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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenzylindereinheit mit einem
eine Kolbenstange aufweisenden, in einem Zylinder axial verschiebbaren
Kolben und mit einer zumindest einen Teil des Zylinders mit radialem
Spiel umfassenden oder innerhalb des Zylinders mit radialem Spiel
zur Innenwand des Zylinders angeordneten Schraubendruckfeder, wobei
die Kolbenstange an einer kolbenstangenaustrittseitigen, ersten
Stirnseite des Zylinders aus dem Zylinder herausgeführt ist
und wobei die Schraubendruckfeder einerseits an der Kolbenstange
oder dem Kolben und andererseits an dem Zylinder abgestützt ist.
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Eine
solche Kolbenzylindereinheit ist beispielsweise von einem Federbein
bekannt, in welchem eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Schraubenfeder
sowohl an ihrer Innenseite als auch an ihrer Außenseite von den Zylinder aufweisenden Stützelementen
im weitesten Sinne geführt
wird, um ein Durchknicken der Schraubenfeder in radialer Richtung
zu verhindern. Der Durchmesser der Schraubenfeder vergrößert sich
bei einem Zusammendrücken,
insbesondere Belasten, der Schraubenfeder und verringert sich bei
einem Auseinanderziehen, insbesondere Entlasten, der Schraubenfeder.
Infolgedessen ist es erforderlich, die Führung mit einer großen Toleranz
zu versehen, um ein Verklemmen der Schraubenfeder und einen daraus
resultierenden Ausfall des Federbeines zu vermeiden. Ferner hat
die Schraubenfeder allgemein beim Zusammendrücken ein Bestreben, radial auszuknicken. Das
führt zusammen
mit der vorgenannten erforderlichen großen Toleranz bei Hubbewegungen
des Federbeines, das heißt
bei einem Einschieben und/oder bei einem Ausfahren des Federbeines,
zu einer nicht unerheblichen Geräuschentwicklung
durch ein radiales Anschlagen der Schraubenfeder an den Stützelementen
beim Ausknicken der Schraubenfeder. Darüber hinaus besteht beim Anschlagen
die Gefahr sowohl einer Beschädigung
der Schraubenfeder als auch der Stützelemente, insbesondere des
Zylinders.
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Aus
der
DE 100 21 762
A1 ist eine Kolbenzylindereinheit mit einem Zylinder bekannt,
in dem ein Kolben axial verschiebbar angeordnet ist, der eine einseitige
Kolbenstange aufweist. Die Kolbenstange ist durch die eine Stirnseite
des Zylinders aus diesem herausgeführt und mit radial hervorstehenden,
sich längs
erstreckenden Rippen versehen. In dem Zylinder ist eine die Kolbenstange
und die Rippen umschließende
Schraubendruckfeder angeordnet, die sich mit ihren Enden an den
beiden Stirnwänden
des Zylinders abstützt
und die mit einem gleitfähigen Kunststoffüberzug versehen
ist.
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Aus
der
DE 28 03 514 A1 ist
ein hydraulischer Anschlagpuffer bekannt, der ein feststehendes,
hohlzylindrisches Kolbenrohr und einen dazu verschieblichen, freistehenden
Arbeitszylinder besitzt. Dieser ist unter der Wirkung einer am Kolbenrohr
abgestützten
Rückholfeder
aus dem Kolbenrohr ausfahrbar. Die Rückholfeder ist an der Außenseite des
Arbeitszylinders innerhalb eines das Kolbenrohr umschließenden,
mit diesem befestigten Mantelrohres gelagert.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Geräuschentwicklung
einer Kolbenzylindereinheit der eingangs genannten Art bei ihrem Einsatz
zu vermindern und die Beschädigungsgefahr von
Schraubendruckfeder und Zylinder zu verringern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Schraubendruckfeder zumindest an ihrer radial zur Zylinderwand gerichteten Oberfläche eine
elastische Außenschicht
aufweist und mit Spiel von einem mit dem Zylinder fest verbundenen
Außenrohr
umschlossen ist oder mit Spiel von einem zwei teleskopisch axial
gegeneinander verschiebbare Rohrelemente aufweisenden Außenrohr
umschlossen ist, wobei das eine Rohrelement mit der Kolbenstange
und das andere Rohrelement mit dem Zylinder fest verbunden ist und
daß eine
Außenwandung
des Zylinders und/oder eine Innenwandung des Außenrohres ein Radialführungselement für die Schraubendruckfeder
bilden und wobei die Schraubendruckfeder an einer an der zweiten
Stirnseite des Zylinders angeordneten Bodenplatte des Zylinders
anliegt.
