Masse (Rad) eines Fahrzeuges vorgesehen. Ein Kolben mit einer Kolbenstange ist im inneren Druck­ rohr verschiebbar angeordnet und mit einer Ventilanordnung versehen, mit der der Dämpfungsflüssigkeitsaustausch im Arbeitsraum gedrosselt wird, wenn der Schwingungsdämpfer einen Druck- bzw. Zughub ausführt. Damit werden die me­ chanischen Schwingungen gedämpft.

Ein bekannter Schwingungsdämpfer 10 mit zwei Rohren ist in Fig. 1 darge­ stellt und besteht aus einer Kolbenstangenanordnung 12, einer Druckrohranordnung 14 und einem Außenrohr 16. Die Kolbenstangenanordnung 12 liegt innerhalb der Druckrohranordnung 14 und besteht aus einer Kolbenstange 18 mit einem An­ schlußstück 20 am einen Ende, das sich aus der Druckrohranordnung 14 heraus er­ streckt und mit dem Fahrzeug verbunden ist. Das andere Ende der Kolbenstange 18 ist mit einem Kolben 22 mit Ventil versehen. Die Druckrohranordnung 14 weist ein Druckrohr 24 mit einer Kolbenstangenführung 26 am einen Ende und einem Bo­ denventil 28 am anderen Ende auf. Die Führung 26 ist mit einem Lager 30 zum Abdichten der Kolbenstange 18 versehen. Das Bodenventil 28 steuert den Strö­ mungsmittelaustausch zwischen der Arbeitskammer 31 im Druckrohr 24 und einem Vorratsraum 32 innerhalb des Außenrohrs 16. Der Vorratsraum 32 umgibt das Druckrohr 24 koaxial und liegt zwischen dem Bodenventil 28 und der Führung 26. Das Außenrohr 16 ist mit einer Lasche 34 zur Befestigung des Rohres 16 am Fahr­ zeug versehen.

Die Dämpfungseigenschaften werden von Öffnungen im Kolbenventil 22 und Bodenventil 28 hervorgerufen, durch die der Flüssigkeitsaustausch im Kolbenventil 22 und vom Arbeitsraum 31 zum Vorratsraum 32 erfolgt. Da die Kolbenstange nur auf einer Seite des Kolbenventils 22 vorgesehen ist, unterscheidet sich das im Druckhub verdrängte Volumen vom Volumen der Dämpferflüssigkeit im Zughub. Dieser Volumenunterschied wird Stangenvolumen genannt und mit Hilfe des Bo­ denventils 28 und des Vorratsraums 32 ausgeglichen. Das Stangenvolumen wird aus dem Arbeitsraum 31 beim Druckhub durch das Bodenventil 28 in den Vorratsraum 32 verdrängt. In der Zugstufe tritt das Stangenvolumen durch das Bodenventil 28 in den Arbeitsraum 31 ein.

Infolge der dauernden Verschiebung von Kolbenstange 18 und Kolbenventil 22 strömt das Stangenvolumen dauernd durch das Bodenventil 28, so daß nur ein Teil der Flüssigkeit im Vorratsraum 32 zur Wirkung gebracht wird, während das restliche Volumen im Vorratsraum 32 verbleibt. Der schnelle Austausch von Flüs­ sigkeit durch das Bodenventil und das Kolbenventil 22 sowie die Reibung zwischen dem Kolbenventil 22 und dem Druckrohr 24 sowie zwischen der Kolbenstange 18 und der Stangenführung 26 erzeugt Wärme, die auf die Dauer unerwünscht ist.

