DE102011087597A1

DE102011087597A1 - Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102011087597A1
Application number: DE201110087597
Authority: DE
Inventors: Andre Limburg; Philipp Müller; Wolfgang Hahn; Hubert Strobl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-06-06

Abstract

Nach der Erfindung ist ein Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer, mit in einem mit Dämpfungsfluid gefüllten Arbeitszylinder verschiebbaren Kolben mit Kolbenstange, der den Raum im Arbeitszylinder in zwei über Dämpfungsventile miteinander in Verbindung stehende Arbeitsräume teilt und mit einem Außenrohr, das über eine erste Befestigungseinrichtung an einem ersten Ende mit einem Befestigungselement zur Anlenkung des Schwingungsdämpfers und über eine zweite Befestigungseinrichtung an einem zweiten Ende mit einem Dichtungsführungselement zum Durchtritt der Kolbenstange flüssigkeitsdicht verschlossen und kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Befestigungseinrichtung einen Presssitz des Befestigungselements beziehungsweise des Dichtungsführungselements im Außenrohr umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Es ist bereits bekannt, die Außenrohre von Teleskop-Schwingungsdämpfern aus Kunststoff zu fertigen, wie in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2011 076 200.0 offenbart. Hierzu wird eine leichte, stabile Befestigungseinrichtung für ein Außenrohr eines Teleskop-Schwingungsdämpfers beschrieben, die unabhängig vom Werkstoff des Außenrohrs eingesetzt werden kann.
Aufbauend auf diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer bereitzustellen, dessen Gewicht noch geringer ist, bei wenigstens gleichbleibender Belastungsmöglichkeit.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche.
Nach der Erfindung ist ein Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer, mit in einem mit Dämpfungsfluid gefüllten Arbeitszylinder verschiebbaren Kolben mit Kolbenstange, der den Raum im Arbeitszylinder in zwei über Dämpfungsventile miteinander in Verbindung stehende Arbeitsräume teilt und mit einem Außenrohr, das über eine erste Befestigungseinrichtung an einem ersten Ende mit einem Befestigungselement zur Anlenkung des Schwingungsdämpfers und über eine zweite Befestigungseinrichtung an einem zweiten Ende mit einem Dichtungsführungselement zum Durchtritt der Kolbenstange flüssigkeitsdicht verschlossen und kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Befestigungseinrichtung einen Presssitz des Befestigungselements beziehungsweise des Dichtungsführungselements im Außenrohr umfasst.
Das hat den Vorteil, dass bei einer Fertigung von Stoßdämpfern aus CFK, das heißt, aus kohlefaser verstärktem Kunststoff, wobei das Tragrohr, auch Außenrohr genannt, und wahlweise auch das Innen- bzw. Zwischenrohr aus CFK gefertigt sind, die flüssigkeitsdichte Verbindung des Außenrohrs mit dem Befestigungselement beziehungsweise dem Dichtungsführungselement besonders preiswert und zuverlässig gegen Versagen und Flüssigkeitsaustritt auch in Großserienfertigung hergestellt werden kann. Ein Einsatz ist sowohl für Einrohr- als auch für Zweirohrdämpfer möglich. Weiterhin können alle Anschlussbauteile mit dem Außenrohr mittels Presssitz oder artverwandten Verfahren, beispielsweise Schrumpfsitz, verbunden werden.
Bevorzugte Ausführungsformen von Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfern sind dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr über seinen Umfang an der Stelle des Presssitzes von einem Stützring umgeben ist. Das hat den Vorteil, dass eine festigkeitsmäßig, entsprechend der notwendigen Anforderungen, einfach gestaltbare Verbindung zwischen Außenrohr und Befestigungselement beziehungsweise Dichtungsführungselement hergestellt werden kann. Dabei wird am oberen Rohrende das Dichtungsführungselement in das Außenrohr eingepresst. Darauf wird dann eine Bandage/Muffe/Schelle/Stützring über den Verbund Außenrohr und Dichtungsführungselement gepresst. Diese Bandage/Muffe/Schelle/Stützring ist ebenfalls aus CFK gefertigt. Am unteren Ende wird als Befestigungselement eine Gelenkaugenanbindung, wahlweise aus metallischem Werkstoff, zum Beispiel Aluminium, oder faserverstärktem Kunststoff, zum Beispiel GFK oder CFK, ausgeführt. Diese Anbindung wird am unteren Ende des Außenrohrs eingepresst. Über diese beiden Bauteile wird dann eine Bandage/Muffe/Schelle/Stützring gepresst. Diese ist auch hier vorzugsweise aus CFK ausgeführt. Alternativ zum Beispiel, wenn aufgrund der Presssitzauslegung Gefahr von Aufbersten des Rohrs bei der Montage besteht, kann auch zuerst der Stützring aufgepresst werden und dann das Anbauteil in das Außenrohr gepresst werden. Vorzugsweise erfolgt die Montage über einen konstruktiv angepassten Konus, vorzugsweise aus Metall.