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Überraschenderweise
bewirkt die erfindungsgemäße elastische
Außenschicht
der Schraubendruckfeder eine akustische Dämpfung, ohne die freie Bewegbarkeit
von Kolbenstange und Zylinder zueinander zu behindern, insbesondere
ohne eine Verschiebung der Kolbenstange gegenüber dem Zylinder zu stören. Bei
einem Ausknicken der Schraubendruckfeder, welches von dem zumindest
teilweise innerhalb der Schraubendruckfeder angeordneten Zylinder
begrenzt wird, dämpft
die elastische Außenschicht
die Geräuschentwicklung
beim Anschlagen der Schraubendruckfeder an dem Zylinder derart, daß Klack-
und Schlaggeräusche
vermieden werden. Die erfindungsgemäße Kolbenzylindereinheit eignet sich
somit insbesondere zur Verwendung in einer ein grundsätzlich niedriges
Geräuschniveau
aufweisenden Umgebung, aber zum Beispiel vorteilhaft auch zum Einsatz
in modernen leisen Kraftfahrzeugen. Besonders vorteilhaft ist es,
daß mit
der elastischen Außenschicht
der Schraubendruckfeder neben der akustischen Dämpfung auch eine mechanische Dämpfung erreicht
wird; dadurch wird eine Schlagbeanspruchung von Schraubendruckfeder
und Zylinder zuverlässig
vermieden, wodurch zum einen die Betriebssicherheit und Dauerhaltbarkeit
der Kolbenzylindereinheit erhöht
wird und zum anderen auf eine schlagfeste Oberflächenbeschichtung, zum Beispiel mittels
eines Schrumpfschlauches, des Zylinders verzichtet werden kann.
Mit der Erfindung reduziert sich somit nicht nur die mechanische
Belastung der Kolbenzylindereinheit, sondern auch die Anzahl erforderlicher
Bauteile und Herstellungsschritte. Die erfindungsgemäße elastische
Außenschicht
stellt zudem einen Toleranzausgleich dar. Die Schraubendruckfeder
kann dadurch enger geführt
und somit die Gefahr eines Ausknickens verringert werden. Bei einer
vorgespannten Schraubendruckfeder, wie sie beispielsweise in einer
ein Federbein bildenden Kolbenzylindereinheit regelmäßig vorliegt,
ist es von besonderem Vorteil, daß aufgrund des elastischen
Verhaltens der Außenschicht
eine Führung
auf dem Zylinder auch im vorgespannten Zustand der Schraubendruckfeder
ermöglicht
ist; dieses wäre
mit einer herkömmlichen
Schraubendruckfeder aufgrund des infolge des Vorspannens vergrößerten Innendurchmessers
der Schraubendruckfeder nicht gegeben. Weiterhin wird eine besonders
zuverlässige
Abstützung
der Schraubendruckfeder am Zylinder erreicht.
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Einen
guten Schutz der Schraubendruckfeder sowie der gesamten Kolbenzylindereinheit
gegen Umwelteinflüsse,
beispielsweise Eindringen von Schmutz und/oder Feuchtigkeit, bietet
das Außenrohr.
