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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dämpfer für Komponenten von Fahrzeugen, insbesondere von Fahrwerkskomponenten von Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Spurstangen und Stabilisatorstreben, Zugstreben, Sturzstreben und andere Streben innerhalb des Fahrzeuges. Solche Streben leiten überwiegend in axialer Richtung der Streben wirkende Kräfte weiter. Wegen der in einem Fahrzeug auftretenden Stöße und Schläge und der Notwendigkeit, den Komponenten nachgelagerte Aggregate des Fahrzeuges vor diesen Schlägen und Stößen zu schützen, sind die entsprechenden Komponenten nicht selten mit einem Dämpfer versehen. Dabei geht es vornehmlich um die Dämpfung gegenüber Stößen, die als Druckstöße in die Komponenten eingeleitet werden.
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So offenbart die als gattungsgemäß anzusehende
DE 198 43 726 A1 einen Dämpfer mit einem ersten und einem zweiten Dämpfungselement. Diese beiden Dämpfungselemente sind in einem Gehäuse angeordnet, welches einer ersten Komponente zugeordnet ist. Die Dämpfungselemente sind zwischen dem Gehäuse und einem Kopplungselement wechselseitig vorgesehen. Das Kopplungselement ist ein Element einer zweiten Komponente. Dementsprechend befinden sich die Dämpfungselemente auf beiden Seiten des Kopplungselementes, sodass bei Druckstößen eine Relativbewegung zwischen den beiden Komponenten unter Kompression eines der Dämpfungselemente erfolgen kann. Die hierbei bewirkten Kompressionsanteile stellen sich nach Entlastung des Druckstoßes zurück, sodass sich das Kopplungselement in die Ursprungsstellung zurückstellt. Jedenfalls werden Druckstöße durch die Komponenten, welche in axialer Richtung derselben übertragen werden, durch den vorbekannten Dämpfer abgedämpft. Der vorbekannte Dämpfer ist zwischen zwei Komponenten einer Spurstange eingebaut, sodass über die Spurstange eingebrachte Druckstöße über den Dämpfer abgedämpft werden.
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Bei den üblichen Einbausituationen, so auch bei Spurstangen, besteht indes die Notwendigkeit, die beiden über die Dämpfungselemente miteinander verbundenen Komponenten so miteinander zu verbinden, dass bei geringen Druck- bzw. Stoßbelastungen die beiden Komponenten verhältnismäßig steif relativ zueinander angeordnet sind, wohingegen bei starken Stößen eine höhere Dämpfung gewünscht ist, um diese Stöße abzufangen. Der gattungsgemäße Dämpfer verhält sich indes wegen der zunehmenden Kompression und damit relativen Versteifung des druckbeanspruchten Dämpfungselementes progressiv, d. h. starke Druckstöße werden relativ direkt durch die Komponenten hindurchgeleitet und nur wenig gedämpft.
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Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Dämpfer der eingangs genannten Art mit verbessertem Dämpfungsverhalten anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung ein Dämpfer mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Dieser Dämpfer hat Dämpfungselemente mit unterschiedlicher Steifigkeit. Beide Dämpfungselemente sind in an sich bekannter Weise jeweils beidseitig des Kupplungselementes vorgesehen. Indes wird mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, diese Dämpfungselemente unter Druckspannung in dem Gehäuse aufzunehmen.
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Die beiden Komponenten sind in an sich bekannter Weise dementsprechend in Grenzen beweglich relativ zueinander gehalten. Aufgrund der Druckspannung herrscht auf beiden Seiten des Kopplungselementes ein Kräftegleichgewicht. Wegen der unterschiedlichen Steifigkeit wird indes das relativ weichere Dämpfungselement stärker im Gleichgewichtszustand komprimiert als das relativ steifere Element. Das relativ weichere Dämpfungselement befindet sich dabei üblicherweise auf der Seite des Kopplungselementes, welche bei Druckstößen komprimiert wird.
