-
Die Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer mit einem rohrförmigen Gehäuse, einem koaxial in
dem Gehäuse drehbar gelagerten Druckrohr, einer koaxial zwischen dem Gehäuse und dem
Druckrohr angeordneten rohrförmigen Hülse, die mit dem Gehäuse fest verbunden ist, einer
Kolbenstange, die durch eine Stirnseite des Gehäuses axial verschiebbar ist, und mit einem
Kolben, der mit der Kolbenstange verbunden und in dem Druckrohr axial verschiebbar ist,
wobei das Druckrohr mindestens eine radiale Bohrung und die Hülse auf ihrer inneren
Mantelfläche mindestens eine Nut mit einer Steigung dergestalt aufweist, dass mittels
Verdrehen des Druckrohres ein Drosselquerschnitt zwischen der Bohrung und der Nut
einstellbar ist, durch den Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckrohr durch axiales Verschieben
der Kolbenstange durch das Druckrohr und durch die Hülse in einen Speicherraum
verdrängbar ist.
-
Bei Beaufschlagung der Kolbenstange eines gattungsgemäßen Stoßdämpfers mit einer Last in
Axialrichtung des Stoßdämpfers überträgt die Stirnfläche des Kolbens einen Druck auf die
Hydraulikflüssigkeit im Innern des Druckrohres. Die Hydraulikflüssigkeit dringt durch die
Bohrungen im Druckrohr nach außen, wobei entsprechend dem geöffneten Querschnitt der
Bohrungen ein Drosseleffekt und damit eine Dissipation der Druckenergie in Wärme erfolgt.
Durch Verdrehen des Druckrohres in der Hülse wird die Steuerkante der Nut in der Hülse
über den Bohrungen im Druckrohr verschoben und damit der Drosselquerschnitt verändert.
So ist auf einfache Weise die Dämpfungscharakteristk eines gattungsgemäßen Stoßdämpfers
einstellbar.
-
Gattungsgemäße einstellbare hydraulische Stoßdämpfer werden in großen Stückzahlen
hergestellt und finden vielfältige Verwendung in nahezu allen Bereichen des Maschinen- und
Anlagenbaus. Bevorzugt werden Stoßdämpfer eingesetzt, die sich durch einen geringen Preis
und bei hoher Dämpfungsleistung durch eine schlanke Bauform auszeichnen. Da die
Querschnittsfläche des Kolbens die Dämpfungsleistung bestimmt, ist das Verhältnis des
Kolbendurchmessers zum Außendurchmesser des Gehäuses in dieser Hinsicht als wesentliche
Kenngröße eines Stoßdämpfers anzusehen.
-
Bekannt ist der gattungsgemäße Stoßdämpfer nach der US 4,298,101. Vorgeschlagen wird,
einen Speicherraum radial zwischen Hülse und innerer Mantelfläche des Gehäuses
auszubilden. Durch axiales Verschieben des Kolbens wird die Hydraulikflüssigkeit aus dem
Druckrohr durch die Bohrungen in diesem und durch Bohrungen in der Hülse in diesen
Speicherraum verdrängt. Zur Vergrößerung des Speichervolumens ist nach der US 4,298,101
auch vorgesehen, einen ergänzenden Speicherraum axial neben dem Druckrohr vorzusehen.
Die Anordnung des Speicherraums zwischen Hülse und Gehäuse führt bei vorgegebener
Dämpfungsleistung zu einem großen Gehäusedurchmesser oder beschränkt andererseits bei
vorgegebenen Außenabmessungen die Dämpfungsleistung.