Vorzugsweise befindet sich die Schraubendruckfeder vollständig in
dem Außenrohr,
und die Rohrelemente weisen einen Überlappungsbereich auf, so
daß korrespondierend
mit Hubbewegungen der Schraubendruckfeder eine Anpassung der Länge des
Außenrohres
stattfinden kann. Alternativ zu einer Überlappung ist zum Beispiel
auch die Verwendung eines Faltenbalges zwischen den Rohrelementen denkbar.
Bei Anordnung der Schraubendruckfeder in einem Außenrohr
ist regelmäßig die
elastische Außenschicht
der Schraubendruckfeder auf der gesamten Oberfläche der Schraubendruckfeder
vorzusehen, so daß auch
bei einem Ausknicken der Schraubendruckfeder radial nach außen die
Vorteile der reduzierten mechanischen Belastung und verminderten
Geräuschentwicklung
der Kolbenzylindereinheit zum Tragen kommen.
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Durch
das Radialführungselement
ermöglicht
die Erfindung insbesondere, daß die
Schraubendruckfeder mit nur sehr wenig Spiel sowohl von dem innenliegenden
Zylinder als gegebenenfalls auch von dem Außenrohr auf ihrer gesamten
Länge geführt wird,
wobei Zylinder und/oder Außenrohr
tatsächliche
Führungselemente
sind; denn ein Ausgleich von Toleranzen, die zur Aufnahme von Durchmesseränderungen
der Schraubendruckfeder beim Zusammendrücken und Ausfahren grundsätzlich vorgehalten
werden müssen,
kann zumindest weitgehend, wenn – abhängig von Werkstoffen der elastischen Außenschicht
und ihrer Schichtdicke – nicht
gar vollständig,
durch eine elastische Verformung der Außenschicht der Schraubendruckfeder
erfolgen.
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Insbesondere
kann die Herstellung der Schraubendruckfeder, zum Beispiel durch
Aufbringen der elastischen Außenschicht
in einem elektrostatischen Applikationsverfahren, erheblich vereinfacht
werden, wenn gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die elastische Außenschicht auf
der gesamten Oberfläche
der Schraubendruckfeder angeordnet ist.
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Man
könnte
sich vorstellen, daß die
Schraubendruckfeder beispielsweise in einem mittleren Bereich des
Zylinders abgestützt
ist und sich der Zylinder somit in einer lediglich teilweise in
die Schraubendruckfeder eingeführten
Position befindet. Hingegen kann ein besonders kompakter Aufbau
der Kolbenzylindereinheit bei zugleich größtmöglicher Sicherheit der Schraubendruckfeder
gegen radiales Durchknicken erreicht werden, wenn gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Schraubendruckfeder
zylinderseitig an einer der ersten Stirnseite des Zylinders gegenüberliegenden,
zweiten Stirnseite des Zylinders abgestützt ist.
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Vorzugsweise
liegt die Schraubendruckfeder gemäß einer anderen Weiterbildung
der Erfindung an einer an der Kolbenstange fest angeordneten Stützplatte
an, so daß eine
sehr sichere Krafteinleitung in die Kolbenstange und auf den Kolben
erfolgen kann.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Bodenplatte des
Zylinders mit einem ersten Rohrelement der gegeneinander verschiebbaren
Rohrelemente verbunden, und/oder die Stützplatte der Kolbenstange ist
mit einem zweiten Rohrelement der gegeneinander verschiebbaren Rohrelemente
verbunden. Auf einfache Weise kann so das Außenrohr auch an seinen Stirnseiten
geschlossen und seine Schutzwirkung weiter verbessert werden.
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Eine
kostengünstige
Herstellung der Kolbenzylindereinheit kann vorteilhaft dadurch ermöglicht werden,
daß gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung die elastische Außenschicht
der Schraubendruckfeder eine Kunststoffbeschichtung ist.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die elastische
Außenschicht der
Schraubendruckfeder eine Beflockung.