Ferner arbeiten Schwingungsdämpfer in Fahrzeugen bei sehr unterschiedli­ chen Temperaturen, die im Winter sehr tief und im Sommer extrem hoch sein kön­ nen. Bei bekannten Schwingungsdämpfern sind Druckrohr 24 und Außenrohr 16 aus Stahl hergestellt. Wenn dies auch ein zufriedenstellender Werkstoff ist, so besit­ zen doch Aluminiumrohre geringeres Gewicht und eine bessere Wärmeabführung. Wenn aber das Druckrohr 24 aus Stahl und das Außenrohr 16 aus Aluminium her­ gestellt sind, so führt doch die unterschiedliche thermische Ausdehnung zu Pro­ blemen bei langer Betriebszeit. So können sich bei sehr geringen Temperaturen strukturelle Fehler einstellen oder bei sehr hohen Temperaturen mangelhafte Ab­ dichtung und Verlust der Druckrohrvorbelastung.

So hat man Verfahren entwickelt, mit denen es möglich ist, den unterschied­ lichen axialen Ausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Stahl auszugleichen, wie auch die unterschiedliche thermische Ausdehnung verschiedener anderer Werkstoffe.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer so zu bauen, daß die unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen zwei Werkstoffen ausgeglichen wird und damit bei sehr niedrigen und sehr hohen Tem­ peraturen die vorgenannten Ausfälle zu vermeiden.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines bekannten Schwingungsdämpfers,

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Schwingungsdämpfers mit erfin­ dungsgemäß ausgebildetem Bodenteil,

Fig. 3 einen Schnitt des Bodenteils im vergrößerten Maßstab,

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 in einer abgeänderten Ausführungs­ form.

In der Zeichnung sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. So zeigt Fig. 2 einen Schwingungsdämpfer 100 mit einem erfindungsgemäß aus­ gebildeten Bodenteil. Der Schwingungsdämpfer 100 besteht aus einem Druckrohr 102 mit einer Arbeitskammer 104 und einem Außenrohr 106 zur Abteilung eines Vorratsraums 108. Diese Bauweise ist beispielhaft.

Im Arbeitsraum 104 ist eine Kolbenanordnung 110 verschiebbar, an der eine Kolbenstange 112 befestigt ist. Diese wird im Druckrohr 102 mit Hilfe einer kom­ binierten Dichtungs- und Stangenführungsanordnung 114 getragen und geführt, die am oberen Ende des Druckrohrs 102 liegt und eine zentrische Bohrung 116 auf­ weist, durch welche die Kolbenstange 112 greift. In der Bohrung 116 zwischen der Stangenführung 114 und der Kolbenstange 112 liegt eine Buchse 118 zur Führung der Kolbenstange 112 in der Anordnung 114.

Am unteren Ende des Druckrohrs 102 ist das mit 120 bezeichnete Zylinder­ bodenteil dargestellt, durch das die Strömung der Dämpferflüssigkeit zwischen der Arbeitskammer 104 und dem Vorratsraum 108 erfolgt und das auch zum Ausgleich der unterschiedlichen axialen thermischen Ausdehnung zwischen den Bauteilen des Schwingungsdämpfers 100 dient, wie noch beschrieben wird. Der Vorratsraum 108 liegt zwischen dem Außenumfang des Druckrohrs 102 und dem Innenumfang des Außenrohrs 106.

Das obere und untere Ende des Schwingungsdämpfers 100 ist zum Einbau in ein Fahrzeug vorgesehen. So besitzt die Kolbenstange 112 ein Gewinde 122, zur Befestigung, während das Außenrohr 106 mit einem Flansch 124 versehen ist, dessen Bohrungen 126 zur Befestigung des unteren Endes am Fahrzeug dienen (McPherson Federbein). Auch dies ist nur beispielhaft für die Bauweise. Bei Verschiebung des Kolbens 110 erfolgt ein Flüssigkeitsaustausch zwischen dem oberen Teil 128 und dem unteren Teil 130 der Arbeitskammer 104, wie auch zwischen dem Arbeitsraum 104 und dem Vorratsraum 108 über das Bodenteil 120, um auftretende Schwingungen zwischen der gefederten und ungefederten Masse des Fahrzeuges zu dämpfen.

