DE102010028536B4

DE102010028536B4 - Schwingungsdämpfer mit gleitend gelagertem Federführungselement

Info

Publication number: DE102010028536B4
Application number: DE102010028536A
Authority: DE
Inventors: Günther Handke
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2010-05-04
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2030-05-05
Also published as: DE102010028536A1

Abstract

Schwingungsdämpfer umfassend:
• ein Zylinderrohr (1), das in seinem inneren Bereich einen Zylinderraum (2) begrenzt,
• einen Kolben (4), der innerhalb des Zylinderraums (2) axial beweglich ist und den Zylinderraum (2) in zwei Arbeitsräume (3a; 3b) unterteilt,
• eine Kolbenstange (5), die mit dem Kolben (4) verbunden ist,
• mindestens eine Anschlagfeder (6), welche die Kolbenstange (5) umschließt und die zwischen einem ersten Anschlag (7a) und einem zweiten Anschlag (7b) angeordnet ist, wobei der erste Anschlag (7a) an der Kolbenstange (5) vorgesehen ist und wobei der zweite Anschlag (7b) an einem weiteren zu der Kolbenstange (5) beweglichen Bauteil des Schwingungsdämpfers (1) angeordnet ist,
• mindestens ein Federführungselement (9),
• das mit einem ersten Abschnitt (9a) die Kolbenstange (5) umschließt, und mit einer radial-inneren Führungsfläche (9c) gleitend an der Kolbenstange (5) gelagert ist
• und wobei das Federführungselement (9) mit einem zweiten, als Federteller...

