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Die Erfindung betrifft eine Kolbenanordnung für einen Schwingungsdämpfer, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 1 430 494 C , sowie der
DE 196 34 014 C2 ist jeweils eine gattungsbildende Kolbenanordnung für einen Schwingungsdämpfer bekannt. Eine derartige Kolbenanordnung umfasst eine Kolbenstange, die einen zylindrischen Zapfen mit einem daran ausgeführten Gewinde, sowie einen vom Zapfen abgewandten Längenabschnitt aufweist. Des Weiteren umfasst die Kolbenanordnung einen an dem Zapfen montierten Kolben, der in einem Zylinderrohr axial geführt wird. Der Kolben umfasst ein Dämpfventil, das einen Hauptkörper und jeweils mindestens eine an jeder Seite des Hauptkörpers koaxial angelegte Ventilscheibe, sowie jeweils eine Stützscheibe aufweist. Jede Stützscheibe weist eine Montageöffnung für deren Montage an dem Zapfen auf, wobei der Querschnitt der Montageöffnung mindestens dem Querschnitt des Zapfens entspricht. Die Stützscheiben sind koaxial zu dem Dämpfventil an dem Zapfen platziert. Der Kolben wird dann mit Hilfe einer Kolbenmutter an der Kolbenstange befestigt. Durch das Anziehen der Kolbenmutter wird der Zapfen gedehnt, die Kolbenbauteile werden dabei axial zusammengedrückt und somit wird eine definierte Vorspannkraft in die Ventilbauteile eingeleitet. Diese Vorspannkraft muss im Idealfall über die gesamte Lebenszeit des Schwingungsdämpfers unverändert bleiben, was für die Sicherstellung konstanter Dämpfkräfte eines Schwingungsdämpfers von großer Bedeutung ist. Außerdem können durch das Festziehen der Kolbenmutter die eventuellen Fertigungstoleranzen in den Dämpfventilbauteilen ausgeglichen werden.
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Durch die eingesetzte Kolbenmutter haben derart ausgeführte Schwingungsdämpfer ein höheres Gewicht und müssen länger gebaut werden, um die Länge des mit einem Gewinde ausgestatteten Zapfenabschnittes, der für die Kolbenbefestigung durch eine Gewindemutter benötigt wird, auszugleichen. Ebenfalls nachteilig sind die hohen Produktionskosten, die durch den hohen Materialverbrauch und die mit der Herstellung des Gewindes verbundene Zusatzarbeit entstehen. Außerdem kann sich die Gewindemutter mit der Zeit lösen und somit die für die optimale Dämpfkraft nötige Vorspannung des Kolbens negativ beeinflussen.
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Die
DE 196 35 988 C1 beschreibt mehrere alternative Befestigungsvarianten für einen Kolben. Alle darin beschriebenen alternativen Befestigungselemente erzeugen die nötige Vorspannkraft, indem sie sich in ihrem inneren Bereich an einer zuvor hergestellten Aussparung, die in Umfangsrichtung an dem Zapfen ausgeführt ist, abstützen und mit ihrem Äußeren Bereich durch Ihre federnde Eigenschaft eine Kraft in den Kolben einleiten. Bedingt durch die federnde Eigenschaft des Befestigungselements kann eine konstante hohe axiale Vorspannung im Kolben und somit auch eine konstante Dämpfkraft nicht in allen Betriebszuständen sichergestellt werden. Beim Ausfahren des Kolbens wird die axiale Vorspannung deutlich gemindert, da die Befestigungselemente bedingt durch den hohen Öldruck ausfedern. Somit können die Ventilscheiben leichter durch das Öl vom Hauptkörper des Dämpfventils weg bewegt werden, was einen größeren Ölfluss ermöglicht und die Dämpfkraft reduziert. Da bei den meisten Anwendungsfällen eine konstante Dämpfkennlinie nur in eine Richtung und zwar beim Einfahren des Kolbens erforderlich ist, ist das vernachlässigbar. Wird jedoch eine gleiche Dämpfkennlinie sowohl beim Einfahren als auch beim Ausfahren des Kolbens gefordert, so muss auf andere Kolbenbefestigungsmöglichkeiten, wie eine Kolbenmutter ausgewichen werden.
