DE1937739A1

DE1937739A1 - Lasttragendes Federbein

Info

Publication number: DE1937739A1
Application number: DE19691937739
Authority: DE
Inventors: Dr Peddinghaus Carl Ullrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-07-25
Filing date: 1969-07-25
Publication date: 1971-03-04
Also published as: US3684269A; CA928341A; GB1310977A; FR2055618A5

Description

Lasttragendes Federbein

Die Erfindung bezieht sich auf ein lasttragendes Federbein' mit einem die Abstützkraft aufnehmenden Federorgan und einem rohrförmigen Stossdämpfer, in dem ein mit Durchtrittsöffnungen versehener Kolben verschieblich ist.

Bei Federbeinen dieser Art können während des Betriebes erhebliche Knickspannungen auftreten,'denen man bereits durch eine entsprechende DimensLonierung der Kolbenstange des Stossdämpfer zu entsprechen versucht hat. Jedoch wird die gesamte Anordnung hierdurch verhältnismässig massereich, so dass man die genannte Forderung vor allem bei grösseren Kolbenhüben nur noch mit sehr grossem Aufwand erfüllen kann. Hinzukommt, dass die Kolbenstange bekanntlich einer besonders sorgfältigen Oberflächenbearbeitung und Oberflächenveredlung bedarf, wofür der Schwierigkeitsgrad mit dem Durchmesser stark zunimmt. Zum Beispiel ist es bei der galvanischen Verchromung sehr schwierig, bei grösseren Durchmessern der Kolbenstange noch eine gleichmässige Chromschicht aufzubringen. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich für die Abdichtung der Kolbenstange an ihrer Austrittsstelle aus dem Zylinder. Die mit entsprechenden Durchmessern versehenen Dichtungsringe bzw. sonstigen Dichtungsmittel erfordern für ihre Ein-

109810/0901

spannung einen erheblichen Aufwand. Schliesslich kommt es auch gerade bei den lasttragenden Federbeinen zu nicht unerheblichen Belastungen quer zur Achsrichtung, so dass eine entsprechende Dimensionierung der Kolbenstange auch im Interesse einer Verringerung der Flächenpressung gegeben ist. Fndlioh treten bei der Verwendung moderner, hydropneumatischer Stos«dämpfer noch insofern Schwierigkeiten auf, als mit der Zunahm« der Kolbenstangendicke die Beaufschlagungsfläche für den Gasdruck des "Stossdämpfers gleichzeitig zunimmt. Dadurch kommt man zu erheblich gesteigerten Ausschubkraften, so dass ein derartiger Stossdämpfer entweder bei dem üblichen, hohen Druck seines Gasvolumens zu hart arbeitet bzw. den vom Federorgan abgestützten Gegenstand unzulässig anhebt oder mit einem wesentlich geringeren Gasdruck betrieben werden muss, wobei es jedoch bekanntlich bevorzugt zu Kavitationserscheinunger der Dämpfungsflüssigkeit bzw. zu unerwünschten Gasentbindunger. aus dieser kommen kann. Die Folge hiervon ist dann eine ungünstige Beeinflussung der Dämpfungscharakteristik des Stossdämpfers. Begünstigt wird dies noch dadurch, dass es infolge der dicken Kolbenstange zu einer starken Volumenverdrängung und damit entsprechenden Bewegung der Dämpfungsflüssigkeit kommt. Hierdurch wird nun entweder, wenn man keine der Durchmischung zwischen Flüssigkeitsphase und Gasphase entgegenwirkenden Vorrichtungen vorsieht, deren Durchmischung begünstigt oder, wenn man zur Vermeidung der Durchmischung übliche Mittel, wie zum Beispiel Trennkolben oder dergl.,verwendet, der Verschleiss an den Dichtungen dieser Mittel,

die einen dem Volumen der verdrängten Dämpfungsflüssigkeit entwird sprechenden Hub ausführen müssen, wesentlich grosser/, so dass sie schliesslich keine zuverlässige Trennung der Flüssigkeitsphase von der Gasphase mehr ermöglichen.

