DE102012213833B3

DE102012213833B3 - Kolbenstangen-Zylinderaggregat mit einem Schutzrohr

Info

Publication number: DE102012213833B3
Application number: DE201210213833
Authority: DE
Inventors: Holger Kirchner; Thomas Meyer; Wolfgang Prinz; Dimitrios Aitas
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2013-12-24
Anticipated expiration: 2032-08-04

Abstract

Kolbenstangen-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolbenstange axial beweglich geführt ist, wobei ein Längenabschnitt der Kolbenstange von einem Schutzrohr eingehüllt ist, das ortsfest zur Kolbenstange angeordnet ist und einen Deckel aufweist, der einen vom Schutzrohr und von der Kolbenstange gebildeten Ringraum endseitig verschließt, wobei das Schutzrohr auch bei maximaler Ausfahrposition der Kolbenstange in axialer Überdeckung mit dem Zylinder steht und das Schutzrohr zum Zylinder eine Abdichteinrichtung aufweist, und die Abdichteinrichtung eine schutzrohrseitige, zum Zylinder weisenden Dichtfläche aufweist, in der mindestens eine wendelförmige Belüftungsnut ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolbenstangen-Zylinderaggregat gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Bei einem Kolbenstangen-Zylinderaggregat stellt die Oberfläche der Kolbenstange einen für die Lebensdauer relevanten Bereich dar, der gegen Schmutzeinflüsse geschützt werden muss. Dabei sollen Riefen oder auch anhaftende Schmutzpartikel an der Oberfläche verhindert werden, damit die Wirkung einer Kolbenstangendichtung über einen möglichst langen Zeitraum gewährleistet ist.
Dazu werden Kolbenstangen-Zylinderaggregate in der Bauform eines Schwingungsdämpfers vielfach mit einem Schutzrohr ausgeführt, das einen außerhalb des Zylinders befindlichen Bereich der Kolbenstange stets einhüllt. Trotzdem dringen Schmutz und Feuchtigkeit in den vom Schutzrohr gebildeten Ringraum ein, wobei die Schmutzpartikel auf einer in Ausfahrrichtung der Kolbenstange weisende Stirnfläche des Zylinders aufliegen. Genau dort ist jedoch die Kolbenstangendichtung angeordnet, die möglichst nicht mit dem Schmutz in Kontakt kommen soll.
Die DE 1 041 742 B beschreibt einen Teleskopstoßdämpfer, der eine Abdichtung zwischen einer Innenwandung des Schutzrohres und dem Zylinder aufweist. Die Dichtung ist luftdurchlässig und z. B. aus einem porösen Werkstoff gefertigt. Es ist fertigungstechnisch anspruchsvoll unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten einen porösen Werkstoff auf einer ansonsten glatten Oberfläche eines Schutzrohres aus Kunststoff zu befestigen.
Es wird noch darauf hingewiesen, dass es beispielsweise aus der DE 10 2007 021 385 A1 bekannt ist, ein Schutzrohr zur mechanischen Versteifung mit einer Profilierung der Schutzrohrwandung auszuführen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2 ist das Schutzrohr mit mehreren schraubenförmig ausgebildeten Sicken ausgeführt, die sich nahezu über die gesamte Länge des Schutzrohres erstrecken und eine Belüftungsfunktion des Schutzrohrinnenraums ermöglichen.
Des Weiteren beschreibt die DE 10 2012 000 962 A1 ein Kolbenstangen-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolbenstange axial beweglich geführt ist, wobei ein Längenabschnitt der Kolbenstange von einem Schutzrohr eingehüllt ist, das ortsfest zur Kolbenstange angeordnet ist und einen Deckel aufweist, der einen vom Schutzrohr und von der Kolbenstange gebildeten Ringraum endseitig verschließt, wobei das Schutzrohr auch bei maximaler Ausfahrposition der Kolbenstange in axialer Überdeckung mit dem Zylinder steht und das Schutzrohr zum Zylinder eine Abdichteinrichtung aufweist, wobei die Abdichteinrichtung eine schutzrohrseitige, zum Zylinder weisenden Dichtfläche aufweist, in der mindestens eine wendelförmige Belüftungsnut ausgeführt ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Kolbenstangendichtung bei einem Kolbenstangen-Zylinderaggregat vor dem Schmutzeintrag zu schützen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 oder 2 gelöst.
In dem Bereich mit dem großen Steigungswinkel der Belüftungsnut wird bezogen auf einen Hubweg ein Luftvolumen mit einer geringeren Geschwindigkeit verdrängt als in dem Bereich mit dem kleineren Steigungswinkel. Je kleiner der Steigungswinkel ist, umso länger ist die Wendel bezogen auf einen axialen Hubweg des Schutzrohres. Folglich liegen in diesem Bereich der Belüftungsnut eine größere Strömungsgeschwindigkeit und ein geringer Druck vor, die den Schmutzabtransport fördert.
Durch die Kombination von Dichtfläche und wendelförmiger Belüftungsnut wird bei jeder Kompression des Ringraums innerhalb des Schutzrohres ein rotatorischer Luftstrom innerhalb der mindestens einen Belüftungsnut erzeugt, der dazu führt, dass sich der Staub innerhalb des Ringraums nach radial außen bewegt und sich damit von der schmutzempfindlichen Kolbenstange entfernt.