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Des Weiteren sollte erwähnt werden, dass die Position der Aussparung an dem Zapfen bereits vor der Montage des Kolbens festgelegt ist. Eventuelle Fertigungstoleranzen der einzelnen Kolbenbauteile, wie der Hauptkörper des Dämpfventils, die Ventilscheiben, sowie die Stützscheibe können so nicht ausgeglichen werden, sondern diese müssen vor der Montage sichergestellt und beseitigt werden.
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Die
DE 19855 974 C1 offenbart ein Die Erfindung betrifft eine Befestigung eines Dämpfkolbens und/oder eines Widerlagers für ein Vorspannelement eines Dämpfventils auf einer Kolbenstange, insbesondere für hydraulische Schwingungsdämpfer. Die Kolbenstange weist einen im Durchmesser kleineren Kolbenstangenzapfen auf, der in eine Zentralbohrung des Dämpfkolbens eingreift und ein Schließring wirkt unter axialer Vorspannung auf die Stirnfläche des Kolbens ein und/oder ein weiterer Schließring bildet das Widerlager für das Vorspannelement. Zur Befestigung des Schließrings sind auf dem Kolbenstangenzapfen mehrere axial hintereinander liegende Vertiefungen vorgesehen, in die ein Umformteil des Schließrings zur formschlüssigen Verbindung mit dem Kolbenstangenzapfen eingedrückt wird.
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Aus der
DE 10 2005 045 523 A1 ist ein Pumpenkolben mit Federteller bekannt. Der Pumpenkolben weist eine umlaufende Nut in Form eines Hinterschnittes auf, die von zwei radial hervorstehenden Schultern am Anfang und am Ende begrenzt ist. Ein Durchmesser einer Innenbohrung des Federtellers und die Schultern der Nut sind so aufeinander abgestimmt, dass die Innenbohrung beim Aufpressen zunächst durch die Schulter im elastischen Bereich aufgeweitet wird und nach Passieren dieser Schulter in Richtung eines Nutgrundes zurückfedert, so dass nach Erreichen der Endlage des Federtellers eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen diesem und dem Pumpenkolben gebildet ist.
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Aufgabe dieser Erfindung ist es die Kolbenanordnung für einen Schwingungsdämpfer so weiter zu entwickeln, dass die genannten Probleme einfach und kostengünstig behoben sind.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Montageöffnung der Stützscheibe einen kleineren Querschnitt aufweist, als der Querschnitt des Zapfens und dass die axiale Zugspannung des Zapfens aus der elastischen Maßdifferenz zwischen der Kolbenhöhe und der Zapfenlänge resultiert und durch die an dem Zapfen festgelegte Stützscheibe dauerhaft aufrecht erhalten wird.
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Die derart ausgeführte Stützscheibe kann als ein abschließendes Element auf den Zapfen mittels der in dieser Schrift beschriebenen Presspassung angebracht werden. Die Stützscheibe stützt sich an dem auf Zug belasteten Zapfen ab und fixiert diesen in seiner Position. Nach dem Loslassen des Zapfens entspannt sich dieser und drückt die Kolbenbauteile zusammen, wobei sich eine definierte Vorspannung im Kolben aufbaut. Danach kann das freie Ende des Zapfens gekürzt werden.
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Die Festlegung der Stützscheibe an dem Zapfen kann durch eine zweistufige Presspassung erfolgen, wie es in dem Verfahrensanspruch erläutert wurde. In der ersten Stufe wird die Stützscheibe mit Hilfe einer Pressvorrichtung auf den Zapfen aufgeschoben, wobei alle Kolbenbauteile inklusive Stützring zusammengedrückt werden. Durch das Zusammenpressen der Kolbenbauteile können die eventuell vorhandenen Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden. In dieser Stufe wird eine definierte Presskraft in die Kolbenstange in Richtung Kolben eingeleitet, wobei die Stützscheibe sich an dem der Presskraft entgegenwirkenden Ende der Pressvorrichtung abstützt. Somit erfolgt eine initiale Festlegung des Kolbens an dem Zapfen.
