-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenführung für einen Dämpferkolben. Sie eignet sich
insbesondere für
Dämpferkolben
von Luftfederdämpfern,
bei denen eine reibungsarme Führung
des Dämpferkolbens
angestrebt wird, ist jedoch auch bei anderen Kolbentypen einsetzbar.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen Dämpfer sowie auf ein entsprechendes
Federbein.
-
Federbeine,
die einen Schwingungsdämpfer und
eine dazu parallel wirkende Luftfeder aufweisen, sind beispielsweise
aus der
DE 198 02
703 A1 , der
DE
198 13 901 A1 und der
EP 1 262 341 A2 bekannt. Die Luftfeder ist
dabei üblicherweise
auf Seiten des Fahrzeugaufbaus um den in der Regel hydraulischen Schwingungsdämpfer herum
angeordnet und mit einem Rollbalg ausgeführt. Bei den hierbei verwendeten
Schwingungsdämpfern
ist der Kolben üblicherweise
in einem Behälterrohr
gleitend geführt.
Dabei dichtet der Kolben gegen die Behälterinnenwand ab, wodurch beim
Ein- und Ausfedern Reibung auftritt. Der Übergang von der Haftreibung
zur Gleitreibung ist bisweilen mit einem kleinen Ruck verbunden,
der den Komfort beeinträchtigen
kann. Überdies
mindert die Reibung die Lebensdauer der zusammenwirkenden Komponenten.
Als Alternative sind der Anmelderin zu diesem Zweck konstruktiv
aufwendige Lösungen
mit zwei Rollbälgen
allgemein bekannt.
-
Weiterhin
existieren Federbeine, bei denen die Feder- und Dämpfungsfunktion
durch einen Gasfederdämpfer
bzw. Luftfederdämpfer
realisiert werden. Ein Beispiel für einen kombinierten Luftfederdämpfer ist
aus der
DE 199 32
717 C2 bekannt. Auch hier treten die vorstehend erläuterten
Reibungsprobleme auf.
-
Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei
einem Schwingungsdämpfer
die Komforteigenschaften zu verbessern und die Lebensdauer zu erhöhen.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird eine Kolbenführung
gemäß Patentanspruch
1 vorgeschlagen. Bei dieser sind an dem Kolben mindestens zwei Führungselemente,
insbesondere Führungsrollen
vorgesehen, die bei einer Bewegung des Kolbens in dem zugehörigen Behälter an
der Behälterinnenwand gleiten
bzw. abrollen und den Kolben in dem Behälter führen.
-
Durch
die Abstützung
des Kolbens über
die Führungselemente
wird die Reibung zwischen dem Kolben und der Behälterinnenwand deutlich verringert.
Dies führt
zu einer Verbesserung des Fahrkomforts sowie zu einer Steigerung
der Verschleißfestigkeit.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltungsform wird durch einen zumindest abschnittsweise vorgesehenen
Dichtspalt die Reibung zwischen dem Kolben und der Behälterinnenwand
auf ein Minimum reduziert. Gleichzeitig übernimmt der Dichtspalt zumindest
teilweise die Funktion eines Überströmkanals
mit Drosselfunktion zwischen den Druckkammern auf beiden Seiten
des Kolbens. Ungeachtet dessen können
an dem Kolben selbstverständlich
eines oder mehrere Kolbenventile vorgesehen sein, welche ein Überströmen von
Dämpfungsmedium zwischen
durch den Kolben getrennten Druckkammern ermöglichen. Als Dämpfungsmedien
kommen in gleicher Weise Dämpfungsflüssigkeiten,
wie z. B. Öl,
und gasförmige
Medien, wie z. B. Luft, infrage.
-
Alternativ
kann die Außenwand
des Kolbens auch gegen die Behälterinnenwand
abdichten. Über die
Führungselemente
wird gleichwohl eine Entlastung der Dichtung erzielt und damit das
Bewegungsverhalten des Kolbens verbessert. Diese Dichtung kann durch
eigens vorgesehene Dichtelemente oder einen sehr engen Dichtspalt
realisiert werden.
-
Weiterhin
ist es möglich,
am Kolbenumfang sowohl dichtende Anschnitte wie auch Abschnitte
mit einem definierten Dichtspalt vorzusehen. Gegebenenfalls können die
Dichtabschnitte in geringem Umfang weiterhin eine ergänzende Führungsfunktion ausüben.
