DE19704318B4

DE19704318B4 - Schwingungsdämpfer mit thermischem Ausgleich

Info

Publication number: DE19704318B4
Application number: DE19704318A
Authority: DE
Inventors: Yoram Ann Arbor Guy; John S. Monroe Pipis jun.
Original assignee: Tenneco Automotive Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Inc
Priority date: 1996-02-05
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2017-02-06
Also published as: JPH09273583A; GB9700646D0; JP2972620B2; US5727662A; GB2309763A; GB2309763B; DE19704318A1

Abstract

Schwingungsdämpfer mit einem Druckrohr (102), das mit einem Arbeitsraum (130) versehen ist, einem im Druckrohr verschiebbaren Kolben (110) mit einer Kolbenstange (112), einem Außenrohr (106) für einen Vorratsraum (108), einem am Bodenende des Druckrohrs (102) angeordneten Endteil (140; 240) mit einem Bodenventil für den Strömungsmittelaustausch zwischen dem Arbeitsraum (130) und dem Vorratsraum (108), und einem Vorspannmittel (144; 244), das zwischen dem Druckrohr (102) und dem Außenrohr (106) so angeordnet ist, dass das Druckrohr (102) am Bodenende relativ zu dem Außenrohr (106) bewegbar ist, um unterschiedliche Längenausdehnungen zwischen den beiden Rohren zu kompensieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Endteil (140; 240) mit einem Verbindungsglied (160) versehen ist, das zum Ermöglichen der Relativbewegung zwischen dem Druckrohr (102) und dem Außenrohr (106) in einer Bohrung (158) einer Abstützplatte (142, 242) gleitend geführt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer, insbesondere einen Schwingungsdämpfer für Radaufhängungssysteme von Kraftfahrzeugen bzw. Maschinen, die einer Scnwingungsdämpfung bedürfen.
Ein bekannter Schwingungsdämpfer 10 mit zwei Rohren ist in 1 dargestellt und besteht aus einer Kolbenstangenanordnung 12, einer Druckrohranordnung 14 und einem Außenrohr 16. Die Kolbenstangenanordnung 12 liegt innerhalb der Druckrohranordnung 14 und besteht aus einer Kolbenstange 18 mit einem Anschlußstück 20 am einen Ende, das sich aus der Druckrohranordnung 14 heraus erstreckt und mit dem Fahrzeug verbunden ist. Das andere Ende der Kolbenstange 18 ist mit einem Kolben 22 mit Ventil versehen. Die Druckrohranordnung 14 weist ein Druckrohr 24 mit einer Kolbenstangenführung 26 am einen Ende und einem Bodenventil 28 am anderen Ende auf. Die Führung 26 ist mit einem Lager 30 zum Abdichten der Kolbenstange 18 versehen. Das Bodenventil 28 steuert den Strömungsmittelaustausch zwischen der Arbeitskammer 31 im Druckrohr 24 und einem Vorratsraum 32 innerhalb des Außenrohrs 16. Der Vorratsraum 32 umgibt das Druckrohr 24 koaxial und liegt zwischen dem Bodenventil 28 und der Führung 26. Das Außenrohr 16 ist mit einer Lasche 34 zur Befestigung des Rohres 16 am Fahrzeug versehen.
Die Dämpfungseigenschaften werden von Öffnungen im Kolbenventil 22 und Bodenventil 28 hervorgerufen, durch die der Flüssigkeitsaustausch im Kolbenventil 22 und vom Arbeitsraum 31 zum Vorratsraum 32 erfolgt. Da die Kolbenstange nur auf einer Seite des Kolbenventils 22 vorgesehen ist, unterscheidet sich das im Druckhub verdrängte Volumen vom Volumen der Dämpferflüssigkeit im Zughub. Dieser Volumenunterschied wird Stangenvolumen genannt und mit Hilfe des Bodenventils 28 und des Vorratsraums 32 ausgeglichen. Das Stangenvolumen wird aus dem Arbeitsraum 31 beim Druckhub durch das Bodenventil 28 in den Vorratsraum 32 verdrängt In der Zugstufe tritt das Stangenvolumen durch das Bodenventil 28 in den Arbeitsraum 31 ein.
Infolge der dauernden Verschiebung von Kolbenstange 18 und Kolbenventil 22 strömt das Stangenvolumen dauernd durch das Bodenventil 28, so daß nur ein Teil der Flüssigkeit im Vorratsraum 32 zur Wirkung gebracht wird, während das restliche Volumen im Vorratsraum 32 verbleibt. Der schnelle Austausch von Flüssigkeit durch das Bodenventil und das Kolbenventil 22 sowie die Reibung zwischen dem Kolbenventil 22 und dem Druckrohr 24 sowie zwischen der Kolbenstange 18 und der Stangenführung 26 erzeugt Wärme, die auf die Dauer unerwünscht ist.
Ferner arbeiten Schwingungsdämpfer in Fahrzeugen bei sehr unterschiedlichen Temperaturen, die im Winter sehr tief und im Sommer extrem hoch sein können. Bei bekannten Schwingungsdämpfern sind Druckrohr 24 und Außenrohr 16 aus Stahl hergestellt. Wenn dies auch ein zufriedenstellender Werkstoff ist, so besitzen doch Aluminiumrohre geringeres Gewicht und eine bessere Wärmeabführung. Wenn aber das Druckrohr 24 aus Stahl und das Außenrohr 16 aus Aluminium hergestellt sind, so führt doch die unterschiedliche thermische Ausdehnung zu Problemen bei langer Betriebszeit. So können sich bei sehr geringen Temperaturen strukturelle Fehler einstellen oder bei sehr hohen Temperaturen mangelhafte Abdichtung und Verlust der Druckrohrvorbelastung.
So hat man Verfahren entwickelt, mit denen es möglich ist, den unterschiedlichen axialen Ausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Stahl auszugleichen, wie auch die unterschiedliche thermische Ausdehnung verschiedener anderer Werkstoffe.

