DE19542346A1 - Aufprallfederdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufprallfederdämpfer, umfassend einen mittels ei­ ner ersten Druckfeder auf einem Boden abgestützten und in einem von einer Wandung umschlossenen Hohlraum verschiebbaren Kolben aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, der an dem von dem Boden abgewandten Ende auf einem relativ verschiebbaren Traglager abgestützt ist und der bei einer niedri­ gen Belastung des Traglagers einen Abstand von der Wandung aufweist und die Wandung bei einer höheren Belastung des Traglagers anliegend berührt.

Ein solcher Aufprallfederdämpfer ist aus der DE 28 32 161 A1 bekannt. Die Druckfeder ist als Schraubendruckfeder ausgebildet und besteht aus einem metallischen Werkstoff. Ein Stempel, der innerhalb des von der Wandung um­ schlossenen Hohlraums geführt ist, ist auf einer ersten Scheibe aus elastome­ rem Werkstoff angeordnet, die ihrerseits auf der von dem Stempel abge­ wandten Seite auf einer zweiten Scheibe abgestützt ist, die das Widerlager für die Druckfeder bildet. Die erste Scheibe tritt bei Druckbelastung in reibenden Kontakt mit der Wandung und besteht beispielsweise aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufprallfederdämpfer der vor­ bekannten Art derart weiterzuentwickeln, daß unterschiedliche, an die jeweili­ gen Gegebenheiten des Anwendungsfalls angepaßte, gute Gebrauchseigen­ schaften bei unverändertem Aufbau des Bauteils einstellbar sind. Der Aufprall­ federdämpfer soll mit minimalem Aufwand an unterschiedliche Erfordernisse und Belastungen anzupassen sein.

Mit den Merkmalen von Anspruch 1 wird die Aufgabe gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Mittel vorgesehen sind, die es gestat­ ten, die auf dem Kolben lastende Vorspannung zu verändern. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, den Aufprallfederdämpfer ohne bauliche Verände­ rungen an die jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles anzupassen. Außerdem besteht die Möglichkeit, im Laufe der Gebrauchsdauer entstehende Relaxationen des Kolbens und eine damit einhergehende Verringerung der Vor­ spannung durch die Mittel auszugleichen, um dadurch während der gesamten Gebrauchsdauer übereinstimmend gute Gebrauchseigenschaften zu behalten.

Die Mittel können aus einem Zugelement bestehen, das auf den voneinander abgewandten Enden des Kolbens und einer zweiten Druckfeder abgestützt ist, die auf der von der ersten Druckfeder abgewandten Seite des Bodens ange­ ordnet ist. Der Aufprallfederdämpfer besteht dabei aus den beiden gegenein­ ander vorgespannten ersten und zweiten Druckfedern und einem damit kom­ binierten Reibungselement, das durch den Kolben gebildet ist. Die erste und die zweite Druckfeder sind einander in axialer Richtung benachbart zu- und in einer funktionstechnischen Reihenschaltung angeordnet. Durch das Zugele­ ment können der Boden und das relativ dazu in axialer Richtung verschiebbare Traglager derart zueinander bewegt werden, daß die Vorspannung der beiden Druckfedern stufenlos einstellbar ist. Dadurch, daß die zweite Druckfeder auf der von der ersten Druckfeder abgewandten Seite des Bodens angeordnet ist, vermag diese Zugkräfte aufzunehmen, die auf den Aufprallfederdämpfer von außen einwirken. Außerdem ist durch diese Anordnung der zweiten Druckfeder von Vorteil, daß eine Bewegung der ersten Druckfeder in ihre Ausgangsposi­ tion nach erfolgtem Einfedern weich abgefedert wird. Harte Anschlagberüh­ rungen und/oder Geräusche werden zuverlässig vermieden.