-
Im weiteren Umfeld der Erfindung bekannt ist darüber hinaus beispielsweise der einstellbare
Stoßdämpfer nach der DE 37 79 594 T2. Eine wendelförmige Nut ist bei diesem Stoßdämpfer
in der inneren Mantelfläche des Gehäuses angeordnet. Die Hydraulikflüssigkeit wird durch
Öffnungen im Druckrohr hindurch in einen axial verlaufenden Spalt zwischen Druckrohr und
Gehäuse verdrängt und fließt durch diesen in einen axial neben dem Druckrohr angeordneten
Speicher. Durch die nicht vorhandene Hülse erreicht dieser Stoßdämpfer gegenüber dem
gattungsgemäßen Stoßdämpfer nach der US 4,298,101 ein sehr vorteilhaftes Verhältnis von
Baugröße und Dämpfungsleistung. Die nach der DE 37 79 594 T2 kreisringförmig
geschlossenen Nuten auf der inneren Mantelfläche des Gehäuses sind aber sehr aufwändig zu
fertigen und erhöhen entsprechend die Herstellkosten und damit den Verkaufspreis dieses
Stoßdämpfers dergestalt, dass er nur für Spezialanwendungen wirtschaftlich einsetzbar ist.
Aufgabe
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einstellbaren Stoßdämpfer vorzuschlagen,
der bei einer schlanken Bauform eine hohe Dämpfungsleistung aufweist und dabei einfach
und damit kostengünstig zu fertigen ist.
Lösung
-
Ausgehend von dem gattungsgemäßen Stoßdämpfer wird diese Aufgabe nach der Erfindung
dahingehend gelöst, dass der Speicherraum in dem Gehäuse ausschließlich axial neben dem
Druckrohr angeordnet ist. Durch den Wegfall des radial außerhalb der Hülse angeordneten
Speicherraums ist gegenüber dem aus der US 4,298,101 bekannten Stoßdämpfer eine
deutliche Reduzierung des äußeren Gehäusedurchmessers bei gleicher Dämpfungsleistung
möglich.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers weist
zwischen der Hülse und dem Gehäuse einen ringförmigen Spalt auf, in dem die verdrängte
Hydraulikflüssigkeit weitgehend drucklos in den Speicherraum fließt. Der diffuse Rückfluss
der Hydraulikflüssigkeit über dem gesamten Umfang des Stoßdämpfers gewährleistet
einerseits eine optimale Abfuhr der bei der Dämpfung entstehenden Wärme, und erlaubt
andererseits eine großzügige Tolerierung der Fertigungsmaße und der Oberflächengüte
sowohl der inneren Mantelfläche des Gehäuses als auch der korrespondierenden äußeren
Mantelfläche der Hülse. Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer ist auf diese Weise besonders
kostengünstig zu fertigen. Alternativ ist zwar auch die Ausprägung eines axialen Kanals
zwischen der Hülse und dem Gehäuse möglich. Ein solcher Kanal kann durch eine Nut in der
Mantelfläche des Gehäuses oder durch eine Nut oder Abflachung in der korrespondierenden
Mantelfläche realisiert werden. Diese Varianten sind jedoch aufgrund der gegenüber dem
Ringspalt deutlich schlechteren Wärmeabfuhr und wegen der aufwändigeren Fertigung der
korrespondierenden Mantelflächen nicht zu bevorzugen.
-
Vorteilhaft in Bezug auf die vereinfachte Fertigung erweist sich darüber hinaus die
Anordnung einer wendelförmig auf der inneren Mantelfläche der Hülse umlaufenden Nut.
Durch die auf dem gesamten Umfang der Hülse konstante Steigung kann der zum Verdrehen
des Druckrohres bereit gestellte Stellbereich ebenfalls einen Vollkreis überstreichen.
Hierdurch ist eine besonders feinfühlige Einstellung des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers
möglich. Gegenüber einer Ausbildung einer umlaufenden Nut im inneren Mantel des
Gehäuses ist die Fertigung auf der inneren Mantelfläche einer separaten Hülse ungleich
einfacher zu realisieren. Aufgrund der deutlich reduzierten Werkstücklänge können kürzere
Werkzeuge zum Einsatz kommen, die einerseits deutlich preiswerter sind und andererseits ein
geringeres Ausschussrisiko durch Schwingungen an der Eingriffsstelle beinhalten. Alternativ
zur Wendelform kann eine Nut auf der inneren Mantelfläche der Hülse auch kreisringförmig
geschlossen oder mit auf dem Umfang variierter Steigung ausgebildet sein. Solche
Ausführungsformen sind allerdings wiederum aufgrund der deutlich höheren
Fertigungskosten nicht bevorzugt.
