DE102017201577A1

DE102017201577A1 - Zuganschlag zur Anordnung in einem Kraftfahrzeug-Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102017201577A1
Application number: DE102017201577.2A
Authority: DE
Inventors: Stephan Wahl; Georg Klöker; Marco Schreiner; Jan-Rickmer Schlegel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-02-01
Filing date: 2017-02-01
Publication date: 2018-08-02

Abstract

Ein Zuganschlag (20) für einen Kraftfahrzeug-Schwingungsdämpfer umfasst mindestens zwei Sockelabschnitte (21, 22, 23), die jeweils ringförmig ausgebildet und in Bezug auf eine Längsachse (A) axial voneinander beabstandet sind, und mindestens einen Strebenabschnitt (24), der zwei der Sockelabschnitte (21, 22, 23) verbindet und zwischen diesen zwei Sockelabschnitten (21, 22, 23) schraubenförmig um die Längsachse (A) verläuft.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik und hier insbesondere auf einen Zuganschlag zur Anordnung in einem Kraftfahrzeug-Schwingungsdämpfer.
Ein solcher Zuganschlag dient in einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs dazu, bei einem starken Ausfedern eines Fahrzeugrads ein hartes axiales Anschlagen innerhalb des zugehörigen Schwingungsdämpfers zu verhindern.
Aus einem Höherstellen von Fahrwerken insbesondere im PKW-Bereich, z.B. bei SUV-Fahrzeugen, resultieren veränderte Ansprüche an Zuganschläge in Schwingungsdämpfern.
Herkömmlicherweise werden als Zuganschläge einfache Elastomer- und Kunststoffringe eingesetzt. Ferner sind Zuganschläge in der Art von Faltenbälgen bekannt. Erstere sind in Bezug auf das Geräuschverhalten nicht optimal. Letztere weisen bisweilen ein unzureichendes Rückstellverhalten auf.
Mehrteiligen Varianten wie Zuganschlagfedern mit Endstücken sowie hydraulische Zuganschläge sind aufgrund der erforderlichen Bauteile und im Hinblick auf den Montageaufwand sehr kostenintensiv.
Beispiele für herkömmliche Zuganschläge finden sich unter anderem in DE 10 2004 034 942 A1 , DE 92 12 202 U1 , EP 2 910 811 A1 , WO 2014/165951 A1 und US 2015/0090548 A1 .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere bezweckt die Erfindung einen einfach und kostengünstig herstellbaren Zuganschlag zur Anordnung in einem Schwingungsdämpfer, welcher bei geringer Geräuschbildung ein gutes Rückstellverhalten aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Zuganschlag gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dieser umfasst mindestens zwei Sockelabschnitte, die jeweils ringförmig ausgebildet und in Bezug auf eine Längsachse axial voneinander beabstandet sind, und mindestens einen Strebenabschnitt, der zwei der Sockelabschnitte verbindet und zwischen diesen zwei Sockelabschnitten schraubenförmig um die Längsachse verläuft.
Hierdurch ergibt sich ein einfach herstellbares Bauteil, das durch seinen mindestens einen schraubenförmig ausgebildeten Strebenabschnitt ein hervorragendes Rückstellverhalten aufweist. Zudem bleibt die Geräuschbildung aufgrund des anfangs weichen Einfederns beim Anlaufen des Kolbens gegen den Zuganschlag sehr gering. Beim Zusammendrücken des Zuganschlags wird ein seitliches Ausbauchen vermieden, so dass dieser im Schwingungsdämpfer nicht verklemmt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante sind mindestens zwei Sockelabschnitte und zwischen diesen angeordnete Strebenabschnitte in einem Stück gemeinsam aus Kunststoff hergestellt. Bei Bedarf können gegebenenfalls mehrere solcher Einheiten flexibel zu einem Zuganschlag gestapelt werden, um einen gewünschten Kennlinienverlauf zu erzeugen. Die einzelnen Einheiten können unterschiedliche Steifigkeiten und unterschiedliche Blocklängen aufweisen.
Es ist jedoch auch möglich, dass alle Sockelabschnitte und Strebenabschnitte ein integrales Kunststoffspritzgussteil bilden, so dass der Zuganschlag durch ein einziges Bauteil gebildet wird.
