DE102007014247A1

DE102007014247A1 - Schwingungsdämpfer mit einer hubabhängigen Anschlagfeder

Info

Publication number: DE102007014247A1
Application number: DE102007014247A
Authority: DE
Inventors: Steffen Dipl.-Ing. Heyn; Frank Gundermann; Bernd Zeissner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-03-24
Filing date: 2007-03-24
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2027-03-25
Also published as: DE102007014247B4

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Schwingungsdämpfers mit einer hubabhängigen Anschlagfeder, umfassend einen Zylinder, in dem eine Verdrängerstange axial beweglich angeordnet ist, während die Feder zwischen einem zylinderseitig festen und einem verdrängerstangenseitig festen Bauteil verspannbar ist, wobei das verdrängerstangenseitige Bauteil als ein Anschlagring ausgeführt ist, der formschlüssig mit der Verdrängerstange verbunden ist, und der Anschlagring an der Verdrängerstange mittels einer radial wirkenden Kraft fixiert ist, die durch ein auf den Anschlagring einwirkendes Magnetfeld in Wechselwirkung mit einem induzierten elektrischen Strom hervorgerufen wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer oder ein Federbein mit einer hubabhängigen Anschlagfeder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 28 53 914 C2 ist eine hubabhängige Dämpfeinrichtung bekannt, welche auf dem Prinzip einer Federwirkung mit Federteller und Anschlagring beruht. In einem Zylinder ist eine Verdrängerstange axial beweglich angeordnet. In Abhängigkeit der Hublage der Verdrängerstange wird eine Feder von einem verdrängerstangenseitigen Bauteil zu einem zylinderseitigen Bauteil verspannt. Der als verdrängerstangenseitiges Bauteil verwendete Anschlagring wird mittels eines radial wirkenden Presswerkzeuges über einen Sicherungsring gepresst, welcher in einer vorgefertigten Ringnut an der Verdrängerstange angeordnet ist. Um ein axiales Abrutschen des Anschlagrings zu vermeiden, wird ein Absatz des Anschlagrings formschlüssig um den Sicherungsring gebogen.
Eine andere Lösung, wie in der DE 34 40 559 C2 aufgezeigt, sieht eine formschlüssige Fixierung des Anschlagrings mittels Presswerkzeug in eine vorgefertigte Ringnut der Verdrängerstange ohne Sicherungsring vor. Der Anschlagring umfasst der Form nach eine Anschlagscheibe und eine Anschlaghülse, die in einem T-förmigen Querschnitt angeordnet sind. Die Anschlaghülse ist auf der Mantelfläche der Verdrängerstange zu fixieren. Beim Verpressen wird die Anschlaghülse in die vorgefertigte in Umfangsrichtung verlaufende Ringnut gepresst. Dabei ist darauf zu achten, dass die Anschlaghülse vor dem Verpressen exakt zur Ringnut positioniert ist. Ist dies nicht der Fall können zwei Fälle unterschieden werden:
Ist beispielsweise das freie Ende der Stirnfläche der Anschlaghülse mittig zur Ringnut positioniert, kann in Längsrichtung der Verdrängerstange beim Verpressen kein exakter Formschluss zwischen der Stirnfläche der Anschlaghülse und der Ringnut erfolgen, was zu unerwünschten „Klappergeräuschen" im Bauteil führen kann. Andererseits können beispielsweise beim Überschreiten der Ringnut in axialer Richtung mit dem freien Ende der Stirnfläche der Anschlaghülse beim Verpressen spanbildende Reibkräfte zwischen der Anschlaghülse und der Verdrängerstange entstehen.
Beide Varianten haben zum Nachteil, dass beim Einpressvorgang eine exakte Positionierung des Anschlagringes zur Verdrängerstange gewährleistet werden muss, um jegliche Spanbildung durch zu hohe Reibkräfte und/oder störende Klappergeräusche zu vermeiden. Derartige Späne könnten mit einer im Zylinder enthaltenen Dämpfflüssigkeit in Dämpfventile des Schwingungsdämpfers gelangen und dort irreversible Schäden für das ganze System hervorrufen.
