DE102017206537B4

DE102017206537B4 - Kolbenstange für einen Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102017206537B4
Application number: DE102017206537.0A
Authority: DE
Inventors: Kristin Lampe; Marco Schreiner; Stephan Wahl
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2017-04-18
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2037-04-19
Also published as: DE102017206537A1

Abstract

Kolbenstange (2) für einen Schwingungsdämpfer (1), umfassendeinen Stangenabschnitt (14),einen Gehäuseabschnitt (15) zur Aufnahme einer Ventilanordnung (12), der an einem axialen Ende des Stangenabschnitts (14) angeordnet ist, undeinen Zuganschlag (19) zur Abstützung eines zur Abschwächung eines Stoßes vorgesehenen Anschlagelements (20),wobei der Stangenabschnitt (14) und der Gehäuseabschnitt (15) ein aus einem gemeinsamen Rohling hergestelltes Integralbauteil bilden, undder Zuganschlag (19) in die Kolbenstange (2) derart integriert ist, dass der Stangenabschnitt (14), der Gehäuseabschnitt (15) und der Zuganschlag (19) ein aus einem gemeinsamen Rohling hergestelltes Integralbauteil bilden,dadurch gekennzeichnet, dassder Zuganschlag (19) als Bund am Außenumfang des Stangenabschnitts (14) ausgeformt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenstange für einen Schwingungsdämpfer mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 sowie weiterhin auf einen Schwingungsdämpfer, welcher mit einer solchen Kolbenstange ausgestattet ist.
Schwingungsdämpfer werden beispielsweise in Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Achskomponenten gegenüber dem Fahrzeugaufbau abzustützen und deren Bewegung zu dämpfen.
Über Schalt- und Steuersysteme lässt sich das Dämpfungsverhalten eines Schwingungsdämpfers und insbesondere dessen Kennlinie, d.h. die Dämpfungskraft in Abhängigkeit der Kolbengeschwindigkeit, in der Zug- und Druckstufe verändern.
Aus DE 10 2014 214 654 A1 und DE 10 2014 215 566 B3 sind Schwingungsdämpfer bekannt, bei denen eine Ventilanordnung mit einem elektrisch ansteuerbaren Ventil an der Kolbenstange angeordnet ist, um das Überströmverhalten von Dämpfungsmedium zwischen einer ersten und zweiten Kammer innerhalb des Schwingungsdämpfers aktiv beeinflussen zu können. Die Ventilanordnung ist hierbei mehr oder weniger in einem Gehäuse angeordnet, welches seinerseits an einem Endabschnitt der Kolbenstange befestigt ist und gleichzeitig als Kolben dient.
In DE 10 2014 215 566 B3 wird vorgeschlagen, das Gehäuse über ein Gewinde mit einem Ring zu verbinden, welcher mit einer Scheibe verschweißt ist, die wiederum mit der Kolbenstange verschweißt ist. Ferner wird ausgeführt, dass es möglich sei, die Kolbenstange mit dem Gehäuse zu verstemmen oder zu verschweißen.
Weiterhin ist es bekannt, an einem Schwingungsdämpfer eine Endanschlageinrichtung als Hubbegrenzung in der Zugstufe vorzusehen, welche mit einem entsprechenden Zuganschlag an der Kolbenstange und/oder am Kolben zusammenwirkt, um einen harten Anschlag bei maximalem Auszug der Kolbenstange mechanisch und/oder hydraulisch zu dämpfen.
Herkömmlicherweise wird, wie in 3 dargestellt, als Zuganschlag ein Ring oder eine Hülse h eigens an der Kolbenstange k befestigt, auf dem bzw. der sich als eigentliches Anschlagelement a ein nicht näher dargestellter Ring abstützt. Ein Beispiel hierfür ist aus DE 33 11 323 A1 bekannt, bei dem eine Abstützhülse auf die Kolbenstange aufgepresst wird, um eine Abstützfläche für das Anschlagelement bildet.