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Eine
zuverlässige,
dauerhafte Haltbarkeit der Beflockung auf der Schraubendruckfeder
kann mit einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erreicht
werden, wonach die Beflockung eine Klebstoffschicht aufweist.
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Es
ist zum Beispiel denkbar, daß die
Beflockung in etwa kugelförmige,
verästelte
Elemente aufweist, die auf der Oberfläche der Schraubendruckfeder
verteilt sind. Hingegen weist für
besonders gute Gleit- und Dämpfungseigenschaften
gemäß einer vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung die Beflockung Fasern auf, und zwar
insbesondere Einzelfasern, die gleichmäßig auf der Oberfläche der
Schraubendruckfeder verteilt sind, wobei jeweils ein Ende jeder
Faser in der Gesamtheit der Fasern zu einer flauschartigen oder
samtartigen Oberfläche
der Schraubendruckfeder beiträgt.
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Eine
gute Haltbarkeit der Beflockung bei kostengünstiger Herstellung kann dadurch
erreicht werden, daß gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Beflockung Textilfasern
aufweist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können weiter verbesserte Gleit-
und Dämpfungseigenschaften
dadurch erreicht wenden, daß die
Fasern senkrecht in der Klebstoffschicht angeordnet sind und mit
einem endseitigen Abschnitt ihrer Länge aus der Klebstoffschicht
herausragen. Die Oberfläche
der elastischen Außenschicht
wird somit von freien Enden einer Vielzahl von Einzelfasern gebildet.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bilden eine Außenwandung des
Zylinders und/oder eine Innenwandung des Außenrohres ein Radialführungselement
für die
Schraubendruckfeder. Dadurch ermöglicht
die Erfindung insbesondere, daß die
Schraubendruckfeder mit nur sehr wenig Spiel sowohl von dem innenliegenden
Zylinder als gegebenenfalls auch von dem Außenrohr auf ihrer gesamten
Länge geführt wird,
wobei Zylinder und/oder Außenrohr
tatsächliche
Führungselemente
sind; denn ein Ausgleich von Toleranzen, die zur Aufnahme von Durchmesseränderungen
der Schraubendruckfeder beim Zusammendrücken und Ausfahren grundsätzlich vorgehalten
werden müssen,
kann zumindest weitgehend, wenn – abhängig von Werkstoffen der elastischen
Außenschicht
und ihrer Schichtdicke – nicht
gar vollständig,
durch eine elastische Verformung der Außenschicht der Schraubendruckfeder
erfolgen.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung
der Erfindung eine den Zylinder, den Kolben und die Kolbenstange
umfassende Gasfeder vorgesehen ist, so daß die Kolbenzylindereinheit
als kostengünstiges,
betriebssicheres und dauerhaltbares Gasfeder-Federbein dienen kann.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung schematisiert dargestellt und
wird im folgenden näher
erläutert.
Es zeigt
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1:
eine Kolbenzylindereinheit mit einer Schraubendruckfeder nach dem
Stand der Technik und
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2:
eine Kolbenzylindereinheit mit einer eine Beschichtung aufweisenden
Schraubendruckfeder.
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Sich
jeweils entsprechende Elemente sind in allen Figuren mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
in einem Längsschnitt
eine Kolbenzylindereinheit 1 nach dem Stand der Technik. Die
Kolbenzylindereinheit 1 weist in einer koaxialen Anordnung
einen Zylinder 2, in dem ein hier nicht dargestellter,
eine Kolbenstange 3 aufweisender Kolben axial verschiebbar
ist, und eine Schraubendruckfeder 4 auf. Die Schraubendruckfeder 4 umfaßt den Zylinder 2 vollständig und
ist einerseits über
eine Stützplatte 5 an
der Kolbenstange 3 und andererseits über eine Bodenplatte 6 an
dem Zylinder 2 abgestützt.