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In der zweiten Stufe wird der Zapfen mit Hilfe einer Zugvorrichtung, mit einer definierten Zugkraft gezogen, wobei sich die Stützscheibe mit ihrer vom Kolben abgewandten Fläche an einem der Zugkraft entgegenwirkenden Ende der Zugvorrichtung abstützt. Die Höhe der Zugkraft wird dabei im Wesentlichen durch die benötigte Vorspannkraft im Kolben festgelegt. Dadurch wird in dem Zapfen eine hohe axiale Zugspannung aufgebaut. Die Stützscheibe wird dabei noch fester an die restlichen Kolbenbauteile gepresst und endgültig an dem Zapfen festgelegt. Entspannt sich dieser, so entsteht im Kolben eine definierte und konstante axiale Vorspannung.
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Mit dieser Lösung kann eine erforderliche axiale Vorspannung in dem Kolben aufgebaut und über die Lebensdauer des Schwingungsdämpfers aufrechterhalten werden. Die Fertigungstoleranzen können während des Montageprozesses ausgeglichen werden. Vor allem aber hat die erfindungsgemäß ausgeführte Kolbenanordnung einen Längen- und Gewichtvorteil gegenüber dem bekannten gattungsgemäßen Stand der Technik. Außerdem werden hier keine zusätzlichen Elemente für die Kolbenbefestigung benötigt, was enorme Kostenvorteile mit sich bringt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einer vorteilhaften Variante kann die Stützscheibe aus einem Material ausgeführt werden, das eine höhere Festigkeit aufweist, als der Zapfen. Dadurch kann sich die Stützscheibe noch besser an dem Zapfen abstützen, was die Ausbildung einer festen Verbindung von diesen Bauteilen begünstigt.
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Eine Herstellung der Stützscheibe ist mittels Stanzen, Drehen oder eines alternativen, dem Fachmann bekannten Herstellungsverfahrens möglich. Es wird jedoch empfohlen, die Montageöffnung der Stützscheibe zumindest teilweise mit Hilfe des Feinschnittverfahrens auszuführen. Dadurch wird eine scharfe Kante im Bereich der Montageöffnung gebildet. Wird die Montageöffnung an der vom Kolben abgewandten Kante der Stützscheibe mit Hilfe des Feinschnittverfahrens ausgeführt, wie in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung beschrieben, so wird die axiale Festigkeit der Verbindung von der Stützscheibe und des Zapfens deutlich erhöht.
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Es ist vorteilhaft, dass der Zapfen an seinem vom Kolben abgewandten Ende eine Eingriffsnut aufweist. Dies erleichtert das Greifen und Festspannen des Zapfens durch die Zugvorrichtung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante kann der Zapfen nach der endgültigen Festlegung der Stützscheibe auf eine definierte Länge gekürzt werden, was einen weiteren Längen- und Gewichtsvorteil mit sich bringt.
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Anhand der folgenden Figuren soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine gattungsbildende Kolbenanordnung aus dem Stand der Technik,
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2 eine erfindungsgemäße Kolbenanordnung,
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3a eine Stützscheibe gemäß 2,
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3b eine Schnittdarstellung einer Stützscheibe gemäß 2 sowie 3a.
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In der 1 ist zunächst eine gattungsgemäße Kolbenanordnung 1 aus dem Stand der Technik dargestellt. Diese umfasst eine Kolbenstange 2, die einen zylindrisch ausgeführten kolbenseitigen Zapfen 4 und einen davon abgewandten Längenabschnitt 5 aufweist. sowie einen an dem Zapfen 4 montierten Kolben 3, der sich zumindest mittelbar an dem Längenabschnitt 5 abstützt. Des Weiteren weist der Kolben 3 ein Dämpfventil 6 auf, sowie jeweils eine an jeder Stirnseite des Dämpfventils 6 angebrachte Stützscheibe 9. Das Dämpfventil 6 umfasst einen Hauptkörper 7 und jeweils drei Ventilscheiben 8, die an jeder Stirnseite des Hauptkörpers 7 anliegen. Die gesamten Kolbenbauteile sind mit Hilfe einer Kolbenmutter 11 an dem Zapfen 4 gesichert.