Eine gattungsgemäße Kolbenstange ist aus DE 31 23 575 A bekannt. Dort wird ein Absatz für das Anschlagelement durch einen konischen Durchmesserübergang am Stangenabschnitt der Kolbenstange gebildet, so dass der Stangenabschnitt unterhalb des Absatzes im weiteren Verlauf bis zum Gehäuseabschnitt einen größeren Außendurchmesser aufweist als oberhalb des konischen Durchmesserübergangs.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, Alternativen für die Herstellung eines Schwingungsdämpfers insbesondere im Hinblick auf die Kolbenstange aufzuzeigen.
Hierzu werden eine Kolbenstange mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie ein Schwingungsdämpfer mit einer solchen gemäß Patentanspruch 8 vorgeschlagen.
Durch die Funktionsintegration entfällt die Herstellung mehrerer separater Bauteile sowie die hierfür benötigte Logistik in der Montage. Außerdem vereinfacht sich die Handhabung bei der Montage. Weiterhin entfällt mindestens ein herkömmlicherweise benötigter Fügeprozess. Ferner reduziert sich das Risiko einer Fehlverarbeitung.
Mit der Integration von Stangenabschnitt und Gehäuseabschnitt in ein einziges Bauteil wird in Bezug auf die Herstellung einer solchen Anordnung im Schwingungsdämpferbau technisches Neuland beschritten. Insoweit bedeutet die Erfindung eine Abkehr von eingefahrenen Wegen, wie sie beispielsweise in DE 10 2014 215 566 B3 vorgezeichnet sind.
Der Zuganschlag ist in das einstückige Integralbauteil miteinbezogen. Hierbei bilden der Stangenabschnitt, der Gehäuseabschnitt und der Zuganschlag ein aus einem gemeinsamen Rohling hergestelltes Integralbauteil. Diese noch weitergehende Funktionsintegration ermöglicht die Einsparung mindestens eines weiteren Fügeprozesses und reduziert die Anzahl separat herzustellender Bauteile. Auf dem Zuganschlag kann ein Anschlagelement abgestützt werden, das im Extremfall beispielsweise gegen die Kolbenstangeführung anschlägt, um einen entsprechenden Stoß abzuschwächen. Der Zuganschlag ist als Bund am Außenumfang des Stangenabschnitts ausgeformt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
So kann das einstückige Integralbauteil durch Umformen hergestellt sein. Insbesondere ist es möglich, dieses durch Rotationswalzen herzustellen.
Zur Ausbildung deutlich unterschiedlicher Wanddicken zwecks Darstellung der oben genannten Funktionen sowie im Hinblick auf ein geringes Bauteilgewicht kann das einstückige Integralbauteil unter Stauchung von Abschnitten des Rohlings hergestellt sein.
Weiterhin kann der Stangenabschnitt in seiner Axialrichtung eine Durchgangsöffnung aufweisen. Dies ermöglicht eine elektrische Kontaktierung eines in dem Gehäuseabschnitt angeordneten elektrisch ansteuerbaren Ventils.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann der Stangenabschnitt einen kleineren maximalen Außendurchmesser als der Gehäuseabschnitt aufweisen. Dies gestattet es, den Gehäuseabschnitt zur Aufnahme der Ventilanordnung gleichzeitig als Kolben oder als Bestandteil eines Kolbenventils des Schwingungsdämpfers zu nutzen.
Hierzu kann gegebenenfalls am Außenumfang des Gehäuseabschnitts eine Kolbendichtung angeordnet sein, durch welche im Schwingungsdämpfer zwei mit Dämpfungsmedium befüllte Kammern voneinander getrennt werden.
Ferner kann der Gehäuseabschnitt erste Radialöffnungen und zweite Radialöffnungen aufweisen, wobei die ersten Radialöffnungen von den zweiten Radialöffnungen in Axialrichtung beanstandet sind, um eine durch die Kolbendichtung getrennte erste Kammer und zweite Kammer des Schwingungsdämpfers über die in dem Gehäuseabschnitt angeordnete Ventilanordnung miteinander zu verbinden.