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Bei der Durchleitung von geringen Druckstößen durch die Komponenten sind beide Dämpfungselemente innerhalb eines gewissen Federweges wirksam, d. h. klemmen zwischen sich das Kopplungselement. Dieses ist weiterhin im Kräftegleichgewicht zwischen den beiden Dämpfungselementen gehalten. Es ergibt sich beispielsweise eine nahezu lineare Dämpfungscharakteristik, d. h. das Verhältnis zwischen zurückgelegtem Dämpfungsweg und einwirkender Druckkraft ist im Wesentlichen konstant.
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Bei hohen Druckstößen ergibt sich ein Dämpfungsweg, der größer ist als der Verformungsweg aufgrund der ursprünglich eingebrachten Druckspannung bis zur Relaxation, jedenfalls auf der der Ausgleichsbewegung abgewandten Seite. Dort befindet sich üblicherweise das relativ steife Dämpfungselement. Dieses Dämpfungselement wird bei diesem relativ großen Dämpfungsweg unwirksam, insbesondere dann, wenn dieses lediglich einseitig an das Gehäuse oder das Kopplungselement angebunden ist. Dementsprechend werden hohe Druckstöße lediglich durch das relativ weichere Dämpfungselement abgefangen, während sich das relativ härtere Dämpfungselement entweder von einer durch das Gehäuseelement ausgebildeten Anlagefläche oder einer durch das Kopplungselement gebildeten Anlagefläche zu diesem relativ steiferen Dämpfungselement ablöst.
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Durch das Zusammenwirken der verschiedenen Dämpfungselemente unterschiedlicher Steifigkeit kann dementsprechend über den gesamten Steifigkeitsverlauf des Dämpfers eine degressive Charakteristik erzeugt werden.
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Für die Verwirklichung des erfindungsgemäßen Dämpfers ist es nicht erforderlich, das erste und/oder zweite Dämpfungselement fest mit den Fahrwerkskomponenten zu verbinden. Vielmehr können die Dämpfungselemente auch lediglich formschlüssig zwischen Gegenflächen eingeschlossen sein. Insbesondere zur Vereinfachung der Montage kann das mit der geringeren Steifigkeit ausgestattete Dämpfungselement indes sowohl an dem Gehäuse als auch an dem Kopplungselement angebunden sein. Dementsprechend können Gehäuse und Kopplungselement zunächst durch Fügen an dem steiferen Dämpfungselement zu einer Einheit verbunden und somit einheitlich gehandhabt werden. Soweit zuvor von einer Anbindung eines Dämpfungselementes an das Gehäuse bzw. das Kopplungselement die Rede war, kann diese Anbindung durch Kleben, Schweißen oder andere übliche Verbindungsarten erfolgen. Das Dämpfungselement ist aber vorzugsweise aus einem elastomeren Material gebildet, welches durch Vulkanisation an die zugeordnete Anlagefläche des Gehäuses und/oder des Kopplungselementes angeschlossen ist.
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Das Kopplungselement ist üblicherweise ein Flansch, der endseitig von einer Komponente abragt, wohingegen das Gehäuse den Flansch in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Längserstreckung der länglichen Komponenten des Dämpfers beiderseits begrenzt. In dem zwischen dem Flansch und der gegenüberliegenden und durch das Gehäuse ausgebildeten Begrenzungsfläche gebildeten Raum befindet sich jeweils eines der Dämpfungselemente. Mit dieser Ausgestaltung ist das Gehäuse üblicherweise mehrteilig ausgeformt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, das erste Dämpfungselement aus mehreren kelchförmig ausgebildeten Elastomerlagen auszuformen, die unter Zwischenlage von entsprechend kelchförmig gebogenen Blechlagen miteinander verbunden sind. Dabei erfolgt die Verbindung üblicherweise durch Vulkanisieren. Die Blechlagen sind üblicherweise vollständig von dem Elastomermaterial der Elastomerlagen durch Vulkanisieren umhüllt. Ein solches Dämpfungselement 18 wird stirnseitig, d. h. in Dämpfungsrichtung, üblicherweise durch gehäuseseitige Anschlusselemente aufgenommen, welche den kelchförmigen Vorsprung einer ersten Elastomerlage in einer entsprechenden Bohrung in sich aufnehmen und/oder durch einen entsprechend ausgeformten konischen Vorsprung in die kelchförmige Ausnehmung der gegenüberliegenden Elastomerlage eingreifen. Eine solche Ausgestaltung hat sich nicht zuletzt mit Blick auf eine möglichst gute Zentrierung des ersten Dämpfungselementes und eine gewisse radiale Dämpfung innerhalb des ersten Dämpfungselementes als vorteilhaft erwiesen.