Zur teilweise Vermeidung dieser Nachteile sind auch lasttragende · Federbeine mit einem teleskopartig ausfahrbarem Rohrsystem bekannt, wobei das Innenrohr von einem üblichen Stossdämpfer gebildet ist, dessen Kolbenstange stirnseitig mit dem Aussenrohr, das auf dem Innenrohr geführt ist, verbunden ist. Hierbei wird die Kolbenstange durch das teleskopierende Rohrsystem von der

109810/0901

Knickbeanspruchung, entlastet, indes erfordert das Rohrsystem einschliesslich seiner Führungen einen beträchtlichen Mehraufwand an Material und Bearbeitung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein la'ittr.ipendes Federbein der einleitend beschriebenen Art dahir gehe-id zu verbessern, dass hierbei die sämtlichen, vorerwähnten Kachteile vermieden werden. Erf indungsgemäss wird-dies daiurch erreicht, dass der Kolben des Stossdämpfers mit mehreren, sich in gleicher Richtung erstreckenden Kolbenstangen verbunden ist, die in einer parallel zur Stirnfläche des Kolbens verlaufenden Fbene mit Abstand voneinander symmetrisch angeordnet sind und von denen jede dichtend aus der einen Stirnfläche des Stossdämpferzvlinders herausgeführt ist. Auf diese Weise kommt man statt der bisherigen, zentralen Kolbenstange zu einem Kolbenstangensystem, bei welchem die mechanische Beanspruchbarkeit der bisherigen Kolbenstangen, und zwar insbesondere die Knickfestigkeit, in gleicher Weise besteht· oder sogar besser ist, wohingegen die gesamte Querschnittsfläche wesentlich kleiner ist, weil sich verhältnismässig dünne Kolbenstangen verwenden lassen. Diese können wirtschaftlich in der Massenproduktion gefertigt werden, was insbesondere für ihre Oberflächenbarbeitung bzw. Oberflächenveredelung von Bedeutung ist. Die Dichtungsdurchführung durch die Stirnfläche des Stossdämpferzylinders ist dabei verhältnismässig unkompliziert, während man zu sehr niedrigen Flächenpressungen kommt. Der Stossdämpfer wird hierdurch auch wesentlich leichter, wobei es von Vorteil ist, dass man eine verhältnismässig grosse Querschnittsfläche für den Stossdmpferzylinder wählen kann. Dies ermöglicht die Verwendung eines entsprechend grossflächigen Dämpfungskolbens mit entsprechenden Durchtrittsöffnungen für die Dämpfungsflüssigkeit, wodurch sich, eine sehr weiche Dämpfung erzielen lässt. Selbst bei den üblichen und noch höheren Drücken der im hydropneumatisehen Stossdämpfer vorgesehenen Gasvolumina bleiben die AusSchubkräfte gering, so dass der Stossdämpfer des Federbeines seine eigentliche Aufgabe ohne störende Nebenerscheinungen erfüllen kann. Dabei wird auf die aus Platzgründen

1 0 9 £? 1 0 / f = G 0 1

oft unerwünschte Querschnittsverbreiterung des Federbeines, wie sie bei einem te leskopierenden Rohrsystem infolge des zusätzlichen Aussenrohres gegeben ist, verzichtet.

Die auseerhalb des Stossdämpferzylinders befindlichen Enden der Kolbenstange können, je nach Anbringungr.art, unmittelbar mit dem abzustützenden Gegenstand oder vorteilhaft auch entsprechend ihrem gegenseitigen Abstand voneinander mit einem Befestigungsorgan verbunden sein.

Um einer unerwünschten Torsionsbelastung entgegenzuwirken, wird die kolbenstangenseitige Stirnfläche des Stossdämpferzylinders als eine in axialer Richtung un'/erschiebliche, jedoch um ihre Achse in Bezug auf den StOssdämpferzylinder drehbare Büchse mit den Kolbenstangen entsprechenden öffnungen ausgeführt.

In bevorzugter Ausführungsfofm ist der Stossdämpferzylinder in an sich bekannter Weise im Hubbereich des Kolbens mit Dämpfungsflüssigkeit und weiterhin mit einem Druckgasvolumen gefüllt. Zwischen der Dämpfungsflüssigkeit und dem Druckpasvolumen kann man in an sich bekannter Weise eine der Durchmischung dieser beiden Phasen entgegenwirkende Vorrichtung anordnen, die zum Beispiel ein Trennkolben sein kann. Da von dem im Gesamtquerschnitt erheblich verminderten Kolbenstangensystem wesentlich weniger Dämpfungsflüssigkeit verdrängt wird, braucht der zum Beispiel vorgsehene Trennkolben nur sehr kurze Hube auszuführen, so dass die Haltbarkeit seiner Dichtungen wesentlich verlängert wird. Ausserdem kommt es wegen der geringeren Verdrängung der Dämpfungsflüssigkeit auch zu einer geringeren Druckerhöhung im Gasvolumen., wodurch der Stossdämpfer gleichmässiger arbeitet.

Grundsätzlich lässt sich das neue Federbein in jeder beliebigen Lage anwenden. Die vorgeschlagene Ausführungsform ermöglicht es jedoch insbesondere, den Stossdämpfer darin mit nach oben weisen den Kolbenstangen einzusetzen. Dadurch kommt man in den zahlreichen Anwendungsfällen zu wesentlich günstigeren Belastungsverhältnissen.