Dabei können das Außenrohr und/oder der Stützring und/oder die Kolbenstange aus Leichtmetall und/oder aus Kunststoff und/oder aus Faserverbundwerkstoff bestehen. Dies bewirkt eine noch größere Gewichtsreduktion für den Schwingungsdämpfer.
Besondere Stabilität ist gewährleistet, wenn wenigstens einzelne aus Faserverbundwerkstoff bestehende Teile im Wickelverfahren hergestellt sind und wenn der Faserverbundwerkstoff durch Kohlefasern und/oder Glasfasern und/oder Aramidfasern verstärkt ist und als bettender Matrixwerkstoff thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff verwendet wird. Alle aus CFK gefertigten Bauteile werden entsprechend der Kraftflussrichtungen optimal ausgelegt. Das heißt: bei reiner Zug-/Druckbelastung besteht das Außenrohr vorzugsweise aus unidirektional ausgerichteten Fasern in Belastungsrichtung, also in axialer Richtung. Sollte diese Faserausrichtung nicht zielführend/haltbar/dauerfest sein, so ist es anzustreben, weitere Fasern zur Verstärkung einzubringen. Diese Fasern können, je nach Belastung, in einem Winkel von 0 bis 90° zur Belastungsrichtung ausgerichtet werden. Bei erhöhter Druckbelastung ist es sinnvoll die Fasern in einem Winkel von 55°/–55° anzuordnen. Die Bandagen/Muffen/Schellen/Stützringe besitzen ebenfalls eine Faserausrichtung von 0 bis 90°, vorzugsweise im 90°-Winkel zur Belastungsrichtung, bei reiner axialer Belastung des Stoßdämpfers also in radialer Richtung. Sollte diese Faserausrichtung nicht zielführend/haltbar/dauerfest sein, so ist es anzustreben weitere Fasern zur Verstärkung einzubringen. Alle Bauteile aus CFK sind vorzugsweise im CFK-Wickelverfahren auszuführen, alternativ sind weitere Herstellungsverfahren, zum Beispiel Flechten oder Handlaminieren, denkbar. Die Faserauslegung erfolgt vorzugsweise anforderungs- bzw. kraftflussgerecht gemäß den bestehenden Lasten, da dies eine gewichtsoptimierte und damit kostenoptimierte Auslegung gewährleistet. Bei der Faserauslegung kann neben dem Faserwinkel auch die Anzahl der Schichten und damit die Wandstärke des Faserverbundes gezielt beanspruchungsgerecht optimiert werden. Damit eingeschlossen sind variable Wandstärken des Verbundes, zum Beispiel über der Längsachse oder als lokale Verstärkung für Anbauteile, wie Pendelstützenhalter oder Federteller oder Kabelhalter.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen von Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfern sind dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erzeugen eines Presssitzes durch Zusammenfügen wenigstens auf eine der miteinander in Kontakt kommenden Flächen von Außenrohr und Befestigungselement oder Dichtungsführungselement oder Stützring eine Klebstoff- und/oder Dichtmittelschicht aufgetragen wird. Es ist sehr vorteilhaft einen Kleber bzw. ein Klebesystem einzusetzen. Dieses dient als Hilfsmittel und/oder Gleitmittel zur Montage. Weiterhin unterstützt es die Öl-/Gasdichtheit des Schwingungsdämpfers. Zusätzlich erfolgt je nach Auslegung ein zusätzlicher Beitrag zur Festigkeit des Verbunds. Bei dem Kleber/Klebesystem kann es sich um einen 1-Komponenten- oder um einen 2-Komponenten-Kleber handeln. Dabei kann es sich zum einen um einen anaerob aushärtenden und zum anderen um einen unter Sauerstoffzufuhr aushärtenden Klebstoff handeln.