Grundsätzlich haben alle Verfahren zur Befestigung des Anschlagrings, bei denen ein direkter Kontakt zwischen Werkzeug und Anschlagring hergestellt werden muss erhebliche Nachteile, da beispielsweise bei einem Werkzeugbruch die geforderte Oberflächengüte der Verdrängerstange beeinträchtigt werden kann.
Auch eine Fixierung mittels Schweißverbindung ist ungünstig, da im Bereich der Schweißnaht eine weichgeglühte Zone entsteht, die die Stabilität der Verdrängerstange beeinflusst. Des Weiteren können Schweißspritzer entstehen, die gründlich zu entfernen wären.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zur Fixierung des Anschlagrings auf der Verdrängerstange zu lösen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Anschlagring an der Verdrängerstange mittels einer radial wirkenden Kraft fixiert ist, die durch ein auf den Anschlagring einwirkendes Magnetfeld in Wechselwirkung mit einem induziertem elektrischem Strom hervorgerufen wird.
Der wesentliche Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen Anschlagring und Verdrängerstange ohne direkten Kontakt zwischen einem Werkzeug und dem Anschlagring hergestellt werden kann, was das Risiko einer Beschädigung der empfindlichen Komponenten erheblich verringert.
Vorteilhaft ist des Weiteren, dass das Verfahren unabhängig vom verwendeten Querschnitt und der Oberflächenform der Verdrängerstange eingesetzt werden kann. Das heißt, dass für die Verdrängerstange ein beliebiger Querschnitt verwendet wird, der entweder eine vorgefertigte Ringnut aufweist, die als Formschlussprofil für den Anschlagring dient, oder dass für die unveränderte Verdrängerstange mit beliebigen Querschnitt eine Ringnut als Formschlussprofil durch die radial einwirkende Kraft auf den Anschlagring eingearbeitet wird. Hierbei ist es zur Vereinfachung des Verfahrens sinnvoll, für die Verdrängerstange einen Werkstoff einzusetzen, der ein geringeres E-Modul aufweist als der Anschlagring. Letzterer Fall zeigt hinsichtlich bestehender Positionierungsprobleme den Vorteil, dass geringe axiale Positionsabweichungen keine Rolle spielen, da das Formschlussprofil erst durch das Verfahren gebildet wird.
Die einfachste Ausführungsform des Anschlagrings ist die des scheibenförmigen Querschnitts. Dieser erweist sich hinsichtlich seiner Herstellung und den damit verbundenen Kosten als besonders günstig.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Anschlagrings ist die des T-förmigen Querschnitts. Die Anschlaghülse dient hier als stützende Komponente für die Anschlagscheibe und verschafft dem Anschlagring mehr Stabilität und erhöht die Winkelgenauigkeit zur Verdrängerstange.
Ferner besteht die Möglichkeit einen geschirmten Anschlagsring einzusetzen. Dieser hat vor Verfahrensbeginn bezogen auf die Verdrängerstange einen geschirmten Querschnitt, der sich durch den Umformvorgang im Verfahrensverlauf im Wesentlichen rechtwinklig zur Verdrängerstange einstellt.
Die verfahrenstechnisch günstigste Variante ist die Verwendung eines elektrisch leitfähigen Materials für den Anschlagring. Wird aber im Wirkbereich des Magnetfeldes eine elektrisch leitende Schicht eingesetzt, können für den Anschlagring beliebige Werkstoffe gewählt werden, die keine elektrisch leitenden Eigenschaften aufweisen, aber das nötige E-Modul besitzen. wie z. B. Kunststoffe. Dies bietet Gewichtseinsparungspotential, was im Bereich der Fahrzeugtechnik einen besonders interessanten Faktor darstellt.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen noch ausführlicher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 Längsschnitt durch einen Zweirohrschwingungsdämpfer.
