DE19542346C2 - Aufprallfederdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufprallfederdämpfer, umfassend einen mittels einer 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 niedrigen Belastung des Traglagers einen Abstand von der Wandung aufweist und die Wandung bei einer höheren Belastung des Traglagers anliegend berührt, wobei ein Zugelement vorgesehen ist, das auf den voneinander abgewandten Enden des Kolbens angeordnet ist und es gestattet, die auf dem Kolben lastende Vorspannung zu verändern.

Ein solcher Aufprallfederdämpfer ist aus dem DE-GM 74 39 698 bekannt. Der Kolben ist als Federungsanschlag ausgebildet und in einem Dämpfergehäuse geführt. Der Kolben besteht aus mehreren, in Belastungsrichtung hintereinander und/oder nebeneinander angeordneten, kreisringförmigen oder polygonalen Teilen aus volumenkompressiblem Werkstoff mit unterschiedlicher Dichte und liegt bei Druckbeanspruchung am Dämpfergehäuse an. Die Teile, aus denen der Kolben besteht, sind derart miteinander verbunden, daß sich insgesamt ein einziger, zylinderförmiger Kolben ergibt, der zwischen dem Traglager und dem Boden angeordnet ist.

Ein weiterer 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 umschlossenen Hohlraums geführt ist, ist auf einer ersten Scheibe aus elastomerem Werkstoff angeordnet, die ihrerseits auf der von dem Stempel abgewandten Seite auf einer zweiten Scheibe abgestützt ist, die das Widerlager für die Druckfeder bildet. Die erste Scheibe tritt bei Druckbelastung in rei­ benden Kontakt mit der Wandung und besteht beispielsweise aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk.

Aus der DE 43 19 689 A1 ist ein Abstützlager für Kraftfahrzeuge bekannt, umfassend eine Stützstange, die eine Aufnahmeöffnung in der Karosserie durchragt und dieser mit radialem Abstand benachbart zugeordnet ist. Die Aufnahmeöffnung wird von napfförmigen Aufnahmen für elastische Abstützelemente umschlossen, wobei die Abstützelemente beim montierten Abstützlager vorgespannt zwischen Anschlägen gehalten sind. Die Stützstange ist axial und winkelbeweglich gegenüber der Karosserie gehalten, wobei die napfförmigen Aufnahmen die Abstützelemente mit radialem Abstand außenumfangsseitig umschließen. Bei Einfederung der Abstützelemente legen sich diese mit zunehmender Deformation unter zunehmender Belastung an die napfförmigen Aufnahmen an, wodurch sich ein progressiver Anstieg der Federkennlinie sowie eine progressive Verhärtung ergibt. Eine Reibungsdämpfung ist bei diesem Abstützlager nicht beabsichtigt.

Aus der DE 37 42 340 A1 ist ein Körperschall isolierendes Lager bekannt, bei dem zur Begrenzung extremer Auslenkbewegungen kreisringförmig und schlauchartig ausgebildete Anschlagpuffer vorgesehen sind. Die Anschlagpuffer sind zu einem Federblock aus elastomerem Werkstoff parallel geschaltet, weisen eine Hülle aus elastischem Material auf und enthalten eine sandartige Schüttgutfüllung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufprallfederdämpfer der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß er aus einer geringen Anzahl von Einzelteilen besteht und daß seine Montage vereinfacht wird.

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

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Zugelement auf einer zweiten Druckfeder abgestützt ist, die auf der von der ersten Druckfeder abgewandten Seite des Bodens angeordnet ist und daß der Kolben, die erste und die zweite Druckfeder einstückig ineinanderübergehend ausgebildet sind. Durch die auf dem Kolben lastende, veränderbare Vorspannung ist es auf einfache Weise möglich, den Aufprallfederdämpfer ohne bauliche Veränderungen 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 Vorspannung durch das Zugelement auszugleichen, um dadurch während der gesamten Gebrauchsdauer übereinstimmend gute Gebrauchseigenschaften zu behalten.

Der Aufprallfederdämpfer besteht aus den beiden gegeneinander vorgespannten ersten und zweiten Druckfedern und einem damit kombinierten 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 Zugelement 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 Ausgangsposition nach erfolgtem Einfedern weich abgefedert wird. Harte Anschlagberührungen und/oder Geräusche werden zuverlässig vermieden.