Der Kolben, die erste und die zweite Druckfeder sind bevorzugt einstückig in­ einanderübergehend ausgebildet. Hierbei ist von Vorteil, daß der Aufprallfeder­ dämpfer nur aus wenigen Einzelteilen besteht, was in fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Hinsicht von hervorzuhebendem Vorteil ist. Der Kolben und die beiden Druckfedern sind bevorzugt rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei die erste und die zweite Druckfeder durch eine, im Querschnitt betrach­ tet, nutförmige umfangsseitig umlaufende Vertiefung räumlich voneinander getrennt sind. Der Boden, der den Hohlraum in axialer Richtung einerseits be­ grenzt, weist bevorzugt eine zentrale Ausnehmung auf, in die die nutförmige Vertiefung eingeschnappt/eingeknöpft ist. Der Kolben, die erste und die zweite Druckfeder werden dadurch gemeinsam in einem Arbeitsgang mit dem Boden verbunden. Der Kolben kann aus einem inkompressiblen Werkstoff, beispiels­ weise Gummi oder TPE bestehen. Die Verwendung eines solchen Werkstoffs ist von Vorteil, da eine zunehmende Vorspannung in axialer und/oder radialer Richtung nicht zu einer Verdichtung des Werkstoffs in sich selbst, sondern in jedem Falle zu einer Verdrängung in Richtung der Wandung und dadurch zu ei­ ner relativ vergrößerten Reibung des Kolbens an der Wandung des Hohlraums führt. Für Anwendungsfälle, bei denen eine große Reibung schon bei geringen Verschiebewegen in axialer Richtung gefordert ist, ist eine solche Werkstoff­ auswahl von Vorteil. Eine Verwendung kompressibler Werkstoffe, beispiels­ weise offenporiger Schaumstoffe, ist für manche Anwendungsfälle ebenfalls geeignet. Vergleichsweise große Verschiebewege in axialer Richtung bewirken eine vergleichsweise geringe Erhöhung der radialen Vorspannung und eine relativ geringere Vergrößerung der Reibung an der Wandung. Die Einstellung der radialen Vorspannung des Kolbens an die Wandung des Hohlraums ist bei beiden Werkstofftypen möglich.

Das Zugelement kann aus einem relativ beweglichen Gewindebolzen bestehen, der in radialer Richtung von dem Kolben sowie der ersten und der zweiten Druckfeder ganz umschlossen ist. Der Gewindebolzen ist dabei relativ beweg­ lich zum Boden und zur Wandung angeordnet. Der Boden und die Wandung sind beispielsweise durch eine Verschweißung relativ unbeweglich miteinander verbunden. Der Gewindebolzen durchdringt die Ausnehmung des Bodens und den anschließenden Hohlraum zentral, während das Traglager und ein den Aufprall aufnehmendes Element relativ ortsfest, bevorzugt ebenfalls durch Ver­ schweißen miteinander und mit dem Gewindebolzen verbunden sind. Auf der dem Element abgewandten Seite des Gewindebolzens ist bevorzugt eine Mutter aufgeschraubt, die auf der der zweiten Druckfeder zugewandten Seite auf einer Unterlegscheibe abgestützt ist. Hierbei ist von Vorteil, daß eine Be­ schädigung und/oder Zerstörung der Oberfläche der zweiten Druckfeder auch dann zuverlässig ausgeschlossen ist, wenn die Vorspannung auf die Druckfe­ dern durch ein Anziehen oder Lösen der Mutter häufig verstellt wird. Die Un­ terlegscheibe kann beispielsweise nur auf der der Mutter zugewandten Ober­ fläche mit einer reibungsverringernden Oberflächenbeschichtung versehen sein. Eine reibungsbehaftete Relativbewegung findet daher beim Anziehen oder Lösen der Mutter nur zwischen dieser selbst und der Unterlegscheibe, nicht hingegen zwischen der Unterlegscheibe und der zweiten Druckfeder statt. Da­ durch, daß der Gewindebolzen vom Kolben und den beiden Druckfedern voll­ ständig umschlossen ist, sind diese Teile innerhalb des Hohlraums stabilisiert und in ihrer Lage zueinander zentriert. Ausweichbewegungen bei einer be­ stimmungsgemäßen Belastung des Aufprallfederdämpfers und daraus resultie­ rende Beeinträchtigungen der Gebrauchseigenschaften sind ausgeschlossen.

Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Aufprallfederdämpfers werden nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem der Kolben, die erste und die zweite Druckfeder einstückig ineinanderübergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die zweite Druckfeder unab­ hängig vom Kolben und der ersten Druckfeder separat erzeugt ist.