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Die konkrete Ausgestaltung des Kopplungselementes einerseits und des Gehäuses andererseits steht im Belieben des Fachmannes. Nicht zuletzt im Hinblick darauf wird die vorliegende Erfindung nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen
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1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung anhand einer Spurstange;
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2 das Detail II gemäß der Darstellung in 1 in einer vergrößerten Längsschnittansicht;
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3 ein Ersatzschaltbild zu dem in den 1 und 2 verdeutlichten Ausführungsbeispiel;
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4 die Kennlinie des in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiels und
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5 eine Längsschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die 1 zeigt eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Dämpfers für Komponenten einer Spurstange 2. Bei diesen Komponenten handelt es sich um eine Fahrwerksstrebe 4, die endseitig einen Kugelkopf 6 trägt. Die andere Komponente ist als Gelenkzapfen 8 mit einem endseitig daran vorgesehenen Axialgelenk 10 ausgebildet. Die beiden Komponenten 4, 8 übertragen im Wesentlichen Zug- bzw. Druckkräfte in Längsrichtung der Fahrwerksstrebe 4 bzw. des Gelenkzapfens 8. Die beiden Komponenten 4, 8 sind relativ zueinander über einen Dämpfer 12 gedämpft. Details dieses Dämpfers 12 sind in 2 schematisch wiedergegeben.
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Der Gelenkzapfen 8 trägt endseitig eine mit dem Gelenkzapfen 8 im Gewindeeingriff stehende Befestigungshülse 14, von der in radialer Richtung als Kopplungselement ein Flansch 16 abragt. Auf der dem Gelenkzapfen 8 zugewandten Seite ist an diesem Flansch 16 ein erstes Dämpfungselement 18 vorgesehen. An der gegenüberliegenden Seite, d. h. zu dem freien Ende der Befestigungshülse 14 hin befindet sich ein zweites Dämpfungselement 20. Durch Vulkanisation ist das erste Dichtungselement 18 mit einer Ringfläche des Flansches 16 und auf der gegenüberliegenden Seite mit einem ringförmigen, im Querschnitt im Wesentlichen L-förmig ausgestalteten, ersten Außenteil 22 verbunden. Ein zweites L-förmiges Außenteil 24 ist mit dem zweiten Dämpfungselement 20 mittels Vulkanisation verbunden. Das zweite Dämpfungselement 20 ist indes nicht auch an den Flansch 16 angebunden. Zur Montage werden die beiden L-förmigen Außenteile 22, 24 zusammengedrückt, um die Dämpfungselemente 18, 20 unter Druckspannung zu setzen. Dieser Ausgangszustand wird durch eine im Querschnitt C-förmige Klammer 26 gesichert, die die L-förmigen Außenteile 22, 24 übergreift. Es versteht sich von selbst, dass auf dem Umfang verteilt eine Vielzahl von derartigen Klammern 26 vorgesehen sein können. In solcher Weise vormontiert, wird die Einheit in eine mit Bezugszeichen 28 gekennzeichnete Gehäusemuffe eingeschoben, die endseitig an der Fahrwerksstrebe 4 einteilig ausgeformt ist. Die Gehäusemuffe 28 bildet zusammen mit den Außenteilen 22, 24 und der C-Klammer 26 die wesentlichen Teile eines Gehäuses 31 aus, dessen Teile fest miteinander verbunden sind.
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Die Dämpfungseigenschaften des so ausgebildeten Dämpfers sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 verdeutlicht werden. 3 ist ein Ersatzschaltbild, in welcher die elastischen Eigenschaften des ersten Dämpfungselementes 18 mit der Federkonstante C1 eingezeichnet sind, wohingegen die Dämpfungseigenschaften des zweiten Dämpfungselementes 20 mit C2 verdeutlicht sind. Eine durch das System hindurchgeleitete Kraft ist mit F gekennzeichnet. Diese Kraft greift an dem schematisch mit Bezugszeichen 16 gekennzeichneten Flansch an. Das Ersatzschaltbild verdeutlicht eine Druckkraft, die – gemäß 2 – von rechts nach links durch die Spurstange 2 hindurchgeleitet wird. Das Dämpfungsverhalten des Dämpfers unter Zugrundelegung dieses Ersatzschaltbildes ist in 4 eingezeichnet. Bei relativ geringen Kräften (Ordinate gemäß 4) wird das erste Dämpfungselement 18 in dem Maße komprimiert, wie das zweite Dämpfungselement 20 relaxiert und nachgeführt wird. Da das zweite Dämpfungselement 20 das relativ steifere, härtere Dämpfungselement ist, führt aufgrund des Kräftegleichgewichtes ein bestimmter Federweg zu einem erheblich größeren Abbau der Druckspannung des zweiten Dämpfungselementes 20. Beide Dämpfungselemente 18, 20 führen indes die Druckbeanspruchung in Form von Federweg nach. In diesem Bereich zeigt sich eine lineare Steifigkeit des Dämpfers 12, d. h. das Verhältnis zwischen der Druckkraft und dem zurückgelegten Weg (Abszisse) ist im Wesentlichen konstant (L = linearer Bereich).
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Nach einem gewissen Federweg ist die in das zweite Dämpfungselement 20 eingebrachte Verformung durch den Federweg infolge der Stoßbeaufschlagung aufgebraucht. Das zweite Dämpfungselement 20 kann der Bewegung des Flansches 16 nicht mehr folgen und zeigt keinerlei Wirkung mehr. Vielmehr wird diese allein durch das weichere Dämpfungselement 18 abgefangen. Der Bereich L des linearen Verhaltens wird verlassen, was in 4 mit Ü als Übergangsbereich gekennzeichnet ist. Oberhalb dieses Übergangsbereiches Ü, d. h. bei stärkeren Stößen, verhält sich der Dämpfer 12 degressiv. Die Dämpfungen werden allein durch das erste, weiche Dämpfungselement 18 gedämpft, sodass sich ein relativ hoher Federweg bei verhältnismäßig kleinen Kraftänderungen ergibt (vgl. degressiver Bereich in 4).
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Bei umgekehrter Kraftrichtung (negative Abszisse in 4) ergibt sich im Wesentlichen ein lineares Verhalten.
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Das zuvor beispielhaft beschriebene Verhalten des Dämpfers 12 kann durch die Wahl der jeweiligen Werkstoffe, die das erste und das zweite Dämpfungselement 18, 20 bilden, deren relative Steifigkeit zueinander sowie die eingebrachte Vorspannung beeinflusst werden. Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel ist ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es ist durchaus vorstellbar, unterschiedliche Einzelsysteme der vorher erwähnten Art unmittelbar nacheinander in axialer Richtung folgend in dem Gehäuse 31 vorzusehen, um ein möglichst optimal an die gewünschten Dämpfungseigenschaften angepasstes System zu schaffen.