Weiterhin können zur Einstellung einer gewünschten Steifigkeit in mindestens einen Strebeabschnitt und/oder in mindestens einen Sockelabschnitt Einleger aus Metall eingebettet werden. Diese können gegebenenfalls aus Federdraht bestehen.
Es ist jedoch auch möglich, alle Komponenten des Zuganschlags ausschließlich aus Kunststoff zu fertigen.
Bevorzugte Kunststoffe sind insbesondere thermoplastische Elastomere (TPE).
In einer weiteren Ausführungsvariante sind mindestens drei Sockelabschnitte vorgesehen, nämlich ein oberer Sockelabschnitt, ein unterer Sockelabschnitt und mindestens ein innerer Sockelabschnitt zwischen dem oberen Sockelabschnitt und dem unteren Sockelabschnitt. Sämtliche Sockelabschnitte sind axial voneinander beabstandet. Der obere Sockelabschnitt und ein innerer Sockelabschnitt sind durch mehrere schraubenförmig verlaufende Strebenabschnitte miteinander verbunden. Genauso sind der untere Sockelabschnitt und ein innerer Sockelabschnitt durch mehrere schraubenförmig verlaufende Strebenabschnitte miteinander verbunden. Dabei sind mindestens zwei der Strebenabschnitte gegenläufig gewendelt.
Durch den Einsatz von mindestens drei Sockelabschnitten und gegenläufige Schraubenrichtungen wird eine Drehbeanspruchung an den Stirnseiten des Zuganschlags eliminiert.
Weiterhin können die Strebenabschnitte des Zuganschlags einen kleineren Querschnitt als die Sockelabschnitte des Zuganschlags aufweisen. Die Sockelabschnitte sind dadurch axial steifer als die Strebenabschnitte, so dass der Zuganschlag gleichmäßig einfedert. Hierdurch wird vor allem bei axial mehrstufigen Verstrebungen eine gute Kraftübertragung zwischen den einzelnen Verstrebungsstufen erzielt.
Vorzugsweise ist im jeweiligen Verstrebungsbereich der Öffnungsanteil des Mantels des entspannten Zuganschlags größer als 65%.
Bevorzugt ist an dem Zuganschlag das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser größer als 1,5, so dass ein verhältnismäßig großer Federweg bereitgestellt werden kann, der ein weiches Anlaufen gegen den Zuganschlag ermöglicht. Dies begünstigt eine geringe Geräuschbildung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Zuganschlags für einen Schwingungsdämpfer,
1a einen Schnitt entlang der Linie I-I in 1 durch einen Strebenabschnitt des Zuganschlags,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Zuganschlags für einen Schwingungsdämpfer,
3 ein Ausführungsbeispiel eines Schwingungsdämpfers mit innenliegendem Zuganschlag,
4 Abwandlungen des Zuganschlags nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, und in
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zuganschlags für einen Schwingungsdämpfer.

Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen sich jeweils auf einen mechanischen Zuganschlag für einen Schwingungsdämpfer 1. 3 zeigt - lediglich zum Zweck der Veranschaulichung - einen als Zweirohrdämpfer für eine Kraftfahrzeugradaufhängung ausgebildeten Schwingungsdämpfer 1.
Der Schwingungsdämpfer 1 umfasst einen vorzugsweise rohrförmig ausgebildeten Behälter 2, in den ein Innenrohr 3 eingesetzt ist. Das Innenrohr 3 ist zylindrisch ausgebildet und an seinem unteren Ende verschlossen. In das Innenrohr 3 erstreckt sich eine Kolbenstange 4 mit einem an der Innenwand des Innenrohrs 3 geführten und gegen diese abdichtenden Kolben 5.
Der Kolben 5 unterteilt einen Arbeitsraum innerhalb des Innenrohrs 3 in eine erste Arbeitskammer 6 und eine zweite Arbeitskammer 7, die jeweils mit einem Dämpfungsmedium wie beispielsweise einem Hydrauliköl gefüllt sind. Zur Begrenzung der oberen ersten Arbeitskammer 6 ist das Innenrohr 3 durch eine Kolbenstangenführung 8 verschlossen, die sich an einem oberen Stirnende des Innenrohrs 3 abstützt. Die Kolbenstangenführung 8 weist eine Öffnung für die Kolbenstange 4 auf. Zudem ist im Bereich der Kolbenstange 4 eine ebenfalls nicht näher dargestellte Gleitdichtung vorgesehen. Die untere zweite Arbeitskammer 7 ist axial durch ein Bodenventil 9 verschlossen, das an das untere Stirnende des Innenrohrs 3 angesetzt ist. Zwischen der Innenwand des Behälters 2 und der Außenwand des Innenrohrs 3 wird eine Ausgleichskammer 10 gebildet, welche über das Bodenventil 9 mit der zweiten Arbeitskammer 7 in Verbindung steht.