Durch die einstückig ineinanderübergehende Ausbildung des Kolbens, der ersten und der zweiten Druckfeder 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 zwischen der ersten und der zweiten Druckfeder eine nutförmige, umfangsseitig umlaufende Vertiefung ausgebildet ist. Der Boden, der den Hohlraum in axialer Richtung einerseits begrenzt, 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, beispielsweise 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 einer 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 Werkstoffauswahl von Vorteil. Eine Verwendung kompressibler Werkstoffe, beispielsweise 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 beweglich 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 Beschädigung und/oder Zerstörung der Oberfläche der zweiten Druckfeder auch dann zuverlässig ausgeschlossen ist, wenn die Vorspannung auf die Druckfedern durch ein Anziehen oder Lösen der Mutter häufig verstellt wird. Die Unterlegscheibe kann beispielsweise nur auf der der Mutter zugewandten Oberfläche 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. Dadurch, daß der Gewindebolzen vom Kolben und den beiden Druckfedern vollständig umschlossen ist, sind diese Teile innerhalb des Hohlraums stabilisiert und in ihrer Lage zueinander zentriert. Ausweichbewegungen bei einer bestimmungsgemäßen Belastung des Aufprallfederdämpfers und daraus resultie­ rende Beeinträchtigungen der Gebrauchseigenschaften sind ausgeschlossen.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aufprallfederdämpfers wird nachfolgend anhand der Fig. 1 näher erläutert.

Es zeigt:

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

In Fig. 1 sind der Kolben 5 und die erste Druckfeder 1 einstückig ineinander übergehend sowie materialeinheitlich ausgebildet und innerhalb des Hohlraums 4 angeordnet, der vom Boden 2 und der den Hohlraum umschließenden Wandung 3 begrenzt ist. Der Boden 2 und die Wandung 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel miteinander verschweißt. Der Hohlraum 4 ist auf der dem Boden 2 abgewandten Seite durch das relativ zum Boden 2 verschiebbare Traglager 7 begrenzt, das relativ unbeweglich mit einem als Trägerrohr ausgebildeten Gewindebolzen 11 verbunden ist. Das Element, das den Aufprall aufnimmt, ist in der Figur 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 kostengünstigen Herstellbarkeit des Aufprallfederdämpfers ist dies von Vorteil. Die in radialer Richtung auf den Kolben 5 lastende Vorspannung ist in beiden Ausfüh­ rungsbeispielen über die axiale Verspannung der Druckfedern 1,10 einstellbar. In der Figur ist der Aufprallfederdämpfer nicht-aufprallbelastet gezeigt. Der Kolben 5 ist der in radialer Richtung angrenzenden Wandung 3 in diesem Beispiel mit einem minimalen radialen Abstand benachbart zugeordnet. Eine Berührung des Kolbens 5 mit der Wandung 3 unter radialer Vorspannung im nicht-aufprallbelasteten Zustand ist ebenfalls denkbar. Bei einem Aufprall auf das Element 12 in Richtung 13 legt sich 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 zugewandte 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 Begrenzung 6 und die Druckfläche 15 sowie der Außenumfang des Kolbens 5 und der Innenumfang der Wandung 3 aneinander an. Durch die Berührung des Außenumfangs 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 mit radialem Abstand benachbart zugeordnet. Dadurch wird es ermöglicht, daß die Druckfeder 1 und der Kolben 5 sich auch dann einwandfrei verformen und funktionieren 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 Vorspannung der Druckfeder 1, 10 und des Kolbens 5 mit Hilfe der an dem Gewindebolzen 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. Außerdem wird der Rückstellweg im Bereich seiner Endlage entsprechend weich abgefedert, wodurch Anschlaggeräusche und/oder harte Anschlagberührungen zuverlässig vermieden werden.

Der Kolben 5, die erste und die zweite Druckfeder 1, 10 sind einstückig ineinanderübergehend und materialeinheitlich ausgebildet. Zwischen der ersten Druckfeder 1 und der zweite Druckfeder 10 ist eine nutförmige, umfangsseitig unlaufende Vertiefung 14 ausgebildet, 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 erstreckenden Anschlagpuffer 18 auf, der bei extremen Einfederungen des Elements 12 an die Wandung 3 anlegbar ist.

Claims (6)

1. Aufprallfederdämpfer, umfassend einen mittels einer 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 niedrigen Belastung des Traglagers einen Abstand von der Wandung aufweist und die Wandung bei höheren Belastungen des Traglagers anliegend berührt und wobei ein Zugelement vorgesehen ist, das auf den voneinander abgewandten Enden des Kolbens angeordnet ist und es gestattet, die auf dem Kolben lastende Vorspannung zu verändern, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugelement (8) auf einer zweiten Druckfeder (10) abgestützt ist, die auf der von der ersten Druckfeder (1) abgewandten Seite des Bodens (2) angeordnet ist und daß der Kolben (5), die erste (1) und die zweite Druckfeder (10) einstückig ineinanderübergehend ausgebildet sind.

2. Aufprallfederdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten (1) und der zweiten Druckfeder (10) eine nutförmige, umfangsseitig umlaufende Vertiefung (14) ausgebildet ist.

3. Aufprallfederdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (14) in eine zentrale Ausnehmung des Bodens (2) einschnappbar/einknöpfbar ist.

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.