■ 1 0 9 F 1 0 / 0 :> 0 1

Um einen herkömmlichen Stossdämpferkolben verwenden zu können, sind die Kolbenstangen an ihren kolbenseitigen Enden zweckmässig in einer Befestigungsplatte befestigt, äie den Durchtritt der Dämpfungsflüssigkeit ermöglicht und die eine zentrale, der eigentlichen Kolbenbefestigung dienende und si^.h in Kolbenrichtung erstreckende Stützsäule aufweist.

In besonderem Masse wird der erfindungsgemässe Vorteil dann erreicht, wenn insgesamt drei Kolbenstangen vorgesehen sind, die unter Winkeln von je 120° in Bezug auf den Que^schnittsmittelpunkt des Stossdämpferzylinders angeordnet sinl. Sofern besonders grosse Federbeine vorgesehen sind, lässt sich die Anzahl der Kolbenstangen indes' auch noch zweckmässig weiter erhöhen. Ihr radialer Abstand vom QuerschnittsmittelpunKt des Stossdämpferzylinders wird so gewählt, dass sich die im Einzelfall beabsichtigte Belastbarkeit, insbesondere die Knickfestigkeit, ergibt, wobei die Einzelquerschnitte in üblicher Weise zu berücksichtigen sind. Die Berechnung erfolgt dabei mit Hilfe der bekannten Formeln für die Ermittlung der Knick- und Biegefestigkeit.

Für die insbesondere im Kraftfahrzeugbau vorgesehene Verwendung des neuen Federbeines ist es von Vorteil, bei einem Innendurch-. messers des Stossdämpferzylinders von etwa 46 mm und einem Druck des Gasvoulumens von etwa 30 atü Einzeldurchmesser für die insgesamt drei Kolbenstangen von je/ö mm zu verwenden, wobei diese mit ihren Mittelpunkten etwa 12 mm vom Querschnittsmittelpunkt des Stossdämpferzylinders entfernt sind.

Um den Eintritt von Verunreinigungen in die Kolbenstangendichtungen zu verhindern, kann man vor ihrem Eintritt in den Etossdämpferzylinder Abstreifdichtungen vorsehen. Man kann gleichfalls, einen alle Kolbenstangen umschliessenden Staubschutzbalgen verwenden.

Zur Veranechaulichung der Erfindung dient die sich auf ein Aus- fOhrungtbeifpiel beziehende Zeichnung. Darin zeigen:

109810/0901

Fig.. 1 das neue Federbein im Querschnitt, während

Fig. 2 eine Draufsicht auf die schematisierte Koltenstangenanordnung wiedergibt.

Die in Fig. 1 wiedergegebene Ausführungsform stellt ein für den Kraftfahrzeugbau vorgesehenes Vorderachs-Federbein dar. ν Man erkennt den Stossdämpferzylinder 1, an dessei unterem Ende der Achsschenkelbolzen 2 befestigt ist. Im Stoßdämpferzylinder 1 ist der in an sich bekannterweise mit Durchtrittsöffnungen sowie mit Ventilscheiben ausgeführte Kolben 3 verschieblich. Im Hubbereich des Kolbens 3 befindet sich die dämpfungsflüssigkeit 4, die vom Druckgasvolumen 5 in diesem Falle durch einen sogenannten Trennkolben 6 mit peripheren Dichtungen 7 getrennt ist.

Der Stossdämpferzylinder 1 weist weiterhin einen Teller 8 auf, an dem sich die Feder 9, die als Federorgan die Abstützkraft aufnimmt, abstützt. Die Feder 9 erstreckt sich bis zum oberen Teller 10, der mittelbar oder unmittelbar mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist.

Der obere Teller 10 ist zugleich als Befestigungsorgan für die drei Kolbenstangen ll,ll^f und Ii¹¹ ausgeführt. Letztere durchdringen die ihnen entsprechende Stirnseite des Stossdämpferzylinders 1 im Bereich der Büchse 12, in die noch an sich bekannte, in der Zeichnung nicht näher dargestellte Dichtungen für die Kolbenstangen eingesetzt sind. Die Büchse 11 ist durch Sicherungsringe 12'oder dergl. gegen axiale Verschiebung gesichert, jedoch drehbeweglich, so dass keine Torsionsspannungen auftreten können. Die kolbenseitigen Enden der Kolbenstangen sind in der Befestigungsplatte 13 gehalten. Letztere lässt die Dämpfungsflüssigkeit durch öffnungen 11, ihren Abstand 15 vom Rand oder auch durch eine im Querschnitt insgesamt sternförmige Ausbildung durchtreten. Die Befeetigungsplatte 13 ist weiterhin mit der Sützsäule 16 versehen, die ihrerseits einen abgesetzten Abschnitt 17 besitzt und d*n-Kolben 3 mit Hilfe der Kolbenmutter 18 hält.

