-
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 die
DE 10 2011 076 200 A1 offenbart. Diese beschreibt eine leichte, stabile Befestigungseinrichtung für ein Außenrohr eines Teleskop-Schwingungsdämpfers, 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, aufgrund möglichst vieler Bauteile aus Kunststoff beziehungsweise aus Faserverbundwerkstoffen.
-
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, wobei Teile des Schwingungsdämpfers und/oder dessen Anbauteile wenigstens teilweise aus Kunststoff und/oder aus Faserverbundwerkstoff bestehen dadurch gekennzeichnet, dass diese Teile aus thermoplatischem und/oder duroplatischem Kunststoff beziehungsweise mit thermoplastischer und/oder duroplastischer Matrix an einem Schwingungsdämpfer in Ein-Rohr- oder in Zwei-Rohr-Ausführung verbaut sind.
-
Das hat den Vorteil, dass bei einer Fertigung von Schwingungsdämpfern aus CFK oder GFK, das heißt, aus Kohlefaser oder Glasfaser verstärktem Kunststoff, nicht nur das Tragrohr, auch Außenrohr genannt, sondern auch wahlweise das Innen- bzw. Zwischenrohr aus CFK oder GFK gefertigt sind. Ein Einsatz von CFK oder GFK ist also sowohl für Einrohr- als auch für Zweirohrdämpfer möglich. Weiterhin können auch Anschlussbauteile an das Außenrohr aus Kunststoffen bestehen.
-
Bevorzugte Ausführungsformen von Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfern sind dadurch gekennzeichnet, dass Teile aus Metall, insbesondere Leichtmetall, und/oder aus nachwachsenden Rohstoffen verbaut sind. Dabei können Teile aus Faserverbundwerkstoff Carbonfasern und/oder Glasfasern enthalten, wobei insbesondere deren Richtung und/oder Stärke und/oder Orientierung gewählt ist. Das hat den Vorteil, dass die jeweiligen Teile des Schwingungsdämpfers beanspruchungsgerecht aus dem jeweilig dafür am besten geeigneten Material gebaut werden können. Insbesondere, können Teile aus Kunststoff und/oder Faserverbundwerkstoff auch transparent und/oder semitransparent und/oder mit Farben eingefärbt gestaltet sein, wobei eine solche Gestaltung vorteilhafterweise auch nach Kundenwunsch ausgeführt werden kann. Ebenso können Teile auf einfache Weise Bilder und/oder Schriftbilder und/oder Codebilder und/oder Solarzellen und/oder Solarmodule und/oder Displays und/oder Sensoren enthalten. Vorteilhafterweise können damit zum Beispiel Wartungs- und Serviceinformationen oder Zustandsinformationen wie zum Beispiel die Temperatur des Schwingungsdämpfers angezeigt oder zur Weiterverarbeitung von einem Sensor an ein Steuergerät übertragen werden. Dies zum Beispiel zur Nutzung in fahrzeuginternen Regelsystemen, insbesondere bei der Motor- und/oder Fahrdynamiksteuerung bzw. zur Kommunikation, sowohl intern als auch zwischen verschiedenen Fahrzeugen. Es kann auch zum Beispiel ein starker Abfall der Dämpfertemperatur im Betrieb als Indikator für Glätte ausgewertet werden.
-
Desweiteren können Ausführungsformen des Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfers gemäß der Erfindung vorsehen, dass Verbindungen zwischen Teilen durch Verbindungsarten wie Schrauben und/oder Spritzen und/oder Schmelzen und/oder Kleben und/oder Schweißen und/oder Stecken aufrechterhalten sind. Diese Verbindungsarten sind insbesondere bei Teilen aus Kunststoff einfach und gut für die Großserie einsetzbar zu verwenden. Außerdem können die Teile dadurch stabil und dauerhaft miteinander verbunden werden. Teile, wie zum Beispiel ein integriertes Dämpferauge und/oder ein Federteller, der außen am Dämpferrohr angebracht wird und/oder ein Pendelstützenhalter und/oder eine Schnittstelle zur Kolbenstangenführung können durch Sheet-Moulding-Compound, Carbon-Sheet-Moulding-Compound, Spritzguss, Long-Fiberreinforced-Thermoplast oder einem Fertigungsverfahren für kurzfaserverstärkte thermoplastische und/oder duroplastische Matrixsysteme mit zum Beispiel dem Dämpferrohr verbunden werden.
-
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfers sehen nach der Erfindung vor, dass wenigstens einzelne aus Faserverbundwerkstoff bestehende Teile im Wickelverfahren hergestellt sind. Alternativ kommen auch, je nach Verwendungszweck und Belastungsart, für bestimmte Bauteile, zum Beispiel für Hohlkörper mit faserverstärkter, duroplastischer Matrix, auch Pultrusion, Flechten, Resin-Transfer-Moulding, Nasspressen oder eine Kombination dieser Verfahren in Betracht. Hohlkörper mit faserverstärkter thermoplastischer Matrix können durch Wickeln, Pultrusion, Flechten, Spritzguss, Long-Fiberreinforced-Thermoplast oder einem weiteren Fertigungsverfahren für faserverstärkte thermoplastische Kunststoffe hergestellt werden und/oder mit einer Kombination der genannten Verfahren. Während eine Anbindung des Dämpferauges und/oder Federtellers und/oder Pendelstützenhalters und/oder der Schnittstelle zur Kolbenstangenführung und weiteren Funktionen durch Sheet-Moulding-Compound, Carbon-Sheet-Moulding-Compound, Spritzguss, Long-Fiberreinforced-Thermoplast oder einem anderen Fertigungsverfahren für kurzfaserverstärkte thermoplastische und/oder duroplastische Matrixsysteme bewerkstelligt werden kann.
-
Wenn notwendig können den Matrixsystemen Additive zugemischt werden die zum Beispiel Temperaturleitfähigkeit, Längenausdehnung, Verschleißfestigkeit oder andere Eigenschaften verbessern. Es können Zusatzfunktionen integriert werden, Halter bzw. Anbauteile nach allen Regeln/Möglichkeiten der Konstruktionsmethodik angebaut werden, das heißt mittels Stoffschluss, Formschluss, Kleben, Schweissen, Nieten, Umspritzen, Einformen, Aufpressen beziehungsweise beliebige Kombination aus diesen. Die Kolbenstange kann metallisch, aus Kunststoff, verstärkt, hohl, oder massiv ausgeführt werden.
-
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen für einen Leichtbau-Teleskop-Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erzeugen eines Presssitzes zwischen Teilen durch Zusammenfügen wenigstens auf eine der miteinander in Kontakt kommenden Flächen, insbesondere von Außenrohr und Befestigungselement oder Dichtungsführungselement oder Stützring eine Klebstoff- und/oder Dichtmittelschicht aufgetragen wird. Des Weiteren kann die Kolbenstange aus einem Rohr aus Faserverbundwerkstoff mit Endstücken aus Metall bestehen, die jeweils durch einen Presssitz mit dem Rohr verbunden sind. Ebenso kann ein Federteller durch einen Presssitz mit dem Außenrohr verbunden sein, wobei dieser auch vorteilhafterweise durch einen Absatz am Außenumfang des Außenrohrs in axialer Richtung festgelegt sein kann, gebildet durch einen aufgepressten Stützring oder durch die Wickelung des Faserverbundwerkstoffs des Außenrohrs.
-
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/dauertest 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/dauertest 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.
-
Nicht gezeichnet, kann am Außenrohr 13 aus Faserverbundwerkstoff ein Federteller aus demselben Werkstoff direkt angeformt sein oder auf einer Stufe des Außenrohrs 13 formschlüssig aufsitzend. Dieser Federteller kann dann sowohl aus Metall, als auch aus Faserverbundwerkstoff bestehen. Des Weiteren können andere außen am Außenrohr 13 anzubringende Teile ebenso befestigt sein wie der Federteller.
-
Ebenfalls nicht dargestellt sind Alternativen zu den Presssitzen, beschrieben anhand der Figur. Hier ist natürlich alternativ möglich, dass das Dichtungsführungselement 11 und/oder das Befestigungselement 5 mittels jeweils einer Formschlussverbindung am Außenrohr 13 flüssigkeitsdicht befestigt sind. Die Flüssigkeitsdichtheit kann auch noch zusätzlich durch einen dazwischen eingebrachten Kleb- und/oder Dichtstoff für eine lange Lebensdauer gewährleistet werden. Der Formschluss kann durch wenigstens eine umlaufende Nut und Feder, durch ein Gewinde oder durch rauhe Oberflächen zwischen der Innenumfangsfläche des Außenrohrs 13 und den Außenumfangsflächen von Dichtungsführungselement 11 und/oder Befestigungselement 5 hergestellt werden. Des Weiteren können die weiter oben im allgemeinen Teil beschriebenen Befestigungs- bzw. Abdichtungsarten auch auf sinnvolle Weise miteinander kombiniert angewandt werden, auch zum Beispiel alternativ bei einem Einrohr-Leichtbau-Schwingungsdämpfer, um eine zuverlässig lange Lebensdauer bei einem Einrohr- bzw. Zweirohr-Leichtbau-Schwingungsdämpfer mit Kunststoffbau- und -anbauteilen zu erhalten. Eine flüssigkeitsdichte Verbindung des Außenrohrs 13 mit dem Befestigungselement 5 beziehungsweise der Dichtungsführungselement 11 kann so auch besonders preiswert und zuverlässig gegen Versagen und Flüssigkeitsaustritt in Großserienfertigung hergestellt werden.
-
Alternativ (nicht gezeichnet) kann das Schwingungsdämpferaußenrohr auch in Hybridbauweise, zum Beispiel aus CFK und Aluminium oder einem anderen metallischen Werkstoff, ausgeführt werden. Dabei ist der mittlere Rohrabschnitt aus CFK gefertigt und die Endabschnitte, entsprechend den Stützringen 4, 14 der Figur, sind aus Aluminium oder Magnesium oder einem anderen Metall gefertigt. Die Verbindung der Bauteile kann zum Beispiel durch Schrumpf-Presssitz bei Fügen unter Temperatur ggf. zusätzlich geklebt erfolgen. Zusätzlich können die Rohrabschnitte zur Optimierung des Kraftschlusses mit Fasern/Matten, zum Beispiel mit CFK Rovings oder Aramidfasern oder Glasfasern oder Kohlefasern umwickelt werden, beziehungsweise mit Kunststoffen zum Beispiel mit PEEK oder PA66 oder PA66 mit Faserverstärkung umgossen oder anderweitig verbunden werden, wie aufgeklebt oder auflaminiert. Als eine bevorzugte Variante kann die Ausführung der Ummantelung/Verstärkung zum Beispiel über radial gerichtete Stacheln auf den Endabschnitten, entsprechend den Stützringen 4, 14, und eine Umwicklung der Stacheln erfolgen. Vorzugsweise wird das Gewebe zur Verstärkung aus Kohlefasern und Aramidfasern hergestellt, da dieser Verbund bei sehr hohen Festigkeiten und geringer Masse eine gewisse Elastizität aufgrund der vergleichsweise hohen Bruchdehnung der Aramidfasern aufweist. Dies ergibt Reserven in Bezug auf die maximale Belastbarkeit. Das heißt, unter sehr hohen Lasten kann sich der Schwingungsdämpfer um einen Wert elastisch verformen, was das Risiko eines Defekts reduziert. Alternativ oder ergänzend ist auch ein ”Weglassen” des mittleren Rohrabschnitts denkbar, zur weiteren Gewichtseinsparung durch Einbringung eines Kerns während des Aufbringens der Verstärkung im Fertigungsprozess. Nach der Fertigung des Gewebes wird der Kern wieder entnommen. Der mittlere Rohrabschnitt kann alternativ auch aus anderen Werkstoffen, zum Beispiel andere Kunststoffe oder Magnesium bestehen. Alternativ kann die Fixierung der Endabschnitte auch über andere Verbindungstechniken erfolgen, zum Beispiel Formschluss oder Sprengring oder Gewinde oder Schweißen oder Reibschweißen bzw. Stoffschluss. Eine solche Ausführung des Außenrohrs ist für Ein-, als auch für Zweirohrdämpfer möglich. Alternativ können die Endabschnitte auch direkt in Kunststoff oder in anderen Werkstoffen gefertigt sein. Ein Gelenkauge kann auch eingegossen bzw. im Herstellprozess mit integriert sein, insbesondere bei einer Ausführung des unteren Endabschnittes in Kunststoff.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011076200 A1 [0002]