In Fig. 3 ist das erfindungsgemäß ausgebildete Bodenteil 120 in Einzelheiten dargestellt. Dabei handelt es sich um ein Endteil 140 als stirnseitigen Abschluß des Druckrohrs, eine Stützplatte 142 und mehreren, vorzugsweise geradzahlig, Tellerfe­ dern 144 zwischen dem Endteil 140 und der Stützplatte 142. Das Endteil 140 besitzt ein typisches Bodenventil mit mehreren Strömungskanälen 146, Druckventil 148 und Einlaßventil 150 und ggf. einem unterschiedlichen Strömungsweg 152 für das Vorratsvolumen. Eine Wendelfeder drückt das Einlaßventil 148 in Schließstellung und ein Zugbolzen (Vorspannungskraft) drückt das Druckventil 150 in Schließstel­ lung. Die Arbeitsweise des Endteils 140 entspricht einem bekannten Bodenventil und wird hier nicht weiter erläutert.

Die Stützplatte 142 besitzt eine Innenbohrung 158, in der eine Mutter 160 verschiebbar einsitzt, so daß das Endteil 140 und die Stützplatte 142 axial gegenein­ ander beweglich sind. Die Innenbohrung 158 ist etwas kleiner als der Kopf der Mutter 160, so daß die Mutter 160 die Tellerfedern 144 und die Stützplatte 142 zu­ sammenhält. Mehrere Tellerfedern 144, vorzugsweise eine gerade Anzahl, liegt zwischen dem Endteil 140 und der Stützplatte 142 und drückt das Endteil 144 von der Stützplatte 142 weg. Die Tellerfedern 144 sind mit ihrem Innenumfang ver­ schiebbar auf dem Außenumfang der Stützplatte 142 aufgesetzt, um die Tellerfedern 144 radial zu halten. Die Stützplatte 142 stößt im Vorratsraum 108 an den geschlos­ senen Boden des Außenrohrs 106. Die Stützplatte 142 ist ggf. mit einem Strö­ mungsweg 162 für ein unterschiedliches Vorratsvolumen versehen, so daß ein Teil­ volumen der Dämpferflüssigkeit oder das gesamte Volumen zwischen dem Druck­ rohr 102 und dem Vorratsraum 108 strömen kann.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird die Baugruppe, die aus Druckrohr 102, Kolben 110, Kolbenstange 112, Stangenführung 114 und dem Bodenteil 120 be­ steht, in das Druckrohr 106 eingesetzt und auf die Kolbenstangenführung 114 eine axiale Belastung ausgeübt, die durch das Druckrohr 102 und das Bodenteil 120 auf den Boden des Außenrohrs 106 wirkt und damit die Tellerfedern 144 zu einem be­ stimmten Grad zusammendrückt. Ist der gewünschte Grad erreicht, so wird das of­ fene Ende des Außenrohrs 106 mit einem bekannten Verfahren bei 164 geschlossen, wodurch die Befestigung der Baugruppe erfolgt. In diesem Zustand kann nun eine unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen dem Außenrohr 106 aus Aluminium und dem Druckrohr 102 aus Stahl über die Tellerfedern 144 ausgegli­ chen werden. Die zulässige Verschiebung zwischen dem Druckrohr 102 und dem Außenrohr 106 sorgt für den Zusammenhalt zwischen den beiden Komponenten von unterschiedlichem Ausdehnungsgrad, ohne die Abdichtung zwischen dem Kompo­ nenten zu gefährden. So ist es möglich, ein Außenrohr 106 zur Gewichtsverringe­ rung und besseren Wärmeabführung aus Aluminium herzustellen, während man für das Druckrohr 102 Stahl verwendet, der verschleißfest ist und höher beanspruchbar ist, ohne daß hieraus Probleme entstehen, die von den unterschiedlichen Ausdeh­ nungskoeffizienten herrühren.