-
Bei
Verkanten des Kolbens könnte
sich unter Umständen
aufgrund des im System enthalten Spiels und etwaiger Elastizitäten die
Außenwand
des Kolbens zu stark gegen die Behälterinnenwand anlegen. Dem
wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung durch eine
ballige Ausführung
der Außenwand
des Kolbens entgegengewirkt.
-
Weitere,
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt in:
-
1 eine
Schnittansicht einer Kolbenführung
nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, die beispielsweise in einem Luftdämpfer einsetzbar ist,
-
2 eine
schematische Schnittansicht der Kolbenführung quer zur Längsachse
des Luftdämpfers
zur Veranschaulichung der Anordnung der Führungsrollen,
-
3 eine
Ansicht entsprechend 2 für eine Abwandlung der Anordnung
der Führungsrollen,
-
4 eine
Detailansicht einer Laufrille für eine
Führungsrolle,
-
5 eine
weitere Detailansicht für
eine abgewandelte Laufrille einer Führungsrolle,
-
6 eine
Ansicht für
eine erste Abwandlung einer Führungsrolle,
-
7 eine
Ansicht einer weiteren Abwandlung einer Führungsrolle,
-
8 eine
Seitenansicht einer Halterung für eine
Führungsrolle
an dem Kolben,
-
9 eine
Seitenansicht einer weiteren Halterung einer Führungsrolle,
-
10 eine
Vorderansicht der Halterung und Führungsrolle aus 9,
und in
-
11 eine
Seitenansicht einer weiteren Abwandlung für eine Halterung einer Führungsrolle.
-
Das
Ausführungsbeispiel
bezieht sich auf eine Kolbenführung
für einen
Dämpferkolben,
der beispielsweise in einen Dämpfer
eines Federbeins einer Kraftfahrzeugradaufhängung eingebaut wird. Bei dem
Federbein nach dem Ausführungsbeispiel werden
sowohl die Federfunktion als auch die Dämpfungsfunktion über ein
gasförmiges
Medium, vorzugsweise Luft realisiert.
-
Die
nachstehend näher
erläuterte
Kolbenführung
ist jedoch auch bei Dämpfern
einsetzbar, die mit einem flüssigen
Dämpfungsmedium,
insbesondere Öl
betrieben werden.
-
Der
Luftfederdämpfer 1 umfasst
einen Behälter 6,
in dem ein Kolben 7 in Axialrichtung bewegbar aufgenommen
ist. Dabei kann der Kolben 7 als Metall- oder Kunststoff-Gussteil ausgeführt sein. Möglich ist überdies
eine Ausbildung als Blechteil, vorzugsweise aus einer Stahl- oder
Aluminiumlegierung. Der Behälter 6 kann
ein karosseriefestes oder achsfestes Teil bzw. ein Luftfederdeckel
oder ein Abrollkolben der Luftfeder sein.
-
Zwischen
der Innenwand 8 des Behälters 6 und
dem Kolben 7 ist die in 1 im Detail
dargestellte Kolbenführung
vorgesehen.
-
Die
erfindungsgemäße Kolbenführung unterscheidet
sich von herkömmlichen
Kolbenführungen dadurch,
dass der Kolben 7 mit seinem Außenumfang nicht unmittelbar
oder über
ein Dichtelement an der Behälterinnenwand 8 geführt ist.
Vielmehr sind zur Verminderung der Reibung an dem Kolben 7 spezielle
Führungselemente
vorgesehen. Prinzipiell können
diese im Sinne der Erfindung als Gleitelemente ausgebildet sein.
Vorzugsweise kommen jedoch zur Verminderung der Reibung Führungsrollen 9 zum Einsatz,
die bei einer Axialbewegung an der Behälterinnenwand 8 abrollen.
Die Führungsrollen 9 sind
zur Ermöglichung
einer entsprechenden Drehbewegung entweder wälz- oder gleitgelagert.