Bei einem mit einer solchen Kolbenstange ausgestatteten Schwingungsdämpfer gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung taucht die Kolbenstange in ein Rohr ein. Zudem weist der Schwingungsdämpfer eine Ventilanordnung mit einem elektrisch ansteuerbaren Ventil auf, die in dem Gehäuseabschnitt der Kolbenstange angeordnet ist. Ferner kann an der Kolbenstange ein Anschlagelement abgestützt sein, das ein axiales Anschlagen beispielsweise gegen eine Kolbenstangenführung dämpft.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 ein Ausführungsbeispiel für eine Kolbenstange nach der Erfindung,
2 ein Ausführungsbeispiel für einen Schwingungsdämpfer nach der Erfindung mit einer Kolbenstange gemäß 1 in aufgeschnittener Darstellung, und in
3 ein Beispiel für eine herkömmliche Kolbenstange.

In 2 ist ein Schwingungsdämpfer 1 für eine Kraftfahrzeugradaufhängung abgebildet, welcher vorliegend beispielhaft als Zweirohrdämpfer ausgeführt ist. Jedoch kann die im Folgenden näher erläuterte Kolbenstange 2 des Schwingungsdämpfers 1 auch an einem Einrohrdämpfer zum Einsatz kommen.
Der Schwingungsdämpfer 1 umfasst ein Behälterrohr 3, in das ein Rohr 4 eingesetzt ist. Das Rohr 3 kann im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein und ist an seinem unteren Ende verschlossen. In das Rohr 3 taucht die Kolbenstange 2 ein, welche einen an der Innenwand des Rohrs 4 geführten und gegen diese abdichten Kolben 5 aufweist.
Der Kolben 5 unterteilt einen Arbeitsraum innerhalb des Rohrs 4 in eine erste Kammer 6 und eine zweite Kammer 7, die jeweils mit einem Dämpfungsmedium wie beispielsweise einem Hydrauliköl gefüllt sind.
Zur Begrenzung der in 2 oberen ersten Kammer 6 ist das Rohr 4 durch eine Kolbenstangenführung 8 verschlossen, die sich beispielsweise an einem oberen Ende des Rohrs 4 abstützt.
Der Kolbenstangenführung 8 kann in Richtung des Kolbens 5 eine Endanschlageinrichtung als Hubbegrenzung für die Zugstufe des Schwingungsdämpfers 1 vorgelagert sein. Diese Endanschlageinrichtung dient dazu, einen harten Anprall der Kolbenstange 2 und/oder des Kolben 5 bei maximalem Auszug der Kolbenstange 2 aus dem Rohr 4 zu dämpfen. Beispiele für geeignete Endanschlageinrichtungen sind in DE 10 2004 034 942 A1 , DE 10 2005 009 762 A1 , DE 10 2009 057 165 A1 und DE 10 2017 201 577 A1 offenbart und können vorliegend zum Einsatz kommen.
Anstelle einer solchen Endanschlageinrichtung kann an der Kolbenstange 2 oder am Kolben 5 ein Anschlagelement 9 abgestützt sein, das zur Hubbegrenzung in der Zugstufe mit der Kolbenstangenführung 8 in Anlage gelangt. Das Anschlagelement 9 kann als beispielweise als Ring oder Hülse ausgeführt sein. Es besteht vorzugsweise aus einem stoßenergieabsorbierenden Material.
Die in 2 untere zweite Kammer 7 ist axial durch ein Bodenventil 10 verschlossen, das an das untere Stirnende des Rohrs 4 angesetzt ist.
Zwischen der Innenwand des Behälterrohrs 3 und der Außenwand des Rohrs 4 ist eine Ausgleichskammer 11 gebildet, welche über das Bodenventil 10 mit der zweiten Kammer in Verbindung steht.
An der Kolbenstange 4 ist eine Ventilanordnung 12 angeordnet, über deren Öffnungsverhalten in Verbindung mit dem Bodenventil 10 die Charakteristik des Schwingungsdämpfers 1 in der Zug- und Druckstufe eingestellt wird. Anstelle des Bodenventils 10 kann ein entsprechendes Ventil auch an anderer Stelle zwischen mindestens einer der ersten und zweiten Kammern 6 und 7 und der Ausgleichskammer 11 vorgesehen sein.