In den Fig. 1 und 2 sind der Kolben 5 und die erste Druckfeder 1 einstückig ineinanderübergehend sowie materialeinheitlich ausgebildet sind und innerhalb des Hohlraums 4 angeordnet, der vom Boden 2 und der den Hohlraum um­ schließenden Wandung 3 begrenzt ist. Der Boden 2 und die Wandung 3 sind in diesen Ausführungsbeispielen miteinander verschweißt. Der Hohlraum 4 ist auf der dem Boden 2 abgewandten Seite durch das relativ zum Boden 2 ver­ schiebbare Traglager 7 begrenzt, das relativ unbeweglich mit einem als Träger­ rohr ausgebildeten Gewindebolzen 11 verbunden ist. Das Element, das den Aufprall aufnimmt, ist in den Figuren jeweils mit 12 bezeichnet, und die Richtung des Aufpralls durch den Pfeil 13 symbolisiert. Ein erfindungsgemäßer Aufprallfederdämpfer kann beispielsweise in Stoßstangen von Kraftfahrzeugen zur Anwendung gelangen.

Der Boden 2 und die Wandung 3 sowie der Gewindebolzen 11, das Traglager 7 und das Element 12 bestehen bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff. Hinsichtlich einer in fertigungstechnischer Hinsicht einfachen und kostengün­ stigen Herstellbarkeit des Aufprallfederdämpfers ist dies von Vorteil. Die in ra­ dialer Richtung auf den Kolben 5 lastende Vorspannung ist in beiden Ausfüh­ rungsbeispielen über die axiale Verspannung der Druckfedern 1, 10 einstellbar. In beiden Figuren ist der Aufprallfederdämpfer jeweils nicht-aufprallbelastet ge­ zeigt. Der Kolben 5 ist der in radialer Richtung angrenzenden Wandung 3 in diesen Beispielen mit einem minimalen radialen Abstand benachbart zugeord­ net. Eine Berührung des Kolbens 5 mit der Wandung 3 unter radialer Vorspan­ nung im nicht-aufprallbelasteten Zustand ist ebenfalls denkbar. Bei einem Auf­ prall auf das Element 12 in Richtung 13 legt sich in den Fig. 1 und 2 der Außenumfang des Kolbens 5 mit zunehmender Verschiebung des Traglagers 7 in Richtung des Bodens 2 allmählich an den Innenumfang der Wandung 3 an, was zu einer progressiven Dämpfung des Aufpralls führt. Die axialen Enden 6, 9 des Kolbens 5 weisen, bezogen auf die Achse 16 des Aufprallfederdämpfers einen Winkel α auf, der kleiner als 90° ist, wobei die dem Traglager 7 zuge­ wandte axiale Begrenzung 6 und die Druckfläche 15 des Traglagers 7 einen Winkel β begrenzen, der bevorzugt höchstens 45° aufweist. Der Winkel α beträgt in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel 80°, der Winkel β 10°.

Bei Einleitung eines Aufpralls in Richtung 13 legen sich die axiale Begren­ zung 6 und die Druckfläche 15 sowie der Außenumfang des Kolbens 5 und der Innenumfang der Wandung 3 aneinander an. Durch die Berührung des Außen­ umfangs des Kolbens 5 mit der Wandung 3 unter radialer Vorspannung wird die Bewegung des Aufpralls durch Reibung gedämpft. Bei Entlastung federt der Kolben entgegen Richtung 13 zurück, wobei der Aufprallfederdämpfer wieder die hier dargestellte Position einnimmt.

Das Traglager 7 ist der Wandung 3 in den Fig. 1 und 2 jeweils mit radialem Abstand benachbart zugeordnet. Dadurch wird es ermöglicht, daß die Druck­ feder 1 und der Kolben 5 sich auch dann einwandfrei verformen und funktio­ nieren können, wenn die eingeleitete Kraft 13 nicht exakt in Richtung der Achse 16 des Aufprallfederdämpfers wirkt.

Durch die miteinander gekoppelte axiale und radiale Einstellung der Vorspan­ nung der Druckfeder 1, 10 und des Kolbens 5 mit Hilfe der an dem Gewinde­ bolzen 11 befestigten Mutter 17 und die Werkstoffauswahl des Kolbens 5 ist es möglich, den Aufprallfederdämpfer an unterschiedliche Gegebenheiten des Anwendungsfalles anzupassen. Dabei wird durch Vergrößern der Vorspannung die Arbeitsaufnahmefähigkeit des Aufprallfederdämpfers erhöht.