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist ein Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange aus einem Rohr aus Faserverbundwerkstoff mit Endstücken aus Metall besteht, die jeweils durch einen Presssitz mit dem Rohr verbunden sind. Nach demselben Prinzip/Auslegung/Verfahren ist die Ausführung einer Kolbenstange zielführend. Gerade für Kolbenstangen empfiehlt sich dieses Konstruktionsprinzip aufgrund der Möglichkeit der optimalen Auslegung und der Anforderungen, zum Beispiel hohe spezifische Steifigkeit und Festigkeit. Eine bevorzugte Ausführung ist die als CFK-Rohr mit metallischen Endstücken, zum Beispiel aus Stahl oder aus Aluminium mit hoher Festigkeit.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Federteller durch einen Presssitz mit dem Außenrohr verbunden ist. Durch eine solche Anbindung eines Federtellers beliebigen Werkstoffs könnte zum Beispiel ein insbesondere faserverstärkter Kunststoff- oder Metallfederteller mit Kragen in den Verbund mit integriert werden. Eine weitere bevorzugte Ausführung wäre die Anbindung einer weiteren Muffe als axiale Fixierung des Federtellers auf welchen der Federteller aufgepresst wird (Formschluss und/oder Presssitz/Schrumpfsitz). Alternativ kann durch gezieltes Wickeln/Flechten ein Anschlag für den Federteller geschaffen werden. Eine solche Fixierung ist nicht auf Federteller beschränkt, sondern auch für andere Anbauteile anwendbar, zum Beispiel Pendelstützenhalter aus Strangpressprofil o. ä. können auf diese Art und Weise axial fixiert bzw. integriert werden. Zusätzlich kann die Fixierung durch eine geeignete Klebung verstärkt werden. Daher ist eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller durch einen Absatz am Außenumfang des Außenrohrs in axialer Richtung festgelegt ist, gebildet durch einen aufgepressten Stützring oder durch die Wickelung des Faserverbundwerkstoffs des Außenrohrs.
Das Befestigungselement der Befestigungseinrichtung des Außenrohrs kann, wie bereits im Stand der Technik üblich, als Gewindebolzen oder als Öse ausgebildet sein.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfers für eine Kraftfahrzeugradaufhängung anhand einer beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer im Schnitt, mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Außenrohr.
Es ist ein ölgefüllter Zweirohr-Leichtbau-Teleskopschwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge dargestellt, bei welchem ein an einer Kolbenstange 1 befestigter ventilbestückter Kolben 6 einen Arbeitszylinder 7 in zwei Arbeitsräume, einen deckelseitigen Arbeitsraum 8 und einen bodenseitigen Arbeitsraum 9 unterteilt. Die Arbeitsräume 8, 9 sind mit Öl als Dämpfungsfluid gefüllt und stehen über ein im Boden 10 des Arbeitszylinders 7 angeordnetes, nicht gezeichnetes, Bodenventil bzw. über nicht gezeichnete Durchlässe im Bereich einer gleichzeitig als Kolbenstangenführung wirkenden Dichtungsführungseinheit 11 mit einem Ausgleichsraum 12 in Verbindung. Der Ausgleichsraum 12 ist koaxial um den Arbeitszylinder 7 angeordnet und ist nach außen durch ein Außenrohr 13 begrenzt. Der Ausgleichsraum 12 umfasst einen unteren Ölbereich 12a und einen oberen Gasbereich 12b. Die Funktionsweise des dargestellten Schwingungsdämpfers beim Dämpfen von Stößen ist dem Fachmann aus dem Stand der Technik geläufig. Der Arbeitszylinder 7 ist bodenseitig durch den Boden 10 abgestützt und mit diesem fest verbunden. Deckelseitig ist der Arbeitszylinder 7 gegenüber dem Außenrohr 13 axial verschieblich und radial kraftschlüssig fixiert und weist dort eine Abdichteinrichtung gegenüber dem Außenrohr 13 auf.