-
Zwischen
der Außenwand 10 des
Kolbens 7 und der Behälterinnenwand 8 ist
ein Dichtspalt 11 vorgesehen, der die beiden Dämpferkammern 12 und 13 zu
beiden Seiten des Kolbens 7 in der Art eine Drosselstelle
miteinander verbindet. Der Dichtspalt 11 übernimmt
damit die Funktion eines Kolbenventils. Die Spaltbreite liegt dabei
an der schmalsten Stelle in der Größenordnung von 0,01 bis 1 mm. Gleichwohl
können
an dem Kolben 7 eines oder mehrere durch das Bezugszeichen 14 lediglich
symbolhaft angedeutete Kolbenventile vorgesehen sein.
-
Der
Dichtspalt 11 erstreckt sich hier um den gesamten Umfang
der Kolbenaußenwand 10 herum. Es
ist jedoch auch möglich,
den Dichtspalt 11 lediglich abschnittsweise, beispielsweise
um die Führungsrollen 9 vorzusehen.
Die Abstützfunktion
wird hierbei jedoch weiterhin im wesentlichen durch die Führungsrollen 9 übernommen.
Die gilt insbesondere auch dann, wenn der Dichtspalt 11 sehr
eng wird oder aber tatsächlich
eine Dichtung zwischen der Außenwand 10 des
Kolbens 7 und der Behälterinnenwand 8 vorgesehen
wird. Dadurch bleibt die Reibung gering.
-
Gegebenenfalls
kann eine Anstützung über Führungselemente
auch lediglich auf definierte Richtungen, z. B die Hauptbelastungsrichtungen
beschränkt
werden, während
in anderen Richtungen die Führung
in herkömmlicherweise
zwischen der Kolbenaußenwand 10 und
der Behälterinnenwand 8 erfolgt.
Auch hier stellt sich ein reibungsmindernder Effekt ein.
-
Zur
Aufnahme von Pendelbewegungen einer Kolbenstange 15 wird
die Außenwand 10 des
Kolbens 7 vorzugsweise ballig ausgebildet. Dadurch wird
die Gefahr eines abrasiven Oberflächenkontakts bei Verkanten
des Kolbens 7 im Behälter 6 vermindert.
-
Wie 1 zeigt,
sind die Führungsrollen 9 an
dem Kolben 7 im Bereich des Dichtspalts 11 angeordnet.
Dabei verläuft
die Drehachse B der Führungsrollen 9 quer
zur Längsachse
A des Luftfederdämpfers 1,
so dass die Führungsrollen 9 jeweils
mit ihrem Außenumfang
an der Behälterinnenwand 8 abrollen.
-
Der
Krümmungsradius
der Führungsrollen 9 ist
dabei kleiner als der Krümmungsradius
der Balligkeit an der Außenwand
des Kolbens. Vorzugsweise liegt das Verhältnis des Krümmungsradius
einer Führungsrolle 9 zu
dem Krümmungsradius
der Balligkeit im Bereich von 0,5 bis 0,01, und weiter bevorzugt
im Bereich von 0,25 bis 0,1.
-
Die
Anzahl der Führungsrollen 9 ist
praktisch unbegrenzt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bereits zwei
oder drei gleichmäßig oder
ungleichmäßig am Umfang
verteilt angeordnete Führungsrollen 9 zur Gewährleistung
der Führungsfunktion
in vielen Fällen
ausreichend sind (vgl. 2 und 3).
-
Weiterhin
können,
wie in den 4 und 5 gezeigt,
an der Behälterinnenwand 8 Laufrillen 16 bzw. 17 ausgebildet
sein, in denen die Führungsrollen 9 axial
geführt
sind. Dabei kann der Außenumfang
der Führungsrollen
ein an die Laufrillen angepasstes Profil aufweisen, so dass die
Dichtfunktion des Dichtspalts 11 nicht beeinträchtigt wird.
-
Alternativ
zu den in 5 und 6 gezeigten
Profilformen können
in den Laufrillen auch die Führungsfunktion
unterstützende
Erhebungen vorgesehen sein. Möglich
ist überdies,
die Führungsrollen 9 an
von der Behälterinnenwand 8 abstehenden
Rippen zu führen.
Auch in diesen Fällen
ist eine weitgehende Profilübereinstimmung
der Laufflächen
auf Seiten der Führungsrollen 9 und
der Behälterinnenwand 8 möglich, so
dass dort eine gute Abdichtung erzielt wird.