Unter Zugstufe wird vorliegend ein Zustand verstanden, bei dem die Kolbenstange 2 mit dem Kolben 5 in Richtung aus dem Rohr 4 heraus bewegt wird. In der Druckstufe erfolgt hingegen ein Einschieben der Kolbenstange 2 in das Rohr 4.
Die Ventilanordnung 12 ist innerhalb des Kolbens 5 angeordnet. Sie umfasst vorzugsweise ein elektrisch ansteuerbares Ventil 13, welches durch die Kolbenstange 2 hindurch mit Strom versorgt wird. Über das elektrisch ansteuerbare Ventil 13 ist es möglich, die Charakteristik des Schwingungsdämpfers 1 je nach Bedarf zu verstellen.
Erfindungsgemäß ist der Kolben 5, welcher vorliegend auch die Ventilanordnung 12 aufnimmt, einstückig in die Kolbenstange 2 integriert. Dazu weist die Kolbenstange 2 zumindest einen Stangenabschnitt 14 sowie einen Gehäuseabschnitt 15 zur Aufnahme einer Ventilanordnung 12 auf, der an einem axialen Ende des Stangenabschnitts 14 angeordnet ist. Der Stangenabschnitt 14 und der Gehäuseabschnitt 15 bilden somit ein aus einem gemeinsamen Rohling hergestelltes einstückiges Integralbauteil.
Dabei besitzt der Stangenabschnitt 14 vorzugsweise einen kleineren maximalen Außendurchmesser als der Gehäuseabschnitt 15.
Zudem kann der Stangenabschnitt 14 in Axialrichtung A eine Durchgangsöffnung 14a zur Hindurchführung einer elektrischen Leitung für die Ventilanordnung 12 aufweisen.
Wie bereits erwähnt, bildet der Gehäuseabschnitt 15 für die Ventilanordnung 12 gleichzeitig den Kolben 5 des Schwingungsdämpfers 1.
Hierzu kann am Außenumfang des Gehäuseabschnitts 15 eine Kolbendichtung 16 angeordnet sein, welche an der Innenwand des Rohrs 4 gleitend geführt ist und gegen diese abdichtet.
Ein Überströmweg für Dämpfungsmedium zwischen der ersten Kammer 6 und der zweiten Kammer 7 an der Kolbendichtung 16 vorbei ist über die Ventilanordnung 12 innerhalb des Gehäuseabschnitts 15 geführt. Dazu sind an dem Gehäuseabschnitt 15 der Kolbenstange 2, beispielsweise an dessen radialen Außenumfang, entsprechende Öffnungen vorgesehen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Gehäuseabschnitt 15 erste Radialöffnungen 17 und zweite Radialöffnungen 18 auf, welche in Axialrichtung A voneinander beanstandet sind. Die ersten Radialöffnungen 17 verbinden die Ventilanordnung 12 innerhalb des Gehäuseabschnitts 15 mit der ersten Kammer 6, während die zweiten Radialöffnungen 18 den Innenraum des Gehäuseabschnitts 15 mit der zweiten Kammer 7 verbinden.
Weiterhin ist es möglich, einen Zuganschlag 19 zur axialen Abstützung des Anschlagelements 9 und/oder zum Eingriff mit einer stationären Endanschlageinrichtung des Schwingungsdämpfers 1 in das vorstehend erläuterte Integralbauteil einzubeziehen. In diesem Fall bilden der Stangenabschnitt 14, der Gehäuseabschnitt 15 und der Zuganschlag 19 zusammen ein aus einem gemeinsamen Rohling hergestelltes einstückiges Integralbauteil.
Der Zuganschlag 19 ist vorzugsweise an dem Stangenabschnitt 14 angeordnet und ausgebildet. Er kann beispielsweise als Bund am Außenumfang des Stangenabschnitts 14 ausgeformt sein.
Ein einstückiges Integralbauteil in Form einer Kolbenstange 2 der vorstehend erläuterten Art ist vorzugsweise durch Umformen hergestellt. Insbesondere kann das einstückige Integralbauteil unter Stauchung von Abschnitten des Rohlings hergestellt werden, um unterschiedliche Wanddicken herzustellen. Insbesondere lässt sich auf diese Art und Weise auch ein radial vorspringender Bund am Außenumfang des Stangenabschnitts 14 als Zuganschlag 19 fertigen.