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Die 5 verdeutlicht ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet der Gelenkzapfen 8 die Gehäusemuffe 28 aus, die eine zylindrische Bohrung definiert. Innerhalb dieser Bohrung ist das erste Dämpfungselement 18 vorgesehen. Dieses Dämpfungselement 18 hat mehrere mit Bezugszeichen 30 gekennzeichnete Elastomerlagen, die unter Zwischenlage von Blechlagen 32 miteinander durch Vulkanisation verbunden sind. In dem Grund der Bohrung befindet sich ein mit einer kelchförmigen Bohrung versehenes Basiselement 32.1 aus Kunststoff oder Metall, dessen V-förmige Bohrung eine erste Elastomerlage 30.1 in sich aufnimmt. Diese ist ebenfalls V-förmig ausgebildet, füllt die kelchförmige Ausnehmung des Basiselementes 32.1 vollständig aus und bildet ihrerseits eine entsprechende V-förmige Ausnehmung. In diese greift eine erste Blechlage 32.3, die ebenfalls kelchförmig ausgeformt ist, ein. Es folgen zweite und dritte Elastomerlagen 30.2 und 30.3 sowie eine identisch zu der zuvor beschriebenen Blechlage 32.2 ausgeformte Blechlage 32.3. Die Elastomerlagen 30.1, 30.2 und 30.3 sind jeweils identisch ausgebildet. In die kelchförmige Ausnehmung der letzten Elastomerlage 30.3 greift ein Konuselement 32.4 ein, das an der gegenüberliegenden Seite eine Ringfläche ausformt, die zu der Einbringöffnung der Gehäusemuffe 28 freiliegt und an welcher der Flansch 16, der stirnseitig in die Einbringöffnung der Fahrwerksstrebe 4 eingebracht ist, anliegt. Die Elemente 32.1, 32.2, 32.3 und 32.4 sind jeweils durch Vulkanisieren der dazwischenliegenden Elastomerlagen zur Ausbildung eines einheitlichen Dämpfungselementes 18 miteinander verbunden.
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Auf der dem ersten Dämpfungselement 18 abgewandten und der Fahrwerkstrebe 4 zugewandten Seite des Flansches 16, insbesondere der durch den Flansch 16 ausgeformten Ringfläche, ist ein zweites Dämpfungselement 20 aufvulkanisiert. Auf der dem Flansch 16 gegenüberliegenden Seite wird dieses zweite Dämpfungselement 20 übergriffen von einem Halteelement 34, welches als Halbschale ausgeformt und mit der Gehäusemuffe 28 fest verbunden ist. Die Halbschale 34 wird derart in die Gehäusemuffe 28 eingepresst, dass danach das erste und das zweite Dämpfungselement 18, 20 unter Druckspannung im Gleichgewichtszustand gehalten sind. Das zweite Dämpfungselement 20 ist hierbei ebenfalls dasjenige Dämpfungselement mit der weitaus höheren Steifigkeit, wohingegen das erste Dämpfungselement 18 eine im Verhältnis wesentlich geringere Steifigkeit hat. Bei einem Druckstoß – gemäß der Darstellung in 5 von rechts nach links – werden zunächst beide Dämpfungselemente in gleicher Weise verformt. Die in dem ersten Dämpfungselement 18 eingebrachte Kompression führt zu einer Relaxation des zweiten Dämpfungselementes 20. Dieses löst sich schließlich von der Halbschale 34, sodass lediglich das erste Dämpfungselement 18 die Dämpfung bewirkt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich ein degressives Dämpfungsverhalten analog zu dem zuvor diskutieren Ausführungsbeispiel.
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Bezugszeichenliste
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- L
- linearer Bereich
- Ü
- Übergangsbereich
- D
- Degressiver Bereich
- 2
- Spurstange
- 4
- Fahrwerksstrebe
- 6
- Kugelkopf
- 8
- Gelenkzapfen
- 10
- Axialgelenk
- 12
- Dämpfer
- 14
- Befestigungshülse
- 16
- Flansch
- 18
- erstes Dämpfungselement
- 20
- zweites Dämpfungselement
- 22
- erstes L-förmiges Außenteil
- 24
- zweites L-förmiges Außenteil
- 26
- C-Klammer
- 28
- Gehäusemuffe
- 30
- Elastomerlage
- 30.1
- Elastomerlage
- 30.2
- Elastomerlage
- 30.3
- Elastomerlage
- 31
- Gehäuse
- 32.1
- Basiselement
- 32.2
- Blechlage
- 32.3
- Blechlage
- 32.4
- Konuselement
- 34
- Halbschale
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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