-
Die Montage des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers ist außerdem vereinfacht, wenn die Hülse
lediglich formschlüssig in das Gehäuse eingesetzt wird. Da die Hülse im Betrieb keine
nennenswerte axiale Belastung erfährt, kann sie in dem Gehäuse durch vergleichsweise
einfache Mittel wie Sprengring, Klemmverschraubung oder auch Verkleben axial gesichert
werden. Ein Verdrehen der Hülse gegen das Gehäuse kann beispielsweise mittels eines
Mehrkantsitzes oder noch einfacher mittels Passfedern verhindert werden. Eine weitere
Verringerung der Anzahl der benötigten Bauteile, verbunden mit einer vorteilhaften Material-
und Platzersparnis ist alternativ insbesondere durch Einpressen der Hülse in das Gehäuse
möglich. Die hierbei notwendigerweise höheren Fertigungstoleranzen der beteiligten Flächen
sind jedoch gegenüber der verringerten Zahl der Bauteile im Sinne einer wirtschaftlichen
Fertigung abzuwägen.
-
Beim Verdrehen des Druckrohres in der Hülse eines gattungsgemäßen Stoßdämpfers mit
wendelförmiger Nut in der Hülse wird die Steuerkante der Nut linear mit dem Verdrehwinkel
um einen Weg über einer Bohrung im Druckrohr verschoben. Bei einer kreisförmigen
Bohrung hängt damit der Öffnungsquerschnitt - und mit diesem die Dämpfung des
Stoßdämpfers - nicht-linear (quadratisch mit überlagerter Winkelfunktion) vom
Verdrehwinkel ab. Die Kombination von hintereinander angeordneten Bohrungen
unterschiedlicher Durchmesser im Druckrohr erlaubt vorteilhaft die Realisierung eines sich -
in der Summe der einzelnen Bohrungsöffnungen - keilförmig erweiternden
Öffnungsquerschnitts, so dass die Dämpfung des Stoßdämpfers weitgehend linear mit dem
Verdrehwinkel des Druckrohres in der Hülse korreliert. Auf diese Weise ist eine einerseits
deutlich anschaulichere, andererseits auch in den Grenzbereichen hinreichende Einstellung
des Stoßdämpfers möglich.
-
Bevorzugt ist insbesondere die Ausformung einer keilförmig erweiterten Bohrung in dem
Druckrohr. Gegenüber der Anordnung separater Bohrungen mit unterschiedlichen
Durchmessern im Druckrohr ist so wiederum eine gleichmäßigere Verstellcharakteristik des
erfindungsgemäßen Stoßdämpfers geschaffen. Eine derartige keilförmige Erweiterung kann
durch Verbindung von Bohrungen mit steigenden Durchmessern oder auch durch ein bereits
keilförmiges Werkzeug hergestellt werden.
Ausführungsbeispiele
-
Zur Erläuterung der Erfindung sind nachfolgend in Zeichnungen Ausführungsbeispiele
dargestellt. Hierbei sind gleichartige Elemente in verschiedenen Ausführungsformen mit
gleicher Nummer und unterschiedlichen Buchstaben gekennzeichnet. Es zeigen
-
Fig. 1 einen ersten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
-
Fig. 2, 3 und 4 drei Ansichten der Hülse dieses ersten Stoßdämpfers,
-
Fig. 5 einen zweiten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
-
Fig. 6, 7 und 8 drei Ansichten der Hülse dieses zweiten Stoßdämpfers und
-
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht des Druckrohres dieses zweiten Stoßdämpfers.