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Zum
Schutz der Kolbenzylindereinheit 1 ist ein Außenrohr 7 mit
zwei gegeneinander verschiebbaren und einen Überlappungsbereich 8 aufweisenden
Rohrelementen 9, 10 vorgesehen. Die Schraubendruckfeder
ist in axialer Richtung zwischen der Bodenplatte 6 und
der Stützplatte 5 unter
Vorspannung und in radialer Richtung in einem ringförmigen Zwischenraum 11 zwischen
Zylinder 2 und Außenrohr 7 mit
erheblichem Spiel angeordnet. Hierzu ist die von einem Abstand zwischen
einer Außenwandung
des Zylinders 2 und einer Innenwandung des Außenrohres 7 gebildete
Zwischenraumspaltbreite b wesentlich größer als der Durchmesser s eines
die Schraubendruckfeder 4 bildenden, schraubenlinienförmig gewundenen
Runddrahtes.
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Aufgrund
der auf der Schraubendruckfeder 4 lastenden Vorspannkraft
ist die Schraubendruckfeder 4 in der in 1 gezeigten
Lage um ein gewisses Maß eingeschoben,
das heißt
in ihrer Länge
gestaucht, und mehrfach ausgeknickt. Dadurch weist die Schraubendruckfeder 4 eine
im gezeigten Querschnitt wellenförmige
Gestalt mit Wellentälern 12 und Wellenbergen 13 auf.
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Das
Ausknicken erfolgt bei einer Hubbewegung der Kolbenzylindereinheit 1 – die Schraubendruckfeder
führt hierbei
Taumelbewegungen aus – spontan
und schlagartig, und es führt
dazu, daß die Schraubendruckfeder 4 in
Wellentälern 12 an
den Zylinder 2 und in Wellenbergen 13 an das Außenrohr 7 anschlägt. Dieses
aus Hubbewegungen der Kolbenzylindereinheit 1 resultierende
Anschlagen führt
zu einer fortwährenden,
schlagenden Materialbeanspruchung von Schraubendruckfeder 4,
Außenrohr 7 und Zylinder 2 sowie
zu störenden
schlagartigen Klack-Geräuschen.
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Eine
Kolbenzylindereinheit 1 mit einer eine Beschichtung 14 in
Form einer elastischen Außenschicht 15 aufweisenden
Schraubendruckfeder 4 zeigt 2 in einem
Längsschnitt.
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Die
Kolbenzylindereinheit 1 ist mit einem eine Kolbenstange 3 aufweisenden,
in einem Zylinder 2 axial verschiebbaren Kolben sowie mit
der den Zylinder 2 vollständig umfassenden Schraubendruckfeder 4 versehen,
wobei die Kolbenstange 3 an einer kolbenstangenaustrittseitigen,
ersten Stirnseite 16 des Zylinders 2 aus dem Zylinder 2 herausgeführt ist.
Die Schraubendruckfeder 4 ist einerseits über eine
Stützplatte 5 der Kolbenstange 3 an
der Kolbenstange 3 und andererseits über eine Bodenplatte 6 des
Zylinders 2 an dem Zylinder 2 abgestützt.
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Die
Bodenplatte 6 ist an einer der ersten Stirnseite 16 des
Zylinders 2 gegenüberliegenden, zweiten
Stirnseite 17 des Zylinders 2 angeordnet. Die Bodenplatte 6 wird
von einem zylinderseitigen Anschlußbauteil 18 zur externen
Befestigung der Kolbenzylindereinheit 1, welches Anschlußbauteil 18 auf einen
an der zweiten Stirnseite 17 des Zylinders 2 befindlichen
Schraubbolzen 19 aufgeschraubt ist, gehalten. Ein kolbenstangenseitiges
Anschlußbauteil 20 zur
externen Befestigung der Kolbenzylindereinheit 1 hält die Stützplatte 5,
dieses Anschlußbauteil 20 ist
auf ein Gewindeende 21, das ein Außengewinde aufweist, der Kolbenstange 3 aufgeschraubt.