Ein Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 42 30 238 A1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Schwingungsdämpfer, bei dem das Druckrohr am Bodenende relativ zum Außenrohr verschiebbar ist. Dies wird bei dem entsprechenden Ausführungsbeispiel durch eine Lagerung des Druckrohres in einem federnd ausgebildeten schalenförmigen Teil 33 und bei einem anderen Ausführungsbeispiel durch eine Lagerung des Zugrohres in einem schalenförmigen Teil, das mittels einer Schraubenfeder federnd abgestützt wird, erreicht. Dieser Druckschrift lässt sich somit eine axiale Verschiebung des Druckrohres am Bodenende ohne radiale Führung entnehmen.

Aus der EP 27 163 A1 ist ein gattungsgemäßer Schwingungsdämpfer bekannt, bei dem eine Lagerung des Druckrohres am Bodenende für eine Kompensation unterschiedlicher Längendehnungen von Druck- und Außenrohr vorgesehen ist. Hierbei ist das Bodenende des Druckrohres fixiert, um die relative Verschiebung am kolbenstangenaustrittsseitigen Ende zu gewährleisten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer zu schaffen, der unterschiedliche thermisch bedingte Längendehnungen von Druck- und Außenrohr ausgleicht und somit bei sehr niedrigen und sehr hohen Temperaturen betriebssicher arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist das Endteil mit einem Verbindungsglied versehen, das zum Ermöglichen der Relativbewegung zwischen dem Druckrohr und dem Außenrohr in einer Bohrung einer Abstützplatte gleitend geführt ist. Die gleitende Führung von Druckrohr und Außenrohr ist somit unabhängig von dem Vorspannmittel. Auf diese Weise lässt sich eine präzise Führung des Druckrohres im Außenrohr sicherstellen. Da hierdurch unterschiedliche thermisch bedingte Dehnungen zwischen Innen- und Außenrohr ausgeglichen werden, ist eine einwandfreie Funktionsweise des Schwingungsdämpfers sowohl bei sehr niedrigen wie auch bei sehr hohen Temperaturen sichergestellt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt eines bekannten Schwingungsdämpfers,
2 einen Längsschnitt eines Schwingungsdämpfers mit erfindungsgemäß ausgebildetem Bodenteil,
3 einen Schnitt des Bodenteils im vergrößerten Maßstab,
4 einen Schnitt ähnlich 3 in einer abgeänderten Ausführungsform.
In der Zeichnung sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. So zeigt 2 einen Schwingungsdämpfer 100 mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Bodenteil. Der Schwingungsdämpfer 100 besteht aus einem Druckrohr 102 mit einer Arbeitskammer 104 und einem Außenrohr 106 zur Abteilung eines Vorratsraums 108. Diese Bauweise ist beispielhaft.
Im Arbeitsraum 104 ist eine Kolbenanordnung 110 verschiebbar, an der eine Kolbenstange 112 befestigt ist. Diese wird im Druckrohr 102 mit Hilfe einer kombinierten Dichtungs- und Stangenführungsanordnung 114 getragen und geführt, die am oberen Ende ses Druckrohrs 102 liegt und eine zentrische Bohrung 116 aufweist, durch welche die Kolbenstange 112 greift. In der Bohrung 116 zwischen der Stangenführung 114 und der Kolbenstange 112 liegt eine Buchse 118 zur Führung der Kolbenstange 112 in der Anordnung 114.
Am unteren Ende des Druckrohrs 102 ist das mit 120 bezeichnete Zylinderbodenteil dargestellt, durch das die Strömung der Dämpferflüssigkeit zwischen der Arbeitskammer 104 und dem Vorratsraum 108 erfolgt und das auch zum Ausgleich der unterschiedlichen axialen thermischen Ausdehnung zwischen den Bauteilen des Schwingungsdämpfers 100 dient, wie noch beschrieben wird. Der Vorratsraum 108 liegt zwischen dem Außenumfang des Druckrohrs 102 und dem Innenumfang des Außenrohrs 106.