10 98 10/090 1

Fig. 2 zeigt die drei Kolbenstangen 11, 11' und 11" in schematie eher Anordnung. Man erkennt den Umfang des Stossdämpferzylinders 1 sowie dessen Querschnittsmittelpunkt 19. In Bezug auf letzteren sind die drei Kolbenstangen mit ihren Mittelpunkten unter Winkeln von je 120° zueinander angeordnet.

In Fig. 1 erkennt man weiterhin die vor Fintritt der Kolbenstangen 11, 11' und 11^f' in den Stossdämpferzylinder 1 vorgesehenen Abstreifdichtungen 20. An deren Stelle oder zu deren Ergänzung kann auch noch der Staubschutzbalgen 21 verwendet werden, der sich zwischen dem Befestigungsorgan 10 und der oberen Kante des Stossdämpferzylinders 1 erstreckt.

1 G 9 S · G / :' ¹J 0 1

Claims

Patentansprüche

Lasttragendes Federbein mit einem die Abstützkraft auf- -— nehmenden Federorgan und einem rohrförmigen Stossdämpfer, in dem ein mit Durchtrittsöffnungen versehener Kolben verschieblich ist, dadurch gekennzeichnet₃ dass der Kolben (3) des Stossdämpfers mit mehreren, sich in gleicher Richtung erstreckenden Kolbenstangen (11,11',H'') verbunden ist, die in einer parallel zur Stirnfläche des Kolbens (3) verlaufenden Ebene mit Abstand voneinander symmetrisch angeordnet sind, und von denen jede dichtend aus der einen Stirnfläche des Stossdämpferzylinders (1) herausgeführt ist.
2. Lasttragendes Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet _t dass die Kolbenstangen ausserhalb des Stossdämpferzylinders (1) entsprechend ihren gegenseitigen Abständen voneinander mit einem Befestigungsorgan (10) verbunden sind.
3. Lasttragendes Federbein nach den Ansprüchen 1 und 2, da durch gekennzeichnet, dass die kobenstangenseitige Stirnfläche des Stossdämpferzylinders (1) als eine in axialer Richtung unverschiebliche, jedoch um ihre Achse in Bezug auf den Stossdämpferzylinder (1) drehbare Büchse (12) mit den Kolbenstangen entsprechenden öffnungen ausgeführt ist.
4. Laettragendes Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet_s dass der Stossdämpferzylinder (1) im Hubbereich des Kolbens (3) in an sich bekannter Weise Dämpfungsflüssigkeit (4) und weiterhin ein Druckgasvolumen (5) enthält.
5. Lasttragendes Federbein nach Anspruch U, dadurch gekenn-

98 10/030

Λ- ΐ

zeichnetj dass zwischen der Dämpfungsflüssigkeit (4) und dem Druckgasvolumen (5) in an sich-gekannter Weise eine der Durchmischung dieser beiden Phrasen entgegenwirkende Vorrichtung (6) angeordnet ist. -
6. ' Lasttragendes Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,,dass der Stossdämpfer mit seinen Kolbenstangen nach oben weisend in das Federbein eingesetzt ist.
7. Lasttragendes Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstangen an ihren kolbenseitigen Enden in einer Befestigungsplatte (13) befestigt sind, die den Durchtritt der Dämpfungsflüssigkeit (4) ermöglicht und eine zentrale, der KolbenBefestigung dienende und sich in Kolbenrichtung erstreckende Stützsäule (16) aufweist.
8. Lasttragendes Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, dass insgesamt drei Kolbenstangen (11, II¹, II¹¹) vorgesehen sind, die unter Winkeln von je 120° in Bezug auf den Querschnittsmittelpunkt (19) des Stossdämpferzylinders (1) angeordnet sind.
9. Lasttragendes Federbein nach Anspruch 8.für die Verwendung im Kraftfahrzeugbau, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Innendurchmesser des Stossdämpferzylinders von etwa 46 mm und einem Druck des Gasvolumens von etwa 30 atü die Durchmesser der einzelnen Kolbenstangen etwa 6 mm betragen, wobei diese mit ihren Mittelpunkten etwa 12 mm vom Querschnittsmittelpunkt (19) des Stossdämpferzylinders (1) entfernt sind.
10. Lasttragendes Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichneti dass für die Kolbenstangen Abstreifdichtungen (20)· vor ihrem Eintritt in den Stossdämpferzylinder (1) vorgesehen sind.

109810/0901
11. Lasttragendes Federbein nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet_t dass ein alle Kolbenstangen umschliessender Staubschutzbalgen (21) vorgesehen ist.

109810/0901