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Schwingungsdämpfer findet z. B. als Federbein in der Automobilindustrie seine Verwendung.
Aus der DE 196 26 143 C2 sowie der US 7 252 031 B2 ist ein gattungsbildender Schwingungsdämpfer bekannt.
Bei diesen Schwingungsdämpfern bewegt sich eine Kolbenstange mit einem Kolben innerhalb des Zylinders in Abhängigkeit von den Ein- und Ausfederungsbewegungen des Fahrzeugrades. Ab einem definierten Ausfederungsweg wird die Anschlagfeder zwischen einem kolbenstangenseitigen und einem zylinderseitigen Anschlag eingespannt.
Bei einer Lenkbewegung des Fahrzeugrades führen die Anschläge und die Kolbenstange eine rotatorische Relativbewegung aus.
Dadurch entstehen, bei einer eingespannten Anschlagfeder, enorme Reibkräfte zwischen der Anschlagfeder, den Federführungselementen und den Anschlägen.
Diese behindern erheblich die Verdrehbewegung und wirken sich ungünstig auf die Lenkkonstruktion aus.
Die DE 28 53 914 A1 offenbart ebenfalls einen gattungsgemäßen Schwingungsdämpfer mit gleitend gelagertem Federführungselement. Das dort beschriebene Federführungselement ist zweiteilig ausgeführt und umfasst einen Dämpfringträger, welcher die Anschlagfeder entlang der Kolbenstange führt und eine aus einem gleitgünstigen Material ausgeführte Büchse, welche eine Formschlussverbindung mit dem Dämpfringträger eingeht.
Weitere Schwingungsdämpfer, die jedoch nicht der Gattung des Anspruchs 1 angehören, sind in der DE 28 34 528 C2 sowie der DE 28 20 585 C2 beschrieben und beziehen sich insbesondere auf die vorstehend erläuterte Problematik. Diese Schriften beschreiben einen Schwingungsdämpfer, der nur als ein Gesamtaggregat rotatorisch bewegt wird und nicht innerhalb des Zylinderrohres. Das oben beschriebene Problem wird dadurch gelöst indem eine Lagerung durch Kugellager außerhalb des Zylinderrohres platziert wird, der die relative Verdrehbewegung zwischen dem Schwingungsdämpfer und der Karosserie des Fahrzeugs ermöglicht.
In der DE 31 18 506 A1 wird ein Kugellager innerhalb des Zylinderrohres angebracht, jedoch wird die Anschlagfeder nicht geführt.
Die bekannten Lösungen erfordern einen hohen Konstruktionsaufwand, und sind nur mit einem stark erhöhten Kostenaufwand realisierbar.
Aufgabe der Erfindung ist es einen Schwingungsdämpfer zu entwickeln, bei dem die genannten Probleme einfach und kostengünstig im Gegensatz zu dem bekannten Stand der Technik behoben sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Bereitstellung eines Schwingungsdämpfers mit gleitend gelagertem Federführungselement gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Dadurch werden die Reibkräfte zwischen der Anschlagfeder, den Federführungselementen und den Anschlägen erheblich reduziert. Das ermöglicht die durch die Lenkbewegung entstehende Verdrehbewegung, verlängert die Lebensdauer des eingebauten Schwingungsdämpfers und schont die Lenkkonstruktion.
Die Reibungskräfte reduzierende Beschichtung kann aus einem Kunststoff, vorzugsweise einem Polymer wie z. B. PTFE auf einem aus beliebigem Material ausgeführten Träger realisiert werden. Selbstverständlich kann die Beschichtung aus einem anderen, dem Fachmann bekannten Reibungskräfte reduzierenden Mittel, wie z. B. einem weichen Metall ausgeführt werden.
Durch eine vorteilhafte einteilige Ausführung des Federführungselements wird seine Vormontage bedeutend vereinfacht außerdem steigert diese Ausführungsart seine Belastbarkeit erheblich.
Durch die Ausführung des Federführungselementes als ein Blechumformteil ist dieses vergleichsweise leicht und platzsparend.
Das Federführungselement weist im Wesentlichen eine konstante Wandstärke auf. Dies ermöglicht die Verwendung von einfachen Halbzeugen für dessen Herstellung.
Die Verwendung eines Blechstreifens für die Herstellung des Federführungselements vereinfacht die Umformung bedeutend.
Es ist vorteilhaft, dass der für die Herstellung verwendete Blechstreifen bereits vor der Umformung mit einer Reibungskräfte reduzierenden Schicht versehen wird.
Insgesamt ergibt sich durch die oben genannten Maßnahmen ein großer Herstellungskosten-Vorteil gegenüber der Herstellung unter Verwendung anderer Verfahren, wie z. B. Druckguss, oder Formung durch Spanabhebung.
Wenn die Anschlagfeder in zumindest einem Endbereich, unter Beibehaltung des Materialquerschnittes der Endwindung derart geformt ist, dass diese eine im Wesentlichen ebene Auflagefläche für das Federführungselement definiert, wird eine gleichmäßige Übertragung der axial wirkenden Federkräfte an das Federführungselement ermöglicht.
Um ein axiales Verrutschen des Federführungselementes relativ zu der Anschlagfeder zu vermeiden, weist das Federführungselement mindestens ein Federhaltemittel auf, das einstückig mit dem Federführungselement ausgebildet ist.
So kann z. B. das Federhaltemittel auf eine einfache Weise durch Freischneidung aus dem Federführungselement realisiert werden, wobei freigeschnittene Laschen derart abgebogen sind, dass sie damit eine Rastformation mit der Anschlagfeder eingehen können.
Die durch die Freischneidung entstandenen Öffnungen im zylindrischen Teil des Federführungselements ermöglichen ein Eindringen des eingesetzten Schmiermittels zwischen der Kolbenstange und dem Federführungselement, wodurch die Reibkräfte zusätzlich reduziert werden.
Anhand der folgenden Figuren soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine ausschnittweise Axialschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers mit einer Anschlagfeder und mit Federführungselementen;
2 ein vergrößerter Ausschnitt der 1 im Bereich eines Zuganschlags mit einem axial unbelasteten Federführungselement;
3 eine Darstellung gemäß 2 mit einem axial belasteten Federführungselement;
4a–b ein Federführungselement in mehreren Ansichten;
5a–c eine Anschlagfeder in mehreren Ansichten;