2a Ausschnitt einer Verdrängerstange aus Vollmaterial ohne Ringnut bei Verfahrensbeginn 2b Ausschnitt einer Verdrängerstange aus Vollmaterial nach 2a nach Verfahrensablauf
3a Ausschnitt einer rohrförmigen Verdrängerstange mit Ringnut vor Verfahrensbeginn
3b Ausschnitt einer rohrförmigen Verdrängerstange nach 3a nach Verfahrensablauf
Die 1 zeigt einen an sich aus dem Stand der Technik bekannten Schwingungsdämpfer 1 in der Ausführungsform eines Zweirohrschwingungsdämpfers, der im Allgemeinen einen Zylinder 3 aufweist, der konzentrisch in einem Behälterrohr 5 angeordnet ist. Zwischen dem Behälterrohr 5 und dem Zylinder 3 befindet sich ein Ausgleichsraum 7, der über ein Bodenventil 9 mit einem Arbeitsraum 7 im Zylinder 3 verbunden ist. Eine Verdrängerstange, im Folgenden als Kolbenstange 13 bezeichnet, ist im Zylinder 3 axial beweglich angeordnet, über eine Kolbenstangenführung 15 zentriert und mit einem Kolben 17 und einer Dämpfeinrichtung versehen. Die Dämpfeinrichtung besteht im Wesentlichen aus einem an der Kolbenstange formschlüssig fixiertem Anschlagring 19 und einer Feder 21 die zwischen einem zylinderseitig festem Bauteil, hier die Kolbenstangenführung, und einem kolbenstangenseitig festem Bauteil, hier der Anschlagring 19, hubabhängig verspannbar ist. Die hier gezeigte Dämpfeinrichtung ist eine Zugdämpfung, die aber auch als eine Druckdämpfung, das heißt in Einfahrrichtung der Kolbenstange 13 wirkend, ausgeführt sein kann.
Die 2a und 2b zeigen die Kolbenstange 13 aus Vollmaterial und mit einem konstanten Querschnitt im Bereich der Dämpfeinrichtung aus 1 vor und nach dem Verfahrensablauf. Der zu befestigende Anschlagring 19, hier mit scheibenförmigem Querschnitt, wird in 2a über die Kolbenstange 13 geführt und positioniert. Die Kolbenstange 13 besitzt vorteilhafterweise ein geringeres E-Modul als der Anschlagring 19 und ist elektrisch leitend. Eine Magnetumformvorrichtung 23 in Form einer Spulenanordnung, die der Werkzeuggeometrie angepasst ist, wird sodann um den Anschlagring positioniert. Wird die Spulenanordnung von einem elektrischen Strom durchflossen, wird ein Magnetfeld erzeugt, das im Anschlagring 19 einem dem Spulenstrom entgegengesetzen Strom induziert, auf den das Magnetfeld radial wirkende Kräfte ausübt. Diese magnetischen Kräfte bewirken eine radiale Deformation des gesamten Anschlagrings 19 in der Form, dass dieser eine Formschlussverbindung mit der Kolbenstange 13 eingeht und auf ihrer Mantelfläche eine Ringnut 25 bildet, wie in 2b dargestellt. Die dadurch verdrängten Volumenanteile der Kolbenstange 13 bilden auf der Ober- und Unterseite des Anschlagrings 19 einen Ringwulst 27. Da die Ringnut 25 durch die radiale Deformation des Anschlagrings 19 auf der Mantelfläche gebildet wird, ist eine optimale Ausrichtung des Anschlagrings 19 zur Kolbenstange 13 immer gegeben.