Die Herstellung des einstückigen Integralbauteils kann beispielsweise durch Rotationswalzen erfolgen, ohne dass die Erfindung auf dieses spezielle Herstellungsverfahren beschränkt wäre.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer 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 das beschriebene Ausführungsbeispiel und die beschriebenen Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungsdämpfer
2: Kolbenstange
3: Behälterrohr
4: Rohr
5: Kolben
6: erste Kammer
7: zweite Kammer
8: Kolbenstangenführung
9: Anschlagelement
10: Bodenventil
11: Ausgleichskammer
12: Ventilanordnung
13: elektrisch ansteuerbares Ventil
14: Stangenabschnitt der Kolbenstange
14a: Durchgangsöffnung
15: Gehäuseabschnitt der Kolbenstange
16: Kolbendichtung
17: erste Radialöffnung
18: zweite Radialöffnung
19: Zuganschlag
a: Anschlagelement
h: Hülse
k: Kolbenstange
A: Axialrichtung

Claims

Kolbenstange (2) für einen Schwingungsdämpfer (1), umfassend einen Stangenabschnitt (14), einen Gehäuseabschnitt (15) zur Aufnahme einer Ventilanordnung (12), der an einem axialen Ende des Stangenabschnitts (14) angeordnet ist, und einen Zuganschlag (19) zur Abstützung eines zur Abschwächung eines Stoßes vorgesehenen Anschlagelements (20), wobei der Stangenabschnitt (14) und der Gehäuseabschnitt (15) ein aus einem gemeinsamen Rohling hergestelltes Integralbauteil bilden, und der Zuganschlag (19) in die Kolbenstange (2) derart integriert ist, dass der Stangenabschnitt (14), der Gehäuseabschnitt (15) und der Zuganschlag (19) ein aus einem gemeinsamen Rohling hergestelltes Integralbauteil bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuganschlag (19) als Bund am Außenumfang des Stangenabschnitts (14) ausgeformt ist.
Kolbenstange (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige Integralbauteil durch Umformen hergestellt ist.
Kolbenstange (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige Integralbauteil durch Rotationswalzen hergestellt ist.
Kolbenstange (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige Integralbauteil unter Stauchung von Abschnitten des Rohlings hergestellt ist.
Kolbenstange (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stangenabschnitt (14) in seiner Axialrichtung eine Durchgangsöffnung (14a) aufweist.
Kolbenstange (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stangenabschnitt (14) einen kleineren maximalen Außendurchmesser als der Gehäuseabschnitt (15) aufweist.
Kolbenstange (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabschnitt (15) einen Kolben (5) oder ein Bestandteil eines Kolbenventils des Schwingungsdämpfers (1) bildet.
Schwingungsdämpfer (1), umfassend eine Kolbenstange (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche, ein Rohr (4), in welches die Kolbenstange (2) eintaucht, und eine Ventilanordnung (12) mit einem elektrisch ansteuerbaren Ventil (13), die in dem Gehäuseabschnitt (15) der Kolbenstange (2) angeordnet ist, wobei die Kolbenstange (2) einen Kolben (5) aufweist, der einen Arbeitsraum innerhalb des Rohrs (4) in eine erste Kammer (6) und eine zweite Kammer (7) aufteilt, welche mit einem Dämpfungsmedium gefüllt sind.
Schwingungsdämpfer (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabschnitt (15) erste Radialöffnungen (17) und zweite Radialöffnungen (18) aufweist, welche in Axialrichtung (A) voneinander beanstandet sind, wobei die ersten Radialöffnungen (17) eingerichtet sind zum Verbinden der Ventilanordnung (12) innerhalb des Gehäuseabschnitts (15) mit der ersten Kammer (6), während die zweiten Radialöffnungen (18) eingerichtet sind zum Verbinden des Innenraumes des Gehäuseabschnitts (15) mit der zweiten Kammer (7).