-
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen einstellbaren hydraulischen Stoßdämpfer 1a mit einem
rohrförmigen Gehäuse 2, einem koaxial in dem Gehäuse 2 drehbar gelagerten Druckrohr 3a,
einer koaxial zwischen dem Gehäuse 2 und dem Druckrohr 3a angeordneten rohrförmigen
Hülse 4a, die mit dem Gehäuse 2 fest verbunden ist, einer Kolbenstange 5, die durch eine
Stirnseite 6 des Gehäuses 2 axial verschiebbar ist, und mit einem Kolben 7, der mit der
Kolbenstange 5 verbunden und in dem Druckrohr 3a axial verschiebbar ist, wobei das
Druckrohr 3a eine Mehrzahl radialer Bohrungen 8a und die Hülse 4a auf ihrer inneren
Mantelfläche 9 eine Nut 10 mit einer Steigung 11 aufweist. Ein Speicherraum 12 ist in dem
Gehäuse 2 ausschließlich axial neben dem Druckrohr 3a angeordnet.
-
Mittels Verdrehen des Druckrohres 3a ist ein nicht näher dargestellter Drosselquerschnitt
zwischen der Bohrung 8a und der Nut 10 einstellbar. Durch diesen Drosselquerschnitt ist
nicht dargestellte Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckrohr 3a durch axiales Verschieben der
Kolbenstange 5 durch das Druckrohr 3a und durch die Hülse 4a in den Speicherraum 12
verdrängbar.
-
Das Gehäuse 2 ist auf seiner äußeren Mantelfläche 13 durchgängig mit einem nicht
dargestellten Außengewinde zur Befestigung des Stoßdämpfers 1a an einem gleichfalls nicht
dargestellten Haltebauteil versehen.
-
Das Druckrohr 3a ist endseitig durch einen Boden 14 geschlossen, der in eingebautem
Zustand an der Endseite 15 durch das Gehäuse 2 hindurch geführt ist und dieses verschließt.
Dieser Boden 14 des Druckrohres 3a weist eine nach außen offene Sechskantöffnung 16 auf,
die eine Einstellung des Stoßdämpfers 1a von außen ermöglicht. Das Druckrohr 3a ist mit
zwei einander gegenüber liegenden Linien mit je sechs in axialer Richtung äquidistant
hintereinander angeordneten, die Wandung durchdringenden Bohrungen 8a versehen.
-
Stirnseitig ist das Druckrohr 3a mit zwei gleichfalls einander gegenüber liegenden
Mitnehmerzapfen 17 versehen.
-
In dem Druckrohr 3a ist in axialer Richtung verschiebbar und dichtend eingepasst der Kolben
7 gelagert. Der Kolben 7 ist mit der Kolbenstange 5 verbunden, die wiederum stirnseitig
abgedichtet aus dem Gehäuse 2 herausgeführt ist. An der Anschlagseite 18 der Kolbenstange
5 befindet sich eine Anschlagkappe 19, die den nicht näher dargestellten maximalen
Einfahrweg des Kolbens 7 begrenzt. So wird eine Stauchung der Kolbenstange 5, auch wenn
eine zu große Last auf den Stoßdämpfer 1a auffährt und die Dämpfungswirkung über den
Maximalhub des Kolbens 7 nicht ausreicht, verhindert.
-
Die Mitnehmerzapfen 17 an dem Druckrohr 3a greifen im eingebauten Zustand formschlüssig
in eine Lagerhülse 20 ein, die drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert ist und in deren innerer
Mantelfläche 21 die Kolbenstange 5 geführt ist. Mit ihrer äußeren Mantelfläche 22 stützt sich
die Lagerhülse 20 an der inneren Mantelfläche 23 des Gehäuses 2 ab. Die Lagerhülse 20
erstreckt sich in axialer Richtung aus dem Gehäuse 2 des Stoßdämpfers 1a heraus und ist
verdrehfest mit einem kragenförmigen Einstellring 24 versehen. Gegenüber der inneren
Mantelfläche 23 des Gehäuses 2 ist die Lagerhülse 20 mit Hilfe eines Dichtungsrings 25 und
gegenüber dem Außenmantel der Kolbenstange 5 mit Hilfe einer Lippendichtung 26
abgedichtet.
