DE10122794B4

DE10122794B4 - Bügel zur Befestigung eines Kolben-Zylinderaggregates

Info

Publication number: DE10122794B4
Application number: DE2001122794
Authority: DE
Inventors: Olexandr Dyshko
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2021-05-12
Also published as: DE10122794A1; FR2824602B1; FR2824602A1

Abstract

Bügel an einem Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen äußeren Bügel, der mit seinem schellenartigen Teilbereich einen Zylinder umfasst, wobei sich dem schellenartigen Teilbereich jeweils eine endseitige Lasche anschließt, zwischen denen ein u-förmiges Aufnahmeteil angeordnet ist, das eine am Zylinder anliegende Basis aufweist, von der sich Stege im wesentlichen parallel zu den Laschen erstrecken, die eine Nut zur Aufnahme eines Tragteils bilden, wobei zwischen dem Basisteil und dem Zylinder mindestens ein Freiraum vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (23) des u-förmigen Aufnahmeteils (17) einen größeren Radius aufweist als ein Radius R_Z des Zylinders (3) zwischen den Laschen (21) und die Breite der Nut (33) größer bemessen ist als die Breite des aufzunehmenden Tragteils (19), wobei bei zusammengedrückten Laschen (21) der Freiraum (27) zwischen dem Basisteil und dem Zylinder verkleinert und eine Kontaktfläche (25) der Basis (23) zum Zylinder (3) vergrößert wird, indem sich ein Radius R_B der Basis dem Radius R_Z des Zylinders...

Description

Die Erfindung betrifft einen Bügel entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE 37 35 043 A1 ist ein Bügel zur Verbindung eines Federbeins mit einem Radträger bekannt. Der Bügel verfügt über einen äußeren Bügel, der einen Zylinder des Federbeins mit einem schellenartigen Teilbereich auf einem Winkelbereich umfasst und zwei parallele Laschen mit einem u-förmigen Aufnahmeteil eine Nut zur Aufnahme eines scheibenförmigen Teils des Radträgers bilden.

Der wesentliche Gedanke bei dieser Patentanmeldung besteht darin, dass am Zylinder abfließendes Wasser durch einen freien Raum zwischen dem u-förmigen Aufnahmeteil und dem Zylinder geführt werden kann.

In der Variante nach 2 der DE 37 35 043 A1 wird der freie Raum dadurch erreicht, dass das u-förmige Aufnahmeteil mit einem radialen Abstand zum Zylinder angeordnet ist. Folglich übernimmt das Aufnahmeteil keine Tragfunktion zum Zylinder.

In der 3 ist die Basis des u-förmigen Aufnahmeteils mit einer Sickung versehen, die am Zylinder anliegt. In der Regel wird bei der Montage des gesamten Bügels eine Baueinheit aus dem äußeren Bügel und dem u-förmigen Aufnahmeteil gebildet, z. B. durch mindestens eine Schweißverbindung zwischen den beiden Bauteilen. Anschließend presst man diese Baueinheit auf den Zylinder, wobei sich das u-förmige Aufnahmeteil elastisch verformen sollte. Aufgrund der Sickung liegt aber die Elastizität der Basis des u-förmigen Aufnahmeteils auf einem sehr niedrigen Niveau. Damit stellt sich im Kontaktbereich der Sickung mit dem Zylinder sowohl im Zylinder wie auch in dem Bügel ein sehr großer Spannungszustand ein.

In die von den Laschen und dem u-förmigen Aufnahmeteil gebildeten Nut wird der scheibenförmige Teil des Radträgers eingeführt, wobei zwischen dem scheibenförmigen Teil und der den Stegen des Aufnahmeteils eine Spielpassung vorliegt, damit das scheibenförmige Teil bei der Montage leicht einzuschieben ist.

Zur Befestigung des Bügels bzw. des Kolben-Zylinderaggregates mit dem scheibenförmigen Teil des Radträgers werden die Laschen des äußeren Bügels zusammen mit den Stegen des Aufnahmeteils durch Schrauben auf das scheibenförmige Teil vorgespannt. Dabei muss zumindest das Spiel der Passung zwischen dem scheibenförmigen Teil und der Nut des Aufnahmeteils elastisch ausgeglichen werden, damit eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Bügel und dem scheibenförmigen Teil vorliegt.

Im verspannten Zustand des Bügels mit dem scheibenförmigen Teil des Radträgers wachsen die Spannungen im inneren Aufnahmeteil und auch im Zylinder drastisch an. Bisher wurde der Zylinder stets bzgl. des Durchmessers und der Wandstärke derart dimensioniert, dass die Spannungen außerhalb eines kritischen Bereichs liegen. Wenn man jedoch diese beiden Bemessungsgrößen deutlich verkleinert, kann bei einer entsprechend hohen Belastung die Dauerfestigskeitsanforderungen u.U. nicht mehr erreicht werden.

Bei Kolben-Zylinderaggregaten in der Ausführung eines Schwingungsdämpfers ist man seit langem bestrebt durch kleinere und dünnwandigere Zylinder einen Gewichtsvorteil zu erreichen. Es besteht zwar auch die Möglichkeit, ersatzweise einen anderen Werkstoff, z. B. hochfestigen Stahl oder Aluminium einzusetzen, doch leidet darunter die Preiswürdigkeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Verbindung zwischen dem Radträger und dem Bügel derart weiterzuentwickeln, dass die Spannungsverhältnisse in den betroffenen Bauteilen verbessert sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Beim Spannen der Laschen des äußeren Bügels zusammen mit den Stegen des Aufnahmeteils auf den scheibenförmigen Teil des Radträgers wird der Radius der Basis des Aufnahmeteils verkleinert, so dass sich die Radien der Basis und des Zylinders tendenziell annähern. Der Kontaktbereich zwischen der Basis und dem Zylinder vergrößert sich, wodurch die Spannungen im Zylinder deutlich reduziert werden.

Je nach Umformaufwand bei der Herstellung des u-förmigen Aufnahmeteils kann man auch vorsehen, dass die Basis bis zu einem Übergang zu den Stegen als eine ebene Fläche ausgeführt ist. Damit hat man ein universell einsetzbares Aufnahmeteil erreicht.

Sofern die Möglichkeit besteht, für verschiedene Zylinderradien auch die Aufnahmeteile anzupassen hat es sich bezüglich der Spannungsverhältnisse als vorteil teilhaft herausgestellt, wenn der Radius der Basis um 10% bis 100% größer ausgeführt ist als der Radius des Zylinders.

Ergänzend kann das Aufnahmeteil im Bereich der Basis eine geringere Materialstärke aufweisen als in den Stegen. Die Elastizität der Basis wird unabhängig von dem Radius an der Basis vergrößert. Tendenziell sinkt mit zunehmender Elastizität der Basis das Spannungsniveau im Zylinder.

Bei größeren Stückzahlen oder wenn der Anwendungsfall es erfordert, erreicht man das Spannungsoptimum im Zylinder, wenn der Radius der Basis im Verhältnis zum Radius des Zylinders von einem Schnittpunkt der Spannungskennlinien des äußeren Bügels und des Zylinders am Aufnahmeteil bestimmt wird. Zwar kann man dann für bestimmte Bereiche im Zylinder ein noch geringeres Spannungsniveau erreichen, doch nur auf Kosten einer Spannungssteigerung an einer anderen Stelle des Zylinders. Da die höchste Spannung in einem Bauteil die Bauteildimensionierung bestimmt, ist der genannte Schnittpunkt der Spannungskennlinien als Funktion des Radius der Basis zum Radius des Zylinders besonders vorteilhaft.