In der ersten Arbeitskammer 6 des Schwingungsdämpfers 1 ist ein Zuganschlag 20 angeordnet, welcher bei einer Bewegung der Kolbenstange 4 in ihre obere Endlage wirksam wird, um bei einem Ausfedern des zugehörigen Rades einer Kraftfahrzeugradaufhängung ein hartes Anschlagen gegen die Kolbenstangenführung 8 zu unterbinden. An der Kolbenstange 4 ist hierzu ein Vorsprung 31 vorgesehen, der im Verlauf einer Zugbewegung gegen Ende des maximalen Auszugswegs in Eingriff mit dem Zuganschlag 20 gelangt. Der Vorsprung 31 kann beispielsweise über eine Anschlagbuchse 30 bereitgestellt werden, die an der Kolbenstange 4 befestigt ist. Im normalen Betriebsbereich des Schwingungsdämpfers gelangt der Vorsprung 31 hingegen nicht in Eingriff mit dem Zuganschlag 20.
Der Zuganschlag 20 ist um die Kolbenstange 4 herum angeordnet und vorzugsweise an der Kolbenstangenführung 8 festgelegt. Er umfasst mindestens zwei Sockelabschnitte 21 und 22, die jeweils ringförmig ausgebildet und in Bezug auf eine Längsachse A axial voneinander beabstandet sind. Weiterhin umfasst der Zuganschlag 20 mindestens einen Strebenabschnitt 24, der zwei Sockelabschnitte 21 und 22 verbindet. Dabei verläuft der mindestens eine Strebenabschnitt 24 zwischen den zwei Sockelabschnitten 21 und 22 schraubenförmig um die Längsachse A.
In seiner einfachsten Bauform, weist der Zuganschlag zwei Sockelabschnitte 21 und 22 auf, zwischen denen vorzugsweise mehrere schraubenförmige Strebenabschnitte 24 vorgesehen sind, wie dies in 1 beispielhaft dargestellt ist. Die Strebenabschnitte 24 sind bevorzugt als stabförmige Verbindungsstrukturen ausgebildet, die in ihrer Gesamtheit ein Gitter auf dem Mantel eines Hohlzylinders bilden können.
Das gesamte Bauteil 20 ist somit bevorzugt hohlzylindrisch, wobei der offene Anteil der Mantelfläche vorzugsweise im Bereich von 50 bis 85% liegt.
Die beiden Sockelabschnitte 21 und 22 sowie die Strebenabschnitte 24 in 1 bilden ein integrales Bauteil aus Kunststoff, das vorzugsweise spritzgusstechnisch hergestellt ist. Hierdurch ergibt sich im Vergleich zu einer Stahlfeder ein erheblicher Gewichtsvorteil. Ein solches Bauteil allein kann bereits als Zuganschlag 20 in einem Schwingungsdämpfer 1 eingesetzt werden. Ferner ist es möglich, mehrere solcher Bauteile axial zu stapeln, wobei die einzelnen Elemente sich gegebenenfalls hinsichtlich ihrer Steifigkeit und/oder Blocklänge unterscheiden können, um eine gewünschte Federkennlinie darzustellen.
Durch die Sockelabschnitte 21 und 22 wird die erforderliche Festigkeit des Zuganschlags 20 bereitgestellt, während über die Strebenabschnitte 24 ein gewünschtes Rückstellverhalten und ein weicher Anlauf gewährleistet werden.
Der Zuganschlag 20 kann vollständig aus Kunststoff, z.B. im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Geeignete Kunststoffe sind beispielsweise alle Varianten thermoplastischer Elastomere (TPE), insbesondere TPE-O - Thermoplastische Olefine (TPO), TPE-S - Styrol-Blockcopolymere (TPS), TPE-V - Vulkanisierte (vernetzte) PP/EPDM-Compounds (TPV), TPE-E - Copolyester-Compounds (TPC), TPE-U - Thermoplastische Polyurethane (TPU) und TPE-A - Thermoplastische Polyamide (TPA).