6 eine Anschlagfeder mit darin eingesetzten Federführungselementen.
In 1 ist zunächst ein gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeführter Schwingungsdämpfer 1 dargestellt. Dieser umfasst ein Zylinderrohr 2, das in seinem inneren Bereich einen Zylinderraum 3 begrenzt. Innerhalb dieses Zylinderraums 3 ist ein Kolben 4 angeordnet, der dort axial verlagerbar ist, den Zylinderraum 3 in zwei Arbeitsräume 3a; 3b unterteilt und mit der Kolbenstange 5 verbunden ist. Die Kolbenstange 5 ist innerhalb des Arbeitsraumes 3a auf einem Teil ihrer Länge von einer als Schraubendruckfeder ausgeführten Anschlagfeder 6 umschlossen, welche dort zwischen einem ersten Anschlag 7a und einem zweiten Anschlag 7b angeordnet ist. Der erste Anschlag 7a ist axialfest zur Kolbenstange 5 angeordnet und wird in 1 insbesondere durch die dem Arbeitsraum 3a zugewandte Stirnseite 4a des Kolbens 4 gebildet. Der zweite Anschlag 7b ist an einem weiteren, relativ zu der Kolbenstange 5 beweglichen Bauteil des Schwingungsdämpfers 1 vorgesehen und im vorliegenden Fall insbesondere durch die Kolbenstangenführung 8 definiert.
In 1 ist erkennbar, dass zwischen der Anschlagfeder 6, der Kolbenstange 5 und den Anschlägen 7a; 7b jeweils ein zwei Abschnitte 9a; 9b umfassendes Federführungselement 9 angeordnet ist. Das einteilig aus einem Blechstreifen ausgeführte Federführungselement 9, das über dessen Erstreckung im Wesentlichen eine konstante Wandstärke aufweist, ist in 2 und 3 vergrößert und in 4 nochmals separat dargestellt. Jedes der Federführungselemente 9 umschließt die Kolbenstange 5 und ist mit einer, an dem ersten, zylindrischen Abschnitt 9a ausgeführten radial-inneren Führungsfläche 9c gleitend an der Kolbenstange 5 gelagert. Der zylindrische Abschnitt 9a des Federführungselements 9 wird von der Anschlagfeder 6 umschlossen.
Der zweite Abschnitt 9b erstreckt sich radial nach außen, ist insgesamt scheibenförmig ausgebildet und fungiert als Federteller, der die Anschlagfeder 6 axial abstützt. Die von der Anschlagfeder 6 abgewandte als Wirkfläche fungierende Axialfläche 9d (2; 3) des Federführungselements 9 wirkt mit der ebenfalls als Wirkfläche fungierenden Axialfläche 7c des jeweiligen Anschlags 7a; 7b zusammen.
Bei einer Verwendung des in den 1, 2 und 3 abgebildeten Schwingungsdämpfers als ein Federbein, wird das Zylinderrohr 2 zumindest mittelbar an dem Fahrzeugrad befestigt, wobei die Kolbenstange 5 zumindest mittelbar an der Fahrzeugkarosserie montiert wird. Bei einer Lenkbewegung führen das Zylinderrohr 2 und die Kolbenstange 5 eine rotatorische Relativbewegung aus. Die Figuren 1 und 2 zeigen die Anschlagfeder 6 in einem axial spannungsfreien Zustand. Die Federführungselemente 9 in der 1 und 2 sind axial unbelastet. Bei einer Lenkbewegung in diesem Zustand wirken Reibkräfte an den Wirkflächen zwischen der Kolbenstange 5 und der Kolbenstangenführung 8 sowie zwischen der Kolbenstange 5 und dem Kolben 4 bzw. zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinderrohr 2. Wenn die Anschlagfeder 6 ab einem definierten Ausfahrweg der Kolbenstange, wie in der 3 abgebildet, axial gespannt ist, werden die Federführungselemente 9 axial belastet. Dabei wirken zusätzlich zu den oben erläuterten, Reibkräfte zwischen dem scheibenförmigen Abschnitt des Federführungselements 9b und dem Endbereich 11 der Anschlagfeder 6 sowie zwischen den als Wirkfläche fungierenden Axialflächen 9d und 7c.
Um die relative Verdrehbewegung, wie oben dargestellt und somit auch die Lenkbewegung zu ermöglichen, weist erfindungsgemäß zumindest eines der Bauteile, Federführungselement 9 oder der damit zusammenwirkende Anschlag 7a; 7b eine Reibungskräfte reduzierende Beschichtung 10 auf mindestens einer als Wirkfläche fungierenden Axialfläche 9d; 7c auf.
Im vorliegenden Fall ist die von der Anschlagfeder 6 abgewandte Axialfläche 9d (1, 2, 3, 4, 6) des Federführungselements 9 PTFE beschichtet. Da das Federführungselement 9 aus einem bereits vor der Umformung beschichteten Blechstreifen hergestellt wird, erstreckt sich die Beschichtung 10 ebenfalls über die radial-innere Führungsfläche 9c des Federführungselements 9. Dadurch werden die bei der Führung der Anschlagfeder 6 an der Kolbenstange 5 wirkende Reibungskräfte bedeutend reduziert.
Die 5 zeigt die aus einem im Querschnitt runden Federstahldraht geformte Schraubendruckfeder bzw. Anschlagfeder 6 in mehreren Ansichten, wobei diese in deren Endbereichen 11 unter Beibehaltung des Materialquerschnittes derart geformt ist, dass diese eine im Wesentlichen ebene Auflagefläche 11a für das Federführungselement 9 definiert.
Die 4a; 4b zeigen das Federführungselement 9 in unterschiedlichen Ansichten. Um ein axiales Verrutschen des Federführungselementes 9 relativ zu der Anschlagfeder 6 zu vermeiden, weist das Federführungselement 9 mindestens ein Federhaltemittel 12 auf, das einstückig mit diesem ausgebildet ist. Wie in der 4a, 4b erkennbar, ist das Federhaltemittel 12 durch eine Freischneidung aus dem zylindrischen Abschnitt 9a des Federführungselements ausgeführt, wobei freigeschnittene Laschen nach radial außen abgebogen sind und die damit eine Rastformation mit der Anschlagfeder eingehen können.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungsdämpfer
2: Zylinderrohr
3: Zylinderraum
3a: Arbeitsraum
3b: Arbeitsraum
4: Kolben
4a: dem Arbeitsraum zugewandte Stirnseite des Kolbens
4b: Kolbenmutter
5: Kolbenstange
6: Anschlagfeder
7a: erster Anschlag
7b: zweiter Anschlag
7c: als Wirkfläche fungierende Axialfläche des Anschlags
8: Kolbenstangenführung
9: Federführungselement
9a: zylindrischer Abschnitt des Federführungselements
9b: scheibenförmiger Abschnitt des Federführungselements
9c: Führungsfläche
9d: als Wirkfläche fungierende Axialfläche des Federführungselements
10: Reibungskräfte reduzierende Beschichtung
11: Endbereich der Anschlagfeder
11a: Auflagefläche
12: Federhaltemittel