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Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Kolbenanordnung 1. Es ist erkennbar, dass hier keine Kolbenmutter 11 gebraucht wird, da die Kolbenbauteile mittels einer erfindungsgemäßen Stützscheibe 9 gesichert sind, die als ein abschließendes Bauteil an dem Zapfen 4 festgelegt ist. Der Zapfen 4 wurde mit Hilfe einer Zugmaschine mit einer definierten Zugspannung beaufschlagt und anschließend mittels Stützscheibe 9 fixiert. Die Zugspannung resultiert aus der elastischen Maßdifferenz zwischen dem Zapfenlänge und der Kolbenhöhe.
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In der 3 ist dargestellt, dass die Stützscheibe 9 eine Montageöffnung 10 aufweist. Der Querschnitt der Montageöffnung 10 weist gegenüber dem Außenquerschnitt des Zapfens 4 ein minimales Untermaß auf, das in den Abbildungen nicht dargestellt werden kann. Die Stützscheibe 9 wird vorzugsweise aus einem Material ausgeführt, das eine höhere Festigkeit aufweist, als der Zapfen 4. Die 2, 3a und 3b zeigen, dass die Stützscheibe 9 im Bereich der Montageöffnung eine Kante 13 aufweist, die zumindest teilweise mittels Feinschnittverfahrens ausgeführt ist. Die Stützscheibe 9 stützt sich nach derer Festlegung mit der Kante 13 an der Oberfläche des Zapfens 4 ab und leitet die Vorspannkräfte, die durch dessen Entspannung entstehen, in das Dämpfventil 6 weiter.
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Wie in der 2 abgebildet, weist der Zapfen 4 an seinem vom Kolben 3 abgewandten Ende eine Eingriffsnut 12 auf. Diese erleichtert das Greifen und Festspannen des Zapfens 4 durch die Zugvorrichtung.
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Die Festlegung der Stützscheibe 9 bei der in der 2 gezeigten erfindungsgemäßen Kolbenanordnung 1 erfolgte durch eine Presspassung. In einer ersten Stufe wurde die Stützscheibe 9 mit Hilfe einer Pressvorrichtung auf den Zapfen 4 aufgeschoben, wobei alle Kolbenbauteile inklusive Stützring 9 axial zusammengedrückt wurden und wobei eine Presskraft in die Kolbenstange 2 in Richtung Kolben 3 eingeleitet wurde und die Stützscheibe 9 sich an dem der Presskraft entgegenwirkenden Ende der Pressvorrichtung abgestützt hat. Der Pressvorgang wurde nach dem Erreichen einer definierten Presskraft abgeschlossen. In einer weiteren Stufe wurde der Zapfen 4 mit Hilfe einer Zugvorrichtung, mit einer definierten Zugkraft gezogen, wobei sich die Stützscheibe 9 mit ihrer vom Kolben 3 abgewandten Fläche an einem der Zugkraft entgegenwirkenden Ende der Zugvorrichtung abstützte. Es besteht die Möglichkeit nach der Festlegung der Stützscheibe 9, das freie Ende des Zapfens 4 auf eine definierte Länge zu kürzen, was einen weiteren Längenvorteil, sowie einen Gewichtsvorteil mit sich bringen würde. Der Verlauf einer möglichen Trennlinie 14 wurde in der 2 abgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kolbenanordnung
- 2
- Kolbenstange
- 3
- Kolben
- 4
- Zapfen
- 5
- Längenabschnitt
- 6
- Dämpfventil
- 7
- Hauptkörper des Dämpfventils
- 8
- Ventilscheibe
- 9
- Stützscheibe
- 10
- Montageöffnung der Stützscheibe
- 11
- Kolbenmutter
- 12
- Eingriffsnut
- 13
- Kante
- 14
- Trennlinie