-
Gemäß einer
weiteren, abgewandelten Ausführungsform
weisen die Führungsrollen 9 eine
Lauffläche
aus einem Kunststoff oder einem Elastomermaterial auf, so dass sich
diese gut an die Lauffläche an
der Behälterinnenwand 8 anschmiegt.
Durch eine geeignete Zwängung
des Systems lässt
sich eine radiale Vorspannkraft einstellen. Möglich ist dies beispielsweise
auch durch eine entsprechende Nachgiebigkeit des Kolbens 7 oder
aber mindestens einer der Führungsrollen 9.
-
Die 6 und 7 zeigen
infragekommende Ausgestaltungsvarianten. So besteht eine Variante
darin, eine Führungsrolle 9 insgesamt
aus einem Kunststoff oder Elastomermaterial herzustellen. Weiterhin
kann mindestens eine Führungsrolle
mit einen Reifen 18 aus Kunststoff oder einem Elastomermaterial
versehen sein. Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist ein solcher Reifen 18 ein einfacher O-Ring. Dieser
wird vorzugsweise in einer Nut 19 am Außenumfang der Führungsrolle 9 gehalten.
-
Eine
radiale Vorspannung der Laufflächen lässt sich
alternativ oder ergänzend über die
Lagerung der Führungsrollen 9 am
Kolben realisieren.
-
Anstelle
der in 1 gezeigten, unmittelbaren Lagerung der Führungsrollen 9 in
entsprechenden Nuten 20 am Kolben 7 sind auch
die in den 8 bis 11 gezeigten
Halterungen sowie weitere Halterungen möglich.
-
Bei
der in 9 gezeigten Abwandlung ist an dem Kolben 7 eine
federelastische Lasche 21 angebracht. Deren freies Ende 25 lagert
die Drehachse 23 der Führungsrolle 9.
Die federelastische Lasche 21 wird so an dem Kolben 7 befestigt,
dass die zugehörige
Führungsrolle 9 im
Einbauzustand gegen die Behälterinnenwand 8 bzw.
die dort befindliche Lauffläche
drückt.
Bei entsprechender Ausgestaltung des Kolbens 7 kann die
Lasche 21 auch integral mit diesem ausgebildet sein.
-
Alternativ
zu der Lasche 21 ist auch der in den 9 und 10 dargestellte
Lagerbock 22 einsetzbar, der die Drehachse 23 der
Führungsrolle 9 in der
Art einer Gabel lagert.
-
Die
Lasche 21 bzw. der Lagerbock 22 können überdies
radial gleitbewegbar an dem Kolben 7 angebracht und mit
einer radial nach außen
wirkenden Kraft beaufschlagt sein. 11 zeigt
dies beispielhaft anhand einer Druckfeder 24, die den dort gezeigten
Lagerbock 22 radial nach außen drückt.
-
Insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich
im Fall der Verwendung einer federelastischen Abstützung einer
oder mehrere Führungsrollen 9 können reibungsmindernde
Vorsorgemaßnahmen
für etwaige
Kontakte zwischen der Außenwand 10 des
Kolbens 7 und der Behälterinnenwand 8 getroffen
werden. Eine Reduzierung der Reibung ist beispielsweise möglich durch
geeignete Werkstoffpaarungen, selbstschmierende Oberflächen oder
Gleitmittel wie z. B. Silikon- oder Mineralöl oder geeignete Fette.
-
In
sämtlichen
Fällen
ergibt sich ein Dämpfer, der
sich durch eine besonders reibungsarme Führung des Kolbens sowie eine
hohe Lebensdauer auszeichnet. Der erfindungsgemäße Dämpfer eignet sich für hohe Betriebsdrücke.
-
- 6
- Behälter
- 7
- Kolben
- 8
- Behälterinnenwand
- 9
- Führungsrollen
- 10
- Außenwand
des Kolbens 7
- 11
- Dichtspalt
- 12
- Druckkammer
- 13
- Druckkammer
- 14
- Kolbenventil
- 15
- Kolbenstange
- 16
- Laufrille
- 17
- Laufrille
- 18
- O-Ring
- 19
- Nut
- 20
- Nut
- 21
- federelastische
Lasche
- 22
- Lagerbock
- 23
- Drehachse
- 24
- Feder
- 25
- freies
Ende der Lasche