In den 3a und 3b werden Alternativen zu dem in 2a und 2b beschriebenen Verfahren aufgezeigt. Hierbei wird eine rohrförmige Kolbenstange 13 mit vorgefertigter Ringnut 25 als Formschlussprofil eingesetzt. Der Anschlagring 19 weist einen T-förmigen, alternativ einen geschirmten (gestrichelt dargestellt), Querschnitt auf und besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff. Bei beiden Ausführungsvarianten umfasst der Anschlagring 19 der Form nach eine Anschlagscheibe 29 und eine Anschlaghülse 31, die bei der Montage auf der Mantelfläche der Kolbenstange 13 gleitend verschoben werden kann. Die Länge der Anschlaghülse 31 muss dabei mindestens der Breite der Ringnut 25 entsprechen. Der Wirkbereich der Magnetumformvorrichtung 23 begrenzt sich auf den Bereich der Anschlagshülse 31. Um das wie in 2a und 2b beschriebene Verfahren durchführen zu können, muss nun zusätzlich eine elektrisch leitende Schicht 33 zwischen die Magnetumformvorrichtung 23 und den Bereich der Anschlaghülse 31 angeordnet werden (3a). Mit dieser Schicht 33 (z. B.: wenige Wicklungen Alufolie), können Magnetkräfte auf beliebige Materialien übertragen werden. So wirkt das erzeugte Magnetfeld nicht direkt auf die Anschlaghülse 31, sondern indirekt über die leitende Schicht. Bei Verfahrensdurchführung wird somit eine Deformation in Form eines Einknickens der Anschlaghülse 31 in die Ringnut 25 (3b, linke Querschnittshälfte), oder einer der Ringnut 25 angepassten Form (3b, rechte Querschnittshälfte) bewirkt. Im Fall des geschirmten Querschnitts stellt sich somit die Anschlagscheibe 29 des Anschlagrings 19 im Wesentlichen rechtwinklig zur Kolbenstange 13 ein. Dadurch dass lediglich magnetische Verformungskräfte auf die Werkstücke wirken und diese bezogen auf den Wirkbereich, den Werkstoff und der Position sehr genau einstellbar sind, kann es zu keinen direkten Beschädigungen durch ein Verformwerkzeug kommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2853914 C2 [0002]
- DE 3440559 C2 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Schwingungsdämpfers mit einer hubabhängigen Anschlagfeder, umfassend einen Zylinder, in dem eine Verdrängerstange axial beweglich angeordnet ist, während die Feder zwischen einem zylinderseitig festem und einem verdrängerstangenseitig festem Bauteil verspannbar ist, wobei das verdrängerstangenseitige Bauteil als ein Anschlagring ausgeführt ist, der formschlüssig mit der Verdrängerstange verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagring (19) an der Verdrängerstange (13) mittels einer radial wirkenden Kraft fixiert ist, die durch ein auf den Anschlagring (19) einwirkendes Magnetfeld in Wechselwirkung mit einem induziertem elektrischem Strom hervorgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verdrängerstange (13) ein beliebiger Querschnitt verwendet wird, der eine Ringnut (25) aufweist, die als Formschlussprofil für den Anschlagring (19) dient.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verdrängerstange (13) mit beliebigem Querschnitt eine Ringnut (25) als Formschlussprofil durch die radial wirkende Kraft auf den Anschlagring (19) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verdrängerstange (13) ein Werkstoff eingesetzt wird, der ein geringeres E-Modul aufweist als der Anschlagring (19).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Anschlagring (19) einen scheibenförmigen Querschnitt aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Anschlagring (19) einen T-förmigen Querschnitt aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Anschlagring (19) vor Verfahrensbeginn bezogen auf die Verdrängerstange (13) einen geschirmten Querschnitt aufweist, der sich durch den Verfahrensverlauf im Wesentlichen rechtwinklig zur Verdrängerstange (13) einstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Anschlagring (19) aus einem elektrisch leitfähigen Material ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Anschlagring (19) aus einem beliebigen Material hergestellt ist und zur Prozessdurchführung mit einer elektrisch leitenden Schicht (33) im Wirkbereich des Magnetfeldes versehen ist.