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Die
Beschichtung 14 in Form der elastischen Außenschicht 15 ist
auf der gesamten Oberfläche
der Schraubendruckfeder 4 angeordnet. Die elastische Außenschicht 15 weist
in diesem Ausführungsbeispiel
eine Beflockung auf, deren Ausgangsmaterial kurzgeschnittene Fasern,
insbesondere Textil- oder Kunststoffasern sind. Bei dem Aufbringen
der Beflockung wird die Schraubendruckfeder 4 zunächst mit einer
Klebstoffschicht versehen. Anschließend werden die Fasern mit
Hilfe eines elektrostatischen Feldes entsprechend einem Feldlinienverlauf
des elektrostatischen Feldes senkrecht in die – noch nicht ausgehärtete – Klebstoffschicht
eingeschossen. Dadurch entsteht eine gleichmäßige, gut ausgerichtete samt-
oder flauschartige Oberflächenstruktur.
Die durch das elektrostatische Feld erzeugte Beschleunigung der
Fasern bewirkt deren tiefes Eindringen in die Klebstoffschicht und
damit eine dauerhafte, abriebfeste Verankerung.
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Die
Schraubendruckfeder 4, die axial zwischen der Stützplatte 5 und
der Bodenplatte 6 vorgespannt ist, ist in einem zwei axial
gegeneinander verschiebbare Rohrelemente 9, 10,
die untereinander einen Überlappungsbereich 8 aufweisen,
aufweisenden Außenrohr 7 angeordnet.
Dabei ist die Bodenplatte 6 des Zylinders 2 mit
einem ersten Rohrelement 10 der gegeneinander verschiebbaren
Rohrelemente 9, 10 und die Stützplatte 5 der Kolbenstange 3 mit
einem zweiten Rohrelement 9 der gegeneinander verschiebbaren
Rohrelemente 9, 10 verbunden.
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Es
ist zu erkennen, daß die
Schraubendruckfeder 4 einen ringförmigen Zwischenraum 11 zwischen
dem Zylinder 2 und dem Außenrohr 7, insbesondere
zwischen dem Zylinder 2 und dem in das erste Rohrelement 10 ein
Stück weit
eingeschobenen zweiten Rohrelement 9, nahezu vollständig ausfüllt. Dadurch
bilden eine Außenwandung 22 des
Zylinders 2 und eine Innenwandung 23 des aus den Rohrelementen 9 und 10 bestehenden
Außenrohres 7 jeweils
ein Radialführungselement
für die
Schraubendruckfeder 4.
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Die
einzelnen Bauelemente der Kolbenzylindereinheit 1, die
insbesondere eine den Zylinder 2, den Kolben und die Kolbenstange 3 umfassende Gasfeder 24,
die Schraubendruckfeder 4 und das Außenrohr 7 umfassen,
sind symmetrisch und koaxial zu einer Längsmittelachse 25 der
Kolbenzylindereinheit 1 angeordnet. Die Gasfeder 24 bildet
bevorzugt ein Kraftunterstützungselement
und/oder ein Dämpfungselement.
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- 1
- Kolbenzylindereinheit
- 2
- Zylinder
- 3
- Kolbenstange
- 4
- Schraubendruckfeder
- 5
- Stützplatte
- 6
- Bodenplatte
- 7
- Außenrohr
- 8
- Überlappungsbereich
- 9
- Rohrelement
- 10
- Rohrelement
- 11
- Zwischenraum
- 12
- Wellental
- 13
- Wellenberg
- 14
- Beschichtung
- 15
- Außenschicht
- 16
- Stirnseite
- 17
- Stirnseite
- 18
- Anschlußbauteil
- 19
- Schraubbolzen
- 20
- Anschlußbauteil
- 21
- Gewindeende
- 22
- Außenwandung
- 23
- Innenwandung
- 24
- Gasfeder
- 25
- Längsmittelachse
- b
- Zwischenraumspaltbreite
- s
- Durchmesser