Das obere und untere Ende des Schwingungsdämpfers 100 ist zum Einbau in ein Fahrzeug vorgesehen. So besitzt die Kolbenstange 112 ein Gewinde 122, zur Befestigung, während das Außenrohr 106 mit einem Flansch 124 versehen ist, dessen Bohrungen 126 zur Befestigung des unteren Endes am Fahrzeug dienen (McPherson Federbein). Auch dies ist nur beispielhaft für die Bauweise. Bei Verschiebung des Kolbens 110 erfolgt ein Flüssigkeitsaustausch zwischen dem oberen Teil 128 und dem unteren Teil 130 der Arbeitskammer 104, wie auch zwischen dem Arbeitsraum 104 und dem Vorratsraum 108 über das Bodenteil 120, um auftretende Schwingungen zwischen der gefederten und ungefederten Masse des Fahrzeuges zu dämpfen.
In 3 ist das erfindungsgemäß ausgebildete Bodenteil 120 in Einzelheiten dargestellt. Dabei handelt es sich um ein Endteil 140 als stirnseitigen Abschluß des Druckrohrs, eine Stützplatte 142 und mehreren, vorzugsweise geradzahlig, Tellerfedern 144 zwischen dem Endteil 140 und der Stützplatte 142. Das Endteil 140 besitzt ein typisches Bodenventil mit mehreren Strömungskanälen 146, Druckventil 148 und Einlaßventil 150 und ggf. einem unterschiedlichen Strömungsweg 152 für das Vorratsvolumen. Eine Wendelfeder drückt das Einlaßventil 148 in Schließstellung und ein Zugbolzen (Vorspannungskraft) drückt das Druckventil 150 in Schließstellung. Die Arbeitsweise des Endteils 140 entspricht einem bekannten Bodenventil und wird hier nicht weiter erläutert.
Die Stützplatte 142 besitzt eine Innenbohrung 158, in der eine Mutter 160 verschiebbar einsitzt, so daß das Endteil 140 und die Stützplatte 142 axial gegenein ander beweglich sind. Die Innenbohrung 158 ist etwas kleiner als der Kopf der Mutter 160, so daß die Mutter 160 die Tellerfedern 144 und die Stützplatte 142 zusammenhält. Mehrere Tellerfedern 144, vorzugsweise eine gerade Anzahl, liegt zwischen dem Endteil 140 und der Stützplatte 142 und drückt das Endteil 144 von der Stützplatte 142 weg. Die Tellerfedern 144 sind mit ihrem Innenumfang verschiebbar auf dem Außenumfang der Stützplatte 142 aufgesetzt, um die Tellerfedern 144 radial zu halten. Die Stützplatte 142 stößt im Vorratsraum 108 an den geschlossenen Boden des Außenrohrs 106. Die Stützplatte 142 ist ggf. mit einem Strömungsweg 162 für ein unterschiedliches Vorratsvolumen versehen, so daß ein Teilvolumen der Dämpferflüssigkeit oder das gesamte Volumen zwischen dem Druckrohr 102 und dem Vorratsraum 108 strömen kann.
Wie aus 2 ersichtlich ist, wird die Baugruppe, die aus Druckrohr 102, Kolben 110, Kolbenstange 112, Stangenführung 114 und dem Bodenteil 120 besteht, in das Druckrohr 106 eingesetzt und auf die Kolbenstangenführung 114 eine axiale Belastung ausgeübt, die durch das Druckrohr 102 und das Bodenteil 120 auf den Boden des Außenrohrs 106 wirkt und damit die Tellerfedern 144 zu einem bestimmten Grad zusammendrückt. Ist der gewünschte Grad erreicht, so wird das offene Ende des Außenrohrs 106 mit einem bekannten Verfahren bei 164 geschlossen, wodurch die Befestigung der Baugruppe erfolgt. In diesem Zustand kann nun eine unterschiedliche axiale thermische Ausdehnung zwischen dem Außenrohr 