Claims

Schwingungsdämpfer umfassend: • ein Zylinderrohr (1), das in seinem inneren Bereich einen Zylinderraum (2) begrenzt, • einen Kolben (4), der innerhalb des Zylinderraums (2) axial beweglich ist und den Zylinderraum (2) in zwei Arbeitsräume (3a; 3b) unterteilt, • eine Kolbenstange (5), die mit dem Kolben (4) verbunden ist, • mindestens eine Anschlagfeder (6), welche die Kolbenstange (5) umschließt und die zwischen einem ersten Anschlag (7a) und einem zweiten Anschlag (7b) angeordnet ist, wobei der erste Anschlag (7a) an der Kolbenstange (5) vorgesehen ist und wobei der zweite Anschlag (7b) an einem weiteren zu der Kolbenstange (5) beweglichen Bauteil des Schwingungsdämpfers (1) angeordnet ist, • mindestens ein Federführungselement (9), • das mit einem ersten Abschnitt (9a) die Kolbenstange (5) umschließt, und mit einer radial-inneren Führungsfläche (9c) gleitend an der Kolbenstange (5) gelagert ist • und wobei das Federführungselement (9) mit einem zweiten, als Federteller fungierendem Abschnitt (9b) die Anschlagfeder (6) abstützt • und mit einer von der Anschlagfeder (6) abgewandten, als Wirkfläche fungierenden Axialfläche (9d), mit einer ebenfalls als Wirkfläche fungierenden Axialfläche (7c) des Anschlags (7a; 7b) zusammenwirkt • und wobei die Anschlagfeder (6) den zylindrischen Abschnitt (9a) des Federführungselements (9) umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Federführungselement (9) als ein Blechumformteil aus einem, einseitig vollständig, die Reibungskräfte reduzierende Beschichtung (10) aufweisenden Blechstreifen ausgeführt ist und eine konstante Wandstärke aufweist und wobei das Federführungselement (9) eine Reibungskräfte reduzierende Beschichtung (10) auf dessen als Wirkfläche fungierenden Axialfläche (9d) aufweist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfeder (6) in zumindest einem Endbereich (11) unter Beibehaltung des Materialquerschnittes derart geformt ist, dass diese eine im Wesentlichen ebene Auflagefläche (11a) für das Federführungselement (9) definiert.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federführungselement (9) mindestens ein Federhaltemittel (12) aufweist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federhaltemittel (12) einstückig mit dem Federführungselement (9) ausgebildet ist.
Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federhaltemittel (12) mittels Freischneidung aus dem Federführungselement (9) ausgeführt ist, wobei freigeschnittene Laschen nach radial außen abgebogen sind und die damit eine Rastformation mit der Anschlagfeder (6) eingehen können.