Die zweite Druckfeder 10 wirkt jeweils als Vorspannfeder und kann Zugkräfte aufnehmen, die auf den Aufprallfederdämpfer von außen einwirken. Dadurch wird der Aufprallfederdämpfer stabilisiert und in seiner Lager zentriert. Außer­ dem wird der Rückstellweg im Bereich seiner Endlage entsprechend weich ab­ gefedert, wodurch Anschlaggeräusche und/oder harte Anschlagberührungen zuverlässig vermieden werden.

In Fig. 1 sind der Kolben 5, die erste und die zweite Druckfeder 1, 10 ein­ stückig ineinanderübergehend und materialeinheitlich ausgebildet. Die erste Druckfeder 1 und die zweite Druckfeder 10 sind räumlich durch eine umlau­ fende nutförmige Vertiefung 14 voneinander getrennt, wobei die Vertiefung 14 in eine kreisförmige Ausnehmung des Bodens 2 einknüpfbar ist. Die erste Druckfeder 1 weist einen ringförmig sich in Richtung der Wandung 3 er­ streckenden Anschlagpuffer 18 auf, der bei extremen Einfederungen des Ele­ ments 12 an die Wandung 3 anlegbar ist.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Aufprallfederdämpfers ge­ zeigt, bei dem der Kolben 5 und der ringförmige Anschlagpuffer 18 einstückig ineinanderübergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind. In axialer Rich­ tung zwischen dem Anschlagpuffer 18 und dem Boden 2 ist ein weiterer Dämpfungsring 19 angeordnet, der eine - bezogen auf die erste Druckfeder 1 - größere Dichte aufweist. Bei extremen Einfederbewegungen des mit dem Traglager 7 verbundenen Elements 12 ist dadurch die Dämpfung progressiver, als im Ausführungsbeispiel Fig. 1. Mit zunehmendem Einfederweg des Elements 12 legt sich der Kolben 5 zunächst verstärkt an die Wandung 3 an. Bei weiterer Einfederbewegung gelangen außerdem der Anschlagpuffer 18 und die Wandung 3 in Berührung und unterstützen die progressive Dämpfung. Der weitere Dämpfungsring 19 ist als Begrenzung für axiale Einfederbewegungen vorgesehen und um eine verbesserte Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles zu ermöglichen. Durch eine entspre­ chende Auswahl des Elastomerwerkstoffs des weiteren Dämpfungsrings 19 ist eine Feineinstellung der Gebrauchseigenschaften des Aufprallfederdämpfers möglich. Die zweite Druckfeder 10 ist als Einzelteil separat erzeugt und kann daher an zu erwartende Zugkräfte besser angepaßt werden. Durch eine ent­ sprechende Auswahl des elastomeren Werkstoffs der zweiten Druckfeder kann die Zurückfederung des Aufprallfederdämpfers in die hier dargestellte Position weich abgefangen werden.

Claims (6)

1. Aufprallfederdämpfer, umfassend einen mittels einer ersten Druckfeder auf einem Boden abgestützten und in einem von einer Wandung um­ schlossenen Hohlraum verschiebbaren Kolben aus einem elastisch ver­ formbaren Werkstoff, der an dem von dem Boden abgewandten Ende auf einem relativ verschiebbaren Traglager abgestützt ist und der bei einer niedrigen Belastung des Traglagers einen Abstand von der Wandung auf­ weist und die Wandung bei einer höheren Belastung des Traglagers anlie­ gend berührt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die es gestatten, die auf dem Kolben (5) lastende Vorspannung zu verändern.

2. Aufprallfederdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem Zugelement (8) bestehen, das auf den voneinander ab­ gewandten Enden (6, 9) des Kolbens (5) und einer zweiten Druckfeder (10) abgestützt ist, die auf der von der ersten Druckfeder (1) abgewand­ ten Seite des Bodens (2) angeordnet ist.

3. Aufprallfederdämpfer nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5), die erste (1) und die zweite Druckfeder (10) ein­ stückig ineinanderübergehend ausgebildet sind.

4. Aufprallfederdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolben (5) aus einem inkompressiblen Werkstoff besteht.

5. Aufprallfederdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolben (5) aus einem kompressiblen Werkstoff besteht.

6. Aufprallfederdämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugelement (8) aus einem relativ beweglichen Gewindebolzen (11) besteht, der in radialer Richtung von dem Kolben (5) sowie der ersten und der zweiten Druckfeder (1, 10) ganz umschlossen ist.