-
Zwischen der Anschlagkappe 19 und der Stirnseite 6 des Gehäuses 2 befindet sich eine um
die Kolbenstange 5 herum angeordnete und von dieser abgestützte Rückstellfeder 27, die nach
Entfernen der auf den Stoßdämpfer 1a aufgelaufenen Last ein selbsttätiges Ausfahren der
Kolbenstange 5 aus dem Gehäuse 2 erlaubt.
-
Zwischen dem Kolben 7 und dem Boden 14 befindet sich ein Druckraum 28 und auf der
gegenüberliegenden Seite des Kolbens 7 ein ringförmiger, die Kolbenstange 5 umgebender
Aufnahmeraum 29, an den sich in Richtung auf die Anschlagkappe 19 der ebenfalls
ringförmige Speicherraum 12 anschließt. Der Speicherraum 12 ist im Bereich der Stirnseite 6
des Gehäuses 2 nach außen hin abgedichtet, steht aber mit dem Aufnahmeraum 29 in
Strömungsverbindung. Der Speicherraum 12 ist mit einem geschlossenporigen,
komprimierbaren Kunststoffschaum gefüllt.
-
Zwischen dem Druckrohr 3a und dem Gehäuse 2 weist der Stoßdämpfer 1a eine in den
Fig. 2, 3 und 4 in drei Ansichten separat dargestellte Hülse 4a auf, deren innere
Mantelfläche 9 mit einer wendelförmigen Nut 10 mit einem rechteckförmigen Querschnitt
versehen ist. Wie das Druckrohr 3a ist die Hülse 4a mit zwei einander gegenüber liegenden
Linien mit in axialer Richtung äquidistant hintereinander angeordneten, die Wandung
durchdringenden Bohrungen 30a versehen. Die Bohrungen 30a in der Hülse 4a
korrespondieren jeweils mit der Nut 10. Ihr Durchmesser entspricht genau dem
Öffnungsquerschnitt der Nut 10.
-
Die Hülse 4a ist mittels einer Feststellschraube 31 mit dem Gehäuse 2 verdrehfest verbunden
und in diesem auch nicht axial verschieblich. Der Innendurchmesser des Gehäuses 2 ist etwa
1 mm größer als der Außendurchmesser der Hülse 4a, so dass zwischen Gehäuse 2 und Hülse
4a ein ringförmiger Spalt 32 ausgebildet ist. Die innere Mantelfläche 9 der Hülse 4a weist
eine radial weitgehend spielfreie Passung mit der äußeren Mantelfläche 33 des Druckrohrs 3a
auf, die aber eine Verdrehung beider Bauteile ohne wesentlichen Widerstand erlaubt.
-
Dringt der Kolben 7 infolge einer Beaufschlagung der Anschlagkappe 19 mit einer nicht
dargestellten Last - ausgehend von der in den Fig. 1 dargestellten ausgefahrenen Position
(Dämpfungsstellung) - weiter in das Gehäuse 2 ein, so wird der Druckraum 28 verkleinert
und Hydraulikflüssigkeit tritt durch die Bohrungen 8a des Druckrohres 3a. Die
Hydraulikflüssigkeit strömt in die wendelförmige Nut 10 in der Hülse 4a, tritt wiederum
durch die Bohrungen 30a der Hülse 4a in den Spalt 32 zwischen Hülse 4a und Gehäuse 2 und
kann durch diesen Spalt 32 diffus und weitgehend drucklos in den Aufnahmeraum 29 sowie
in den Speicherraum 12 gelangen. Aufgrund des Volumens der eindringenden Kolbenstange 5
wird das Volumen des Schaummaterials in dem Speicherraum 12 dabei entsprechend
komprimiert.