Mit der Anordnung der Tellerfedern 144 in einem Zick-Zack-Muster, wie es Fig. 3 zeigt, können erfindungsgemäß axiale Kräfte zwischen dem geschlossenen Boden des Außenrohrs 106 und dem Bodenteil 140 im wesentlichen in gleicher Weise hinsichtlich der Durchmesser und der Krafteinleitungsstellen wie bei bekann­ ten Schwingungsdämpfern übertragen werden, so daß auch Biegekräfte, die auf das Bodenteil 140 und die Stützplatte 142 wirken, minimal sind. Die erfindungsgemäße Bauweise liefert auch eine vereinfachte Montage, weil die Tellerfedern 144 mit der Stützplatte 142 zusammen mit dem Bodenteil 140 zusammengebaut werden und am Bodenteil 140 mit der Mutter 160 gehalten sind. So läßt sich die erfindungsgemäße Anordnung bei jedem üblichen Schwingungsdämpfer verwenden, wenn man nur eine kleine Längenänderung am Druckrohr oder Außenrohr vornimmt, ohne daß die Kolbenanordnung 110, die Stangenführung 114 oder die Kolbenstange 112 verän­ dert werden müssen. Ferner bietet die Bauweise ausreichend Raum, um Tellerfedern 144 in verschiedenen Anordnungen unterzubringen, weil der Innendurchmesser der Tellerfedern 144 so klein wie der Außendurchmesser der Mutter 140 sein kann.

Fig. 4 zeigt ein Bodenteil 220 in einer anderen Ausführungsform mit einem Endteil 240 für das Druckrohr, einer Stützplatte 242 und mehreren, vorzugsweise geradzahlig, Tellerfedern 244. Diese haben aber eine geringere Federsteifigkeit wie die Tellerfedern 144 im Ausführungsbeispiel der Fig. 3, und zwar wegen des höhe­ ren OD/ID Verhältnisses gegenüber der Standardausführung und wegen des dünne­ ren Blechprofils bei der Herstellung. Das Endteil 240 mit der Abstützplatte 242 ent­ spricht in etwa dem Endteil 140 und der Abstützplatte 142 mit Ausnahme der ggf. unterschiedlichen Vorratsvolumenströmung. Ferner hat die Stützplatte 242 eine Schulter verringerten Durchmessers für die Unterbringung der Tellerfedern 244, deren Innendurchmesser kleiner als der der Tellerfedern 144 ist. Der kleinere Durchmesser verbietet den Einbau eines Kanals für die Vorratsvolumenströmung wie dies bei 162 in der Stützplatte 142 vorgesehen ist. Für einen ausreichend großen Durchgang des Vorratsvolumens ist das Endteil 240 mit Strömungskanälen 252 ver­ sehen, die größer sind als der Durchgang 152 im Endteil 140, bei dem von einem parallelen Durchgang 162 Gebrauch gemacht wird.

Claims (6)

1. Schwingungsdämpfer, bestehend aus einem Druckrohr (102) mit Arbeits­ raum (130), einem im Druckrohr verschiebbaren Kolben (110) mit einer Kolben­ stange (112), einem Außenrohr (106) für einen Vorratsraum (108) und einem das stirnseitige Ende des Druckrohrs (102) verschließenden Endteil mit einem Bodenventil für den Strömungsmittelaustausch zwischen dem Arbeitsraum und dem Vorratsraum, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Außenrohr (106) und dem Druckrohr (102) Mittel zum Aufbringen einer Kraft vorgesehen sind, mit der das Druckrohr (102) von dem Außenrohr (106) weg gedrückt wird.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen der Kraft mindestens eine Tellerfeder (144, 244) vorgesehen ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Tellerfedern geradzahlig ist und die Federn in einem Zick-Zack-Muster angeordnet sind.

4. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittel zum Aufbringen der Druckkraft zwischen dem Endteil (140, 240) des Druckrohrs und dem Außenrohr (106) angeordnet sind.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Stützplatte (142, 242) zwischen dem Außenrohr und dem Druck­ rohr angeordnet ist und die Mittel zum Aufbringen der Druckkraft zwischen der Stützplatte und dem Druckrohr vorgesehen sind.

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatte (142) verschiebbar am Endteil (140, 240) des Druckrohrs befestigt ist.