106 aus Aluminium und dem Druckrohr 102 aus Stahl über die Tellerfedern 144 ausgeglichen werden. Die zulässige Verschiebung zwischen dem Druckrohr 102 und dem Außenrohr 106 sorgt für den Zusammenhalt zwischen den beiden Komponenten von unterschiedlichem Ausdehnungsgrad, ohne die Abdichtung zwischen dem Komponenten zu gefährden. So ist es möglich, ein Außenrohr 106 zur Gewichtsverringerung und besseren Wärmeabführung aus Aluminium herzustellen, während man für das Druckrohr 102 Stahl verwendet, der verschleißfest ist und höher beanspruchbar ist, ohne daß hieraus Probleme entstehen, die von den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten herrühren.
Mit der Anordnung der Tellerfedern 144 in einem Zick-Zack-Muster, wie es 3 zeigt, können erfindungsgemäß axiale Kräfte zwischen dem geschlossenen Boden des Außenrohrs 106 und dem Bodenteil 140 im wesentlichen in gleicher Weise hinsichtlich der Durchmesser und der Krafteinleitungsstellen wie bei bekannten Schwingungsdämpfern übertragen werden, so daß auch Biegekräfte, die auf das Bodenteil 140 und die Stützplatte 142 wirken, minimal sind. Die erfindungsgemäße Bauweise liefert auch eine vereinfachte Montage, weil die Tellerfedern 144 mit der Stützplatte 142 zusammen mit dem Bodenteil 140 zusammengebaut werden und am Bodenteil 140 mit der Mutter 160 gehalten sind. So läßt sich die erfindungsgemäße Anordnung bei jedem üblichen Schwingungsdämpfer verwenden, wenn man nur eine kleine Längenänderung am Druckrohr oder Außenrohr vornimmt, ohne daß die Kolbenanordnung 110, die Stangenführung 114 oder die Kolbenstange 112 verändert werden müssen. Ferner bietet die Bauweise ausreichend Raum, um Tellerfedern 144 in verschiedenen Anordnungen unterzubringen, weil der Innendurchmesser der Tellerfedern 144 so klein wie der Außendurchmesser der Mutter 140 sein kann.
4 zeigt ein Bodenteil 220 in einer anderen Ausführungsform mit einem Endteil 240 für das Druckrohr, einer Stützplatte 242 und mehreren, vorzugsweise geradzahlig, Tellerfedern 244. Diese haben aber eine geringere Federsteifigkeit wie die Tellerfedern 144 im Ausführungsbeispiel der 3, und zwar wegen des höheren OD/ID Verhältnisses gegenüber der Standardausführung und wegen des dünneren Blechprofils bei der Herstellung. Das Endteil 240 mit der Abstützplatte 242 entspricht in etwa dem Endteil 140 und der Abstützplatte 142 mit Ausnahme der ggf. unterschiedlichen Vorratsvolumenströmung. Ferner hat die Stützplatte 242 eine Schulter verringerten Durchmessers für die Unterbringung der Tellerfedern 244, deren Innendurchmesser kleiner als der der Tellerfedern 144 ist. Der kleinere Durchmesser verbietet den Einbau eines Kanals für die Vorratsvolumenströmung wie dies bei 162 in der Stützplatte 142 vorgesehen ist. Für einen ausreichend großen Durchgang des Vorratsvolumens ist das Endteil 240 mit Strömungskanälen 252 ver sehen, die größer sind als der Durchgang 152 im Endteil 140, bei dem von einem parallelen Durchgang 162 Gebrauch gemacht wird.

Claims

Schwingungsdämpfer mit einem Druckrohr (102), das mit einem Arbeitsraum (130) versehen ist, einem im Druckrohr verschiebbaren Kolben (110) mit einer Kolbenstange (112), einem Außenrohr (106) für einen Vorratsraum (108), einem am Bodenende des Druckrohrs (102) angeordneten Endteil (140; 240) mit einem Bodenventil für den Strömungsmittelaustausch zwischen dem Arbeitsraum