Durch Einleger 25 aus Metall in den Strebenabschnitten 24, wie in 1 a angedeutet, besteht jedoch die Möglichkeit, die Federsteifigkeit zu erhöhen.
Auch die Sockelabschnitte 21 und 22 können durch entsprechende Einleger versteift werden.
Die Einleger 25 können beispielweise als abgelängte und umgeformte Abschnitte aus Federdraht bereitgestellt werden. Es ist auch möglich, ein stützendes Gerüst aus Federdraht in Kunststoff einzuspritzen. Dabei können die Einleger 25 für die Verstrebungsabschnitte durch Verbindungsstrukturen verknüpft sein, welche in einen oder mehrere Sockelabschnitte 21 und 22 eingebettet sind.
Die gewünschte Federsteifigkeit kann über die Anzahl, Querschnittsgeometrie und den Steigungswinkel der Verstrebungsabschnitte 24 eingestellt werden.
2 zeigt beispielhaft ein zweites Ausführungsbeispiel mit drei Sockelabschnitten 21, 22 und 23 und dazwischenliegenden Streben, so dass sich in Bezug auf die Verstrebung eine zweistufige Gesamtstruktur ergibt. Jede Stufe kann dabei wie vorstehend im Zusammenhang mit 1 erläutert ausgeführt werden. Die Zweistufigkeit kann durch Stapeln von zwei separaten Bauteile gemäß 1 erhalten werden. Wird der Zuganschlag 20 gemäß 2 wie dargestellt als einteiliges Bauteil ausgeführt, werden ein oberer Sockelabschnitt und ein unterliegender Sockelabschnitt aus 1 zu einem inneren Sockelabschnitt 23 zusammengefasst. In gleicher Weise kann die Anzahl der Stufen weiter erhöht werden. 5 zeigt lediglich beispielhaft die Möglichkeit, vier Verstrebungsstufen 26 zwischen dann fünf Sockelabschnitten 21, 22 und 23 vorzusehen.
Bei Verwendung von mindestens drei Sockelabschnitten 21, 22 und 23 besteht ferner die Möglichkeit, die Verstrebungsabschnitte 24 von zumindest zwei verschiedenen Verstrebungsstufen 26 gegenläufig zu wendeln, wie dies in den 2 und 5 gezeigt ist.
4 zeigt beispielhaft unterschiedliche Abwandlungsmöglichkeiten für den in 2 gezeigten Zuganschlag 20. Entsprechende Abwandlungen lassen sich auch auf ein- und mehrstufige Zuganschläge 20 übertragen.
Zur Einstellung der gewünschten Federkennlinie können folgende Eigenschaften allein oder in Kombination herangezogen werden:

- axiale Höhe des oberen Sockelabschnitts 21
- axiale Höhe des unteren Sockelabschnitts 22
- axiale Höhe des inneren Sockelabschnitts 23
- Innendurchmesser des Zuganschlags 20
- Außendurchmesser des Zuganschlags 20
- Anzahl der Strebenabschnitte 24 je Verstrebungsstufe 26
- Steigung der Strebenabschnitte 24
- Querschnittsform der Strebenabschnitt 24
- Ausbildung mit oder ohne Einleger 25
- Anzahl der Sockelabschnitte 21, 22 und 23

Der ein- oder mehrstufige Zuganschlag 20 kann vorzugsweise so ausgebildet sein, dass dieser auf weniger als 50% der ursprünglichen entspannten Höhe komprimiert werden kann. Das komprimieren wird dabei weit überwiegend durch die Verstrebungsstufen 26 erzielt. Der Beitrag der Sockelabschnitte 21, 22 und 23 hierzu ist gering. Diese sorgen vielmehr für die Bauteilstabiltät und eine gute Kraftübertragung zwischen den Verstrebungsstufen 26.
Ferner können in einigen Ausführungsvarianten die Strebenabschnitte 24 des Zuganschlags 20 einen kleineren Querschnitt als die Sockelabschnitte des Zuganschlags aufweisen, so dass sich im Bereich der Verstrebungsstufe 26 bzw. -stufen eine feingliedrige Fachwerkstruktur ergibt.