-
Die Anschlagkappe 19 besitzt eine topfförmige Gestalt, wobei der Öffnungsquerschnitt dem
Gehäuse 2 des Stoßdämpfers 1a zugewandt ist. Die Anschlagkappe 19 ist mittels einer
Innensechskantschraube 16 fest stirnseitig mit der Kolbenstange 5 verbunden und an der
Rückstellfeder 27 abgestützt.
-
Wenn die Masse bzw. Geschwindigkeit einer auf die Anschlagkappe 19 auffahrenden Last
das maximale Energieaufnahmevermögen des Stoßdämpfers 1a übersteigt, schiebt sich die
Anschlagkappe 19 über den Einstellring 24 hinweg und schlägt am Gehäuse 2 an. Damit ist
der maximale Hub des Kolbens 7 begrenzt und eine Krafteinleitung in den Einstellring 24 und
die Lagerhülse 20 findet nicht statt.
-
Sobald die Last nicht mehr auf die Anschlagkappe 19 bzw. den Kolben 7 wirkt, wird die
Kolbenstange 5 aufgrund der Kraft der Rückstellfeder 27 wieder aus dem Gehäuse 2
herausgefahren. Innerhalb des Kolbens 7 befindet sich ein nicht dargestelltes
Rückschlagventil, das beim Ausfahren des Kolbens 7 ein ungedrosseltes Rückströmen der
Hydraulikflüssigkeit aus dem Aufnahmeraum 29 und dem Speicherraum 12 in den
Druckraum 28 ermöglicht.
-
Eine Einstellung der Dämpfungscharakteristik des Stoßdämpfers 1a erfolgt durch Verdrehen
des Einstellrings 24 oder des Bodens 14 und damit des Druckrohres 3a relativ zu der
wendelförmigen Nut 10 in der Hülse 4a. Aufgrund der Wendelform kommunizieren die
Bohrungen 8a, deren Mittelachsen einen Abstand voneinander aufweisen, der der Steigung 11
der Nut 10 entspricht, mehr oder weniger stark mit dem Öffnungsquerschnitt der Nut 10. Eine
optimale Dämpfungswirkung bei kleinen Geschwindigkeiten der auffahrenden Last wird
erzielt, wenn die Bohrungen 8a im Bereich der Stege 34 zwischen benachbarten Gängen der
Nut 10 liegen, wobei der Durchmesser der Bohrungen 8a geringfügig kleiner als die Breite
der Stege 34 ist, um auch bei sehr kleinen Geschwindigkeiten eine hinreichende Dämpfung zu
erzielen. Hingegen ist es bei hohen Geschwindigkeiten der Last erforderlich, die Bohrungen
8a mehr oder weniger vollständig im Bereich der Nut 10 anzuordnen, um einen ausreichend
schnellen Abfluss der Hydraulikflüssigkeit sicherzustellen.
-
Der zweite Stoßdämpfer 1b in Fig. 5 unterscheidet sich von dem Stoßdämpfer 1a in Fig. 1
lediglich durch eine unterschiedliche Ausprägung des auch in Fig. 9 separat perspektivisch
dargestellten Druckrohres 3b und der in den Fig. 6, 7 und 8 separat in drei Ansichten
dargestellten Hülse 4b. Der Durchmesser der Bohrungen 30b in der Hülse 4b ist kleiner als
die Breite der wendelförmigen Nut 10. Die Bohrungen 8b im Druckrohr 3b sind gegenüber
den Bohrungen 8a im Druckrohr 3a aus Fig. 1 hingegen vergrößert. Durch Variation dieser
korrespondierenden Bohrungen kann die Dämpfungscharakteristik des erfindungsgemäßen
Stoßdämpfers in weiten Bereichen unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden.