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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Ein derartiger Schwingungsdämpfer ist aus der Druckschrift
EP 1 544 499 B1 bekannt. Dort wird ein Schwingungsdämpfer mit einem in Zugrichtung (d.h. in Richtung einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange aus dem Dämpferrohr heraus) wirksamen Anschlag beschrieben (auch kurz als „Zuganschlag“ bezeichnet). Die Bewegungen der Kolbenstange werden durch die Kolbenstangenführung über eine die Kolbenstange umschließende Führungsfläche geführt. Der Zuganschlag umfasst einen auf der Kolbenstange befindlichen Anschlagring und eine an der Kolbenstangenführung vorgesehene Anschlagschulter. Der Zuganschlag dient einerseits dazu, eine Ausfahrbewegung der Kolbenstange aus dem Dämpferrohr (eine so genannte Zugstufenbewegung der Kolbenstange) zu begrenzen. Diese Funktion wird in der
EP 1 544 499 B1 als „Hubbegrenzung“ bezeichnet. Eine weitere Aufgabe des aus der
EP 1 544 499 B1 bekannten Zuganschlags ist es andererseits, auch im Überlastfall, d.h. bei sehr hohen Anschlagkräften, die eine plastische Verformung des Werkstoffs der Kolbenstangenführung bewirken, eine mechanische Beschädigung der Kolbenstangenoberfläche durch das verformte Material der Kolbenstangenführung zu vermeiden. Gleichzeitig soll eine geringe Bauhöhe in axialer Richtung erreicht werden.
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Um diese Ziele zu erreichen schlägt die der
EP 1 544 499 B1 zu Grunde liegende Erfindung vor, dass die Kolbenstangenführung zwischen der Anschlagschulter und der Führungsfläche eine ringförmige Deformationszone mit einer Ausnehmung aufweist, welche im Überlastfall eine Verformung der Anschlagschulter unter Aufnahme axialer Kräfte ermöglicht. Eine plastische Verformung der Anschlagschulter im Überlastfall wird beim Gegenstand der
EP 1 544 499 B1 also bewusst in Kauf genommen. Verformungen und Setzungen, die der Anschlagring an der Kolbenstangenführung hinterlässt, werden in der
EP 1 544 499 B1 als „unvermeidbar“ bezeichnet (vgl. Abs [0008]). Durch die Deformationszone soll die Führungsfläche gegenüber Verformungen und Setzerscheinungen geschützt werden. Es soll sichergestellt werden, dass kein verformtes Material der Anschlagschulter bzw. der Führungsfläche mit der Kolbenstange in Kontakt kommen und die Kolbenstangenoberfläche mechanisch beschädigen kann. Um dies zu erreichen, soll die Deformationszone die plastischen Verformungen der Anschlagschulter auffangen. So heißt es im Abs. [0008]: „Insbesondere werden die im Dauerbetrieb unvermeidbaren Setzungen bzw. Verformungen, die der Anschlagring an der Kolbenstangenführung hinterlässt, absorbiert und von der Anschlagschulter aufgenommen.“
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Im ersten Satz des Absatzes [0018] der
EP 1 544 499 B1 wird ein im übrigen Text und in den Figuren nicht näher beschriebenes bzw. dargestelltes Ausführungsbeispiel beiläufig erwähnt, bei dem die Anschlagschulter an der Vorderseite der Kolbenstangenführung als Einsatzteil angebaut ist und sich in Auszugsrichtung ggf. mit Abstand vor der Führungsfläche für die Kolbenstange befindet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Deformationszone vorgesehen, um gemäß der technischen Lehre der
EP 1 544 499 B1 die plastischen Verformungen der Anschlagschulter aufzunehmen. Die technische Lehre der
EP 1 544 499 B1 setzt somit auch bei diesem Ausführungsbeispiel die als „unvermeidbar“ angesehenen Verformungen und Setzungen voraus, die der Anschlagring an der Kolbenstangenführung hinterlässt.
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Für Schwingungsdämpfer der vorstehend beschriebenen Art besteht seitens der Fahrzeughersteller die Anforderung, dass der Zuganschlag hohe Anschlagkräfte von bis zu 80kN aufnehmen können muss, ohne dass die Oberfläche der Kolbenstange durch plastisch verformtes Material der Kolbenstangenführung mechanisch beschädigt wird. Nachteilig bei der aus der
EP 1 544 499 B1 bekannten Lösung ist, dass immer noch so große plastische Verformungen der Kolbenstangenführung möglich sind, dass die Deformationszone nicht ausreicht, um die Verformungen aufzunehmen und die Kolbenstange wirksam vor Beschädigungen der Oberfläche zu schützen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Schwingungsdämpfer der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, dass eine Beschädigung der Kolbenstangenoberfläche auch bei sehr hohen Anschlagkräften wirksam vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schwingungsdämpfer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Sinnvolle Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kolbenstangenführung einen Grundkörper aus Sintermetall aufweist, der eine Aufnahme für das Einsatzteil aufweist, wobei das Einsatzteil in die Aufnahme eingesetzt und mit dem Grundkörper verbunden ist, wobei das Einsatzteil zumindest in dem Bereich, in dem es ab einem bestimmten Ausfahrweg der Kolbenstange mit dem Anschlagring in Kontakt tritt, einen Werkstoff aufweist, der eine höhere Fließgrenze Rp0,2 und eine höhere Zugfestigkeit Rm aufweist als das Sintermetall des Grundkörpers. Die vorliegende Erfindung schlägt somit vor, die Kolbenstangenführung aus Elementen zu bilden, die aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Die erfindungsgemäße Maßnahme, dass der Grundkörper und das Einsatzteil unterschiedliche Werkstoffe aufweisen, ermöglicht es dem Konstrukteur, diese Bauteile durch geeignete Auswahl der Werkstoffe optimal an die jeweiligen Anforderungen, die an diese Bauteile gestellt werden, anzupassen.
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Der Grundkörper besteht aus Sintermetall und kann daher kostengünstig durch ein Sinterverfahren hergestellt werden. Der Sinterprozess erlaubt es, sowohl die Führungsfläche für das Führen der Kolbenstangenbewegungen als auch die für das Einsatzteil erforderliche Aufnahme auf einfache Weise und ohne zusätzliche Arbeitsschritte wie z.B. spanende Bearbeitungsschritte an bzw. in dem Grundkörper vorzusehen. Ferner besitzt der sintermetallische Werkstoff des Grundkörpers eine gewisse Elastizität, so dass die Kolbenstangenführung insgesamt nicht zu starr ist.
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Das Einsatzteil weist dagegen zumindest in dem Bereich, in dem es ab einem bestimmten Ausfahrweg der Kolbenstange mit dem Anschlagring in Kontakt tritt, einen Werkstoff auf, der eine höhere Fließgrenze R
p0,2 und eine höhere Zugfestigkeit R
m aufweist als das Sintermetall des Grundkörpers. Durch die gezielte Auswahl eines Werkstoffs für das Einsatzteil mit einer deutlich höheren Fließgrenze und Zugfestigkeit wird erreicht, dass sich das Einsatzteil auch bei sehr großen Anschlagkräften nicht plastisch verformt. In deutlichem Gegensatz zu der aus der
EP 1 544 499 B1 bekannten Lösung, gemäß der eine Verformung des Einsatzteils durch eine Deformationszone aufgenommen/absorbiert wird, wird somit bei der vorliegenden Erfindung eine plastische Verformung des Einsatzteils und der Kolbenstangeführung vermieden. Insofern unterscheidet sich der Lösungsansatz gemäß
EP 1 544 499 B1 grundlegend von dem Lösungsansatz der vorliegenden Erfindung, so dass die
EP 1 544 499 B1 in eine völlig andere Richtung weist als die vorliegende Erfindung.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Einsatzteil aus einem Hartmetall, z.B. aus 42CrMo4. Dies hat den Vorteil, dass durch die gezielte Auswahl eines Werkstoffs für das Einsatzteil mit einer deutlich höheren Fließgrenze und Zugfestigkeit als der Werkstoff des Grundkörpers erreicht wird, dass sich das Einsatzteil auch bei sehr großen Anschlagkräften nicht plastisch verformt.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Einsatzteil als ringförmiges Element ausgebildet, das in die Aufnahme des Grundkörpers eingesetzt und mit dem Grundkörper verbunden ist. Das Einsatzteil kann auf unterschiedliche Weise mit dem Grundkörper verbunden sein, insbesondere kann das Einsatzteil mit dem Grundkörper eine kraft-/formschlüssige und/oder eine stoffschlüssige Verbindung ausbilden. So kann das Einsatzteil in eine zylindrisch ausgebildete Aufnahme des Grundkörpers eingepresst, eingeklebt, eingelötet oder eingeschweißt sein.
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Wird das Einsatzteil in die Aufnahme des Grundkörpers eingepresst, so ist der Durchmesser des ringförmigen Einsatzteils im Verhältnis zu der zylindrischen Aufnahme des Grundkörpers so dimensioniert, dass das Einsatzteil unter Ausbildung einer zumindest kraftschlüssigen Verbindung mit dem Grundkörper in die Aufnahme eingepresst wird. Als geeignetes Schweißverfahren für die Verbindung zwischen Einsatzteil und Grundkörper bietet sich aufgrund der Rotationssymmetrie des ringförmigen Einsatzteils und der zylindrischen Aufnahme das Reibschweißen an. Alternativ dazu sind auch andere Schweißverfahren einsetzbar, wie z.B. Laserstrahlschweißen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Werkstoffkennwerte Fließgrenze Rp0,2 und Zugfestigkeit Rm des Einsatzteils größer als die entsprechenden Werkstoffkennwerte des Kolbenstangenwerkstoffs. Dies bedeutet, dass die genannten Werkstoffkennwerte des Materials des Einsatzteils bei dieser Ausführungsform nicht nur relativ zu den Werkstoffkennwerten des Grundkörpers der Kolbenstangenführung ausgewählt werden, sondern zusätzlich auch relativ zu den Werkstoffkennwerten des Kolbenstangenwerkstoffs. Dadurch wird erreicht, dass auch bei hohen Anschlagkräften keine Verformungen des Einsatzteils auftreten, die zu einer Undichtigkeit oder Fehlfunktion aufgrund erhöhter Kolbenstangenreibung führen können.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer in einem axialen Halbschnitt in einer Eingriffsposition des Anschlagrings 4 mit der Kolbenstangenführung 3;
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Schwingungsdämpfer im axialen Halbschnitt dargestellt. Das Dämpferrohr 1 nimmt eine in dem Dämpferrohr 1 in Axialrichtung hin und her bewegbare Kolbenstange 2 auf. An der Kolbenstange 2 ist ein Arbeitskolben 10 angeordnet. Der Arbeitskolben 10 unterteilt den Innenraum des Dämpferrohrs 1 in einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 11 und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 12. Der kolbenstangenseitige Arbeitsraum 12 wird durch eine Kolbenstangenführung 3, die mit dem Dämpferrohr 1 verbunden ist, verschlossen. Durch die Kolbenstangenführung 3 wird die Kolbenstange 2 bei ihrer oszillierenden Ein- und Ausfahrbewegung in das Dämpferrohr 1 geführt. An der Kolbenstange 2 ist ein Anschlagring 4 angeordnet, der zum Beispiel als Sprengring oder Federring ausgebildet ist. Der Anschlagring 4 ist in eine in der Kolbenstange 2 vorgesehene Aufnahmenut 13 eingesetzt. Ab einem bestimmten Ausfahrweg, um den die Kolbenstange 2 aus dem Dämpferrohr 1 ausgefahren ist, tritt der Anschlagring 4 in Kontakt mit der Kolbenstangenführung 3.
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1 zeigt die Situation, in der der Anschlagring 4 mit der Kolbenstangenführung 3 in Kontakt tritt. Die Kolbenstangenführung 3 umfasst einen Grundkörper 7, der zum Beispiel aus einem Sintermetall als Sinterbauteil hergestellt ist. An der im Einbauzustand dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 11 zugewandten Seite weist der Grundkörper 7 eine Aufnahme 8 für ein Anschlagelement 5 auf. Das Anschlagelement 5 ist als Einsatzteil 6 ausgebildet, d.h. es ist in die Aufnahme 8 eingesetzt. Das Anschlagelement 5 ist fest mit dem Grundkörper 7 verbunden. Die feste Verbindung zwischen dem Anschlagelement 5 und dem Grundkörper 7 kann durch Einpressen des Anschlagelements 5 in die Aufnahme 8 erreicht werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Anschlagelement ringförmig ausgebildet und die Aufnahme 8 weist einen zylindrischen Querschnitt auf. Um das Anschlagelement 5 in die Aufnahme 8 einpressen zu können und eine feste kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper 7 und dem Anschlagelement 5 zu erreichen sind der Durchmesser der Aufnahme 8 und der Außendurchmesser des ringförmigen Anschlagelements 5 so aufeinander abzustimmen, dass sich eine Durchmesserüberdeckung ergibt, die zu einem ausreichend festen Presssitz führt. Alternativen zu einem Einpressen des Anschlagelements 5 in die Aufnahme 8 sind möglich. So kann das Anschlagelement 5 auch stoffschlüssig durch ein Schweißverfahren, beispielsweise ein Reibschweißverfahren wie das Rotationsreibschweißen oder ein Strahlschweißverfahren wie Laserstrahlschweißen oder Elektronenstrahlschweißen in die Aufnahme eingefügt werden. Oder das Anschlagelement 5 wird durch eine Klebverbindung oder eine Lötverbindung stoffschlüssig in die Aufnahme 8 eingefügt und dadurch fest mit der Kolbenstangenführung 3 verbunden.
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In einem konkreten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 7 der Kolbenstangenführung 3 aus einem Sintermetallwerkstoff, zum Beispiel aus Sinterstahl Sint-C11 als Sinterbauteil hergestellt. Dieser Werkstoff weist eine Fließgrenze Rp0,2 von 290 MPa und eine Zugfestigkeit Rm von 390 MPa auf. Die Bruchdehnung, d.h. die bis zu einem Bruch der Probe auftretende Dehnung A beträgt bei diesem Werkstoff 1%. Das Anschlagelement 5 besteht aus dem Stahlwerkstoff 42CrMo4. Dieser Werkstoff weist eine Fließgrenze Rp0,2 von 750 MPa und eine Zugfestigkeit Rm von 1100 MPa auf. Die Bruchdehnung A beträgt bei diesem Werkstoff 11%. Als Werkstoff für die Kolbenstange wird in dem konkreten Ausführungsbeispiel der Werkstoff WNB 791 A2 verwendet. Dieser Werkstoff weist eine Fließgrenze Rp0,2 von 500 MPa, eine Zugfestigkeit Rm von 775 MPa und eine Bruchdehnung von 6% auf. Der Sprengring besteht aus dem Werkstoff nach DIN EN 10270-1 oder 2 und weist eine Zugfestigkeit Rm in dem Bereich 1840 MPa bis 2040 MPa auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpferrohr
- 2
- Kolbenstange
- 3
- Kolbenstangenführung
- 4
- Anschlagring
- 5
- Anschlagelement
- 6
- Einsatzteil
- 7
- Grundkörper
- 8
- Aufnahme
- 10
- Arbeitskolben
- 11
- Kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 12
- Kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 13
- Aufnahmenut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1544499 B1 [0002, 0002, 0002, 0003, 0003, 0003, 0004, 0004, 0004, 0005, 0010, 0010, 0010]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN 10270-1 oder 2 [0019]