Das Außenrohr 13 wird nach unten durch ein Befestigungselement 5 einer ersten Befestigungseinrichtung 17 zur Anlenkung des Schwingungsdämpfers flüssigkeitsdicht verschlossen, das kraftschlüssig mittels eines Presssitzes mit dem Innenumfang des Außenrohrs 13 verbunden ist. Dabei kann das Außenrohr 13 aus Leichtmetall oder aus Kunststoff, insbesondere aus Faserverbundwerkstoff, bestehen und das Außenrohr 13 ist an seinem Außenumfang auf Höhe des Presssitzes durch einen Stützring 14, ebenfalls aus Faserverbundwerkstoff, umgeben. Als Faserverbundwerkstoff kommt hier CFK zur Anwendung, ein durch Kohlefasern verstärkter Duroplast als bettender Matrixwerkstoff. Die erste Befestigungseinrichtung 17 besitzt im Befestigungselement 5 ein ösenartiges Zweistofflager mit elastischem Gummielement 16. Das Befestigungselement 5 ist über den Presssitz mit dem ersten, unteren Ende des Außenrohrs 13 verbunden.
Am zweiten, oberen Ende ist das Außenrohr 13 über eine zweite Befestigungseinrichtung 15, zum Durchtritt der Kolbenstange 1, flüssigkeitsdicht mit einem Dichtungsführungselement 11 verschlossen und kraftschlüssig durch einen Presssitz mit dem Dichtungsführungselement 11 verbunden. Ein zweiter Stützring 4, ebenfalls aus Faserverbundwerkstoff, umgibt das Außenrohr 13 auf Höhe des Presssitzes an seinem Außenumfang.

Claims

Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer, mit in einem mit Dämpfungsfluid gefüllten Arbeitszylinder (7) verschiebbaren Kolben (6) mit Kolbenstange (1), der den Raum im Arbeitszylinder (7) in zwei über Dämpfungsventile miteinander in Verbindung stehende Arbeitsräume (8, 9) teilt und mit einem Außenrohr (13), das über eine erste Befestigungseinrichtung (17) an einem ersten Ende mit einem Befestigungselement (5) zur Anlenkung des Schwingungsdämpfers und über eine zweite Befestigungseinrichtung (15) an einem zweiten Ende mit einem Dichtungsführungselement (11) zum Durchtritt der Kolbenstange (1) flüssigkeitsdicht verschlossen und kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Befestigungseinrichtung (17, 15) einen Presssitz des Befestigungselements (5) beziehungsweise des Dichtungsführungselements (4) im Außenrohr (13) umfasst.
Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (13) über seinen Umfang an der Stelle des Presssitzes von einem Stützring (4, 14) umgeben ist.
Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (13) und/oder der Stützring (4, 14) und/oder die Kolbenstange (1) aus Leichtmetall und/oder aus Kunststoff und/oder aus Faserverbundwerkstoff besteht.
Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einzelne aus Faserverbundwerkstoff bestehende Teile im Wickelverfahren hergestellt sind.
Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff durch Kohlefasern und/oder Glasfasern und/oder Aramidfasern verstärkt ist.
Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Faserverbundwerkstoff als bettender Matrixwerkstoff thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff verwendet wird.
Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erzeugen eines Presssitzes durch Zusammenfügen wenigstens auf eine der miteinander in Kontakt kommenden Flächen von Außenrohr (13) und Befestigungselement (5) oder Dichtungsführungselement (11) oder Stützring (4, 14) eine Klebstoff- und/oder Dichtmittelschicht aufgetragen wird.
Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (1) aus einem Rohr aus Faserverbundwerkstoff mit Endstücken aus Metall besteht, die jeweils durch einen Presssitz mit dem Rohr verbunden sind.
Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federteller durch einen Presssitz mit dem Außenrohr (13) verbunden ist.
Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller durch einen Absatz am Außenumfang des Außenrohrs (13) in axialer Richtung festgelegt ist, gebildet durch einen aufgepressten Stützring oder durch die Wickelung des Faserverbundwerkstoffs des Außenrohrs (13).