Die 1 zeigt ein an sich bekanntes Kolben-Zylinderaggregat 1 in der Ausführung eines Federbeins. Innerhalb eines Zylinders 3 ist ein Druckrohr 5 angeordnet, in dem eine Kolbenstange 7 zusammen mit einem Kolben 9 axial beweglich angeordnet ist. Am unteren Ende des Zylinders ist ein Bügel 11 befestigt. Für die weitere Beschreibung ist die 2 heranzuziehen.
Der Bügel 11 umfasst einen äußeren Bügel 13, der mit seinem schellenartigen Teilbereich 15 am Zylinder anliegt. Zusammen mit einem u-förmigen Aufnahmeteil 17 für ein scheibenförmiges Teil 19 eines nicht weiter dargestellten Radträgers bilden die Aufnahme und der äußere Bügel eine unabhängig vom restlichen Kolben-Zylinderaggregat zu montierende Unterbaueinheit.
Der äußere Bügel 13 verfügt endseitig über radial zum Zylinder im wesentlichen parallel verlaufende Laschen 21. Zwischen den Laschen des äußeren Bügels ist das u-förmige Aufnahmeteil angeordnet, das aus einer Basis 23 und zwei Stegen besteht. Die Stege und die Laschen verfügen über nicht dargestellte Öffnungen, durch die Befestigungsmittel, z. B. Spannschrauben geführt werden. Zwischen den Stegen und den Laschen liegt eine Verbindung, z. B. eine Schweißverbindung vor. Das Basisteil verfügt über einen Radius R_B, der deutlich größer ist als der Radius R_Z des Zylinders. Dadurch liegt zwischen dem Zylinder und der Basis zu beiden Seiten einer Kontaktfläche 25 ein Freiraum 27 vor. Im aufgepressten Zustand des Bügels auf dem Zylinder hat sich der Radius R_B schon dem Radius R_Z tendenziell angenähert. Eine im Bereich des Bodens 29 des Zylinders ausgeführte Schweißnaht 31 soll Kräfte von dem Radträger auf den Zylinder übertragen.
Das u-förmige Aufnahmeteil 17 bildet eine Nut 33 für das scheibenförmige Teil 19. Die Nutbreite ist größer bemessen als die Breite des scheibenförmigen Teils, so dass zwischen dem u-förmigen Aufnahmeteil und dem scheibenförmigen Teil ein toleranzbehaftetes Spiel vorliegt. Dieses Spiel beträgt ca. 0,1 bis 0,6 mm.
Wenn die Befestigungsmittel die Stege zusammen mit den Laschen auf das scheibenförmige Teil vorspannen, muss zuerst das besagte Spiel überwunden werden. Wenn man die Stege zusammendrückt, dann verringert sich der Radius R_B zusätzlich und die Breite der Kontaktfläche 25 wächst. Für diese Radiusverringerung an der Basis dienen die Freiräume 27. Versuche haben ergeben, dass dann, wenn der Radius R_B 10% bis 100% größer ist als R_Z, besonders günstige Spannungsverhältnisse im Kontaktbereich des gesamten Bügels mit dem Zylinder bestehen. Für besonders einfache Ausführungen kann man eine ebene Basis am u-förmigen Aufnahmeteil vorsehen. Selbst dabei haben sich schon signifikante Reduzierungen der Spannungen im Zylinder erreichen lassen. Je geringer die Spannungen, um so kleiner kann der Radius und um so dünner die Wandstärker des Zylinders ausgeführt sein.
Man kann auch vorsehen, dass die Basis eine geringere Wandstärke aufweist als die der Stege, um die Elastizität des u-förmigen Aufnahmeteils und damit ebenfalls die Kontaktfläche zu vergrößern.
Man kann auch derart vorgehen, dass man Spannungskennlinien entsprechend der 3 erzeugt. Der Radius des Zylinders wird häufig von der Anwendung vorgegeben. Damit ist auch die Form des äußeren Bügels bestimmt, da der schellenartige Teilbereich zwangsläufig am Zylinder anliegen muss. Für die 3 wurde ein Zylinder mit dem Radius R_Z in der Größe von ca. 50 mm vorgewählt. Es wurde ermittelt, dass in einem Bereich von 30% bis 60% Radiusvergrößerung der Basis zum Zylinder ein Spannungsoptimum im Zylinder erreicht werden kann. Die höchsten Spannungen im Zylinder treten im Bereich der Kontaktfläche und am Übergang des schellenartigen Teilbereichs zu den Laschen auf. Es wurden Spannungskennlinien bei verschiedenen Radien R_B erzeugt. Wie man deutlich erkennt, sinkt mit zunehmendem Radius R_B die Spannung im Bereich der Kontaktfläche anfangs relativ deutlich und anschließend stellt sich ein fast konstanter Spannungszustand unabhängig vom Radius R_B ein.
Ein gegenteiliges Spannungsverhalten ist im Kontaktbereich mit dem äußeren Bügel 13 festzustellen. Bei einem geringen Größenunterschied von R_B zu R_Z steigen die Spannungen noch relativ stark an, bis sich ebenfalls ein nahezu konstantes Spannungsverhalten einstellt.
In der 4 ist die Überlagerung der beiden Spannungskennlinien dargestellt, indem jeweils das größere Spannungsniveau einer der beiden Spannungskennlinien aufgetragen wurde. Wenn man sich vorstellt, dass bei gleichen Radien an der Basis und am Zylinder im Vergleich zu einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der besagten Radien eine Reduzierung der Spannungen um 30% bis 40% erreicht werden können, heißt das für die konstruktive Ausgestaltung, dass ohne Mehrkosten für den Zylinder und für den Bügel eine deutliche Materialeinsparung erzielt werden kann.

Claims

Bügel an einem Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen äußeren Bügel, der mit seinem schellenartigen Teilbereich einen Zylinder umfasst, wobei sich dem schellenartigen Teilbereich jeweils eine endseitige Lasche anschließt, zwischen denen ein u-förmiges Aufnahmeteil angeordnet ist, das eine am Zylinder anliegende Basis aufweist, von der sich Stege im wesentlichen parallel zu den Laschen erstrecken, die eine Nut zur Aufnahme eines Tragteils bilden, wobei zwischen dem Basisteil und dem Zylinder mindestens ein Freiraum vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (23) des u-förmigen Aufnahmeteils (17) einen größeren Radius aufweist als ein Radius R_Z des Zylinders (3) zwischen den Laschen (21) und die Breite der Nut (33) größer bemessen ist als die Breite des aufzunehmenden Tragteils (19), wobei bei zusammengedrückten Laschen (21) der Freiraum (27) zwischen dem Basisteil und dem Zylinder verkleinert und eine Kontaktfläche (25) der Basis (23) zum Zylinder (3) vergrößert wird, indem sich ein Radius R_B der Basis dem Radius R_Z des Zylinders (3) angleicht.
Bügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (23) bis zu einem Übergang zu den Stegen (25) als eine ebene Fläche ausgeführt ist.
Bügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Basis (23) um 10% bis 100% größer ausgeführt ist als der Radius R_B des Zylinders (3).
Bügel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeteil (17) im Bereich der Basis (23) eine geringere Materialstärke aufweist als in den Stegen (21).
Bügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius R_B der Basis (23) im Verhältnis zum Radius R_Z des Zylinders (3) von einem Schnittpunkt der Spannungskennlinien des äußeren Bügels (13) und des Zylinders (3) am Aufnahmeteil (17) bestimmt wird.