Alternativ oder in Kombination zur Lösung nach Anspruch 1 kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Belüftungsnut mit abnehmendem Abstand zum Deckel eine geringere axiale Breite aufweist. Je geringer die Breite bei konstanter Tiefe der Belüftungsnut, umso größer ist die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Belüftungsnut. Mit dieser Maßnahme kann man die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Belüftungsnut gezielt steuern.
Die Belüftungsnut geht vom offenen Ende des Schutzrohres aus und führt zu einem Luftaustausch zwischen dem Ringraum innerhalb des Schutzrohres und der äußeren Atmosphäre des Schutzrohres.
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist der Steigungswinkel der wendelförmigen Belüftungsnut derart gewählt, so dass sich die Belüftungsnut mindestens einmal über den gesamten Innenumfang des Schutzrohres erstreckt.
Um die Dichtwirkung der Dichtungsfläche zu maximieren, ist vorgesehen, dass der axiale Abstand zwischen zwei benachbarten Belüftungsnuten größer ist als die Breite der Belüftungsnut. Dadurch wird ein Strömungswiderstand zwischen dem Schutzrohr und dem Zylinder erzeugt, der dafür sorgt, dass die im Ringraum befindliche Luft zum weit überwiegenden Anteil durch die Belüftungsnuten strömt.
Optional kann das offene Ende eine trichterförmige Aufnahmeöffnung für den Zylinder aufweisen. Das Ziel dieser Maßnahme besteht darin, ein möglichst großes Luftvolumen in die Belüftungsöffnung zu fördern bzw. abzulassen.
Um die Oberfläche des Zylinders frei von Lackschäden zu halten, weist die Dichtfläche am Schutzrohr einen radialen Abstand zum Zylinder auf.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die einzige Figur zeigt ein Kolbenstangen-Zylinderaggregat 1 beliebiger Bauart, z. B. einen Einrohr- oder auch einen Zweirohrschwingungsdämpfer. In einem Zylinder 3 ist eine Kolbenstange 5 axial beweglich geführt. Das kolbenstangenaustrittsseitige Ende des Zylinders 3 wird von einer nicht dargestellten Dichtung zur Kolbenstange abgedichtet.
Um die Kolbenstange 5 gegen äußere Einflüsse zu schützen, ist ortsfest zur Kolbenstange 5, in diesem konkreten Fall direkt an der Kolbenstange 5, ein Schutzrohr 7 angeordnet. Das Schutzrohr 7 besteht aus einem unelastischen Rohrkörper 9 mit einem endseitigen Deckel 11, über den die Verbindung zur Kolbenstange 5 ausgeführt ist. Dadurch bilden das Schutzrohr 7 und die Kolbenstange 5 einen luftgefüllten Ringraum 13, der von dem Deckel 11 an dem besagten Ende verschlossen wird. Die Länge des Schutzrohres 7 ist derart bemessen, so dass auch bei maximaler Ausfahrposition der Kolbenstange 5 eine axiale Überdeckung mit dem Zylinder 3 besteht.
Das Schutzrohr 7 weist einen nur geringfügig größeren Innendurchmesser auf als der Außendurchmesser des Zylinders 3. Dadurch bildet das Schutzrohr 7 mit seiner Innenwandung eine zum Zylinder 3 weisende Dichtfläche 15. Innerhalb dieser Dichtfläche 15 ist mindestens eine wendelförmige Belüftungsnut 17 ausgeführt, die den Ringraum 13 mit der äußeren Umgebung 19 des Schutzrohres verbindet. Wie in der Figur zu erkennen ist, ist die Wendelung im Schutzrohr mehrgängig ausgeführt, wobei die Belüftungsnuten 17 vom offenen Ende 21 des Schutzrohres ausgehen und dadurch eine axiale Anschlussöffnung 23 von der äußeren Umgebung 19 in die Belüftungsnut 17 vorliegt.
Des Weiteren kann die wendelförmige Belüftungsnut 17 ausgehend von dem offenen Ende 21 des Schutzrohres 7 einen abnehmenden Steigungswinkel α aufweisen, wobei sich der Steigungswinkel α auf eine Horizontalachse 25 bezieht. Es gilt α₁ > α₂ > α₃. Selbst beim größten Steigungswinkel ist vorgesehen, dass sich die Belüftungsnut 17 mindestens einmal über den gesamten Innenumfang des Schutzrohres 7 erstreckt.
Als weiteres Konstruktionsprinzip kann vorgesehen werden, dass der axiale Abstand T zwischen zwei benachbarten Belüftungsnuten 17 größer ist als die Breite B der Belüftungsnut 17. Der Abstand T wird im rechten Winkel zur Wendel der Belüftungsnut 17 gemessen. Bedingt durch den abnehmenden Steigungswinkel α reduziert sich in Richtung des Deckels auch der Abstand T, nämlich T₁ > T₂.
Optional kann die mindestens eine Belüftungsnut 17 mit abnehmendem Abstand zum Deckel eine geringere Breite B auf, B₁ > B₂ weisen.
Je nach vorhandenem Bauraum kann das offene Ende 21 des Schutzrohres 7 eine trichterförmige Aufnahmeöffnung 27 für den Zylinder 3 aufweisen. Im linken Halbschnitt der Fig. ist das Schutzrohr 7 im Durchmesser vergrößert, hingegen weist das Schutzrohr 7 im rechten Halbschnitt einen im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser auf und nur die Innenwandung ist trichterförmig gestaltet.
Bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange 5 in den Zylinder 3 wird der Ringraum 13 komprimiert. Die in dem Ringraum befindliche Luft kann aufgrund der Dichtfunktion der zum Zylinder weisenden Dichtfläche 15 im Wesentlichen nur über die Belüftungsnuten 17 ausgetauscht werden. Es stellt sich eine rotatorische Strömungsbewegung im Ringraum 13 ein, die dazu führt, dass im Ringraum 13 befindliche Schmutzteilchen von dem Luftstrom nach radial außen bewegt werden und sich dadurch von der empfindlichen Kolbenstange 5 oder der Kolbenstangendichtung entfernen.
Bezugszeichenliste

1: Kolbenstangen-Zylinderaggregat
3: Zylinder
5: Kolbenstange
7: Schutzrohr
9: Rohr
11: Deckel
13: Ringraum
15: Dichtfläche
17: Belüftungsnut
19: Umgebung
21: offenes Ende
23: Anschlussöffnung
25: Horizontalachse
27: Aufnahmeöffnung

Claims

Kolbenstangen-Zylinderaggregat (1), umfassend einen Zylinder (3), in dem eine Kolbenstange (5) axial beweglich geführt ist, wobei ein Längenabschnitt der Kolbenstange (5) von einem Schutzrohr (7) eingehüllt ist, das ortsfest zur Kolbenstange (5) angeordnet ist und einen Deckel (11) aufweist, der einen vom Schutzrohr (7) und von der Kolbenstange (5) gebildeten Ringraum (13) endseitig verschließt, wobei das Schutzrohr (7) auch bei maximaler Ausfahrposition der Kolbenstange in axialer Überdeckung mit dem Zylinder (3) steht und das Schutzrohr (7) zum Zylinder (3) eine Abdichteinrichtung aufweist, wobei die Abdichteinrichtung eine schutzrohrseitige, zum Zylinder (3) weisende Dichtfläche (15) aufweist, in der mindestens eine wendelförmige Belüftungsnut (17) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine wendelförmige Belüftungsnut (17) ausgehend vom offenen Ende (21) des Schutzrohres (7) einen abnehmenden Steigungswinkel (α) aufweist.
Kolbenstangen-Zylinderaggregat nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Belüftungsnut (17) mit abnehmendem Abstand zum Deckel (11) eine geringere axiale Breite (B) aufweist.
Kolbenstangen-Zylinderaggregat nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsnut (17) vom offenen Ende (21) des Schutzrohres (7) ausgeht.
Kolbenstangen-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel (α) der wendelförmigen Belüftungsnut (17) derart gewählt ist, so dass sich die Belüftungsnut (17) mindestens einmal über den gesamten Innenumfang des Schutzrohres (7) erstreckt.
Kolbenstangen-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand T zwischen zwei benachbarten Belüftungsnuten (17) größer ist als die Breite (B) der Belüftungsnut (17).
Kolbenstangen-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dass das offene Ende (21) des Schutzrohres (7) eine trichterförmige Aufnahmeöffnung (27) für den Zylinder (3) aufweist.
Kolbenstangen-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (15) am Schutzrohr (7) einen radialen Abstand zum Zylinder (3) aufweist.