Weiterhin kann in einigen Ausführungsvarianten an dem Zuganschlag 20 das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser größer als 1,5 sein. Hierdurch ist ein sehr weiches Anlaufverhalten möglich.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiter Einzelmerkmale erläutert wurden, können sowohl unabhängig von diesen als auch in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, auch wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist ausdrücklich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungsdämpfer
2: Behälter
3: Innenrohr
4: Kolbenstange
5: Kolben
6: erste Arbeitskammer
7: zweite Arbeitskammer
8: Kolbenstangenführung
9: Bodenventil
10: Ausgleichsraum
20: Zuganschlag
21: oberer Sockelabschnitt
22: unterer Sockelabschnitt
23: innerer Sockelabschnitt
24: Strebenabschnitt
25: Einleger
26: Verstrebungsstufe
27: Stirnseite oben
28: Stirnseite unten
30: Anschlagbuchse
31: Eingriffsvorsprung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004034942 A1 [0006]
DE 9212202 U1 [0006]
EP 2910811 A1 [0006]
WO 2014/165951 A1 [0006]
US 2015/0090548 A1 [0006]

Claims

Zuganschlag (20) zur Anordnung in einem Kraftfahrzeug-Schwingungsdämpfer, gekennzeichnet durch mindestens zwei Sockelabschnitte (21, 22, 23), die jeweils ringförmig ausgebildet und in Bezug auf eine Längsachse (A) axial voneinander beabstandet sind, und mindestens einen Strebenabschnitt (24), der zwei der Sockelabschnitte (21, 22, 23) verbindet und zwischen diesen zwei Sockelabschnitten (21, 22, 23) schraubenförmig um die Längsachse (A) verläuft.
Zuganschlag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sockelabschnitte (21, 22) und zwischen diesen angeordnete Strebenabschnitte (24) in einem Stück gemeinsam aus Kunststoff hergestellt sind.
Zuganschlag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Sockelabschnitte (21, 22, 23) und Strebenabschnitte (24) ein integrales Kunststoffspritzgussteil bilden.
Zuganschlag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einen Strebenabschnitt (24) und/oder in mindestens einen Sockelabschnitt (21, 22, 23) ein Einleger (25) aus Metall eingebettet ist.
Zuganschlag nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Einleger (25) aus Federdraht besteht.
Zuganschlag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Komponenten des Zuganschlags (20) ausschließlich aus Kunststoff bestehen.
Zuganschlag nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Sockelabschnitte (21, 22, 23) vorgesehen sind, nämlich ein oberer Sockelabschnitt (21), ein unterer Sockelabschnitt (22) und mindestens ein innerer Sockelabschnitt (23) zwischen dem oberen Sockelabschnitt (21) und dem unteren Sockelabschnitt (22), welche axial voneinander beabstandet sind, der obere Sockelabschnitt (21) und ein innerer Sockelabschnitt (23) durch mehrere schraubenförmig verlaufende Strebenabschnitte (24) miteinander verbunden sind, der untere Sockelabschnitt (22) und ein innerer Sockelabschnitt (23) durch mehrere schraubenförmig verlaufende Strebenabschnitte (24) miteinander verbunden sind, wobei mindestens zwei der Strebenabschnitte (24) gegenläufig gewendelt sind.
Zuganschlag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebenabschnitte (24) des Zuganschlags (20) einen kleineren Querschnitt als die Sockelabschnitte (21, 22, 23) des Zuganschlags (20) aufweisen.
Schwingungsdämpfer (1) mit einem Zuganschlag (20) nach einem der vorgenannten Ansprüche, welcher innerhalb des Schwingungsdämpfers (1) angeordnet ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster endseitig angeordneter Sockelabschnitt (21) des Zuganschlags (20) innerhalb des Schwingungsdämpfers (1) festgelegt ist und ein zweiter endseitig angeordneter Sockelabschnitt (22) am gegenüberliegenden Ende des Zuganschlags (20) zu einem an einer Kolbenstange des Schwingungsdämpfers vorgesehenen Eingriffsvorsprung weist, welcher mit dem zweiten endseitig angeordneten Sockelabschnitt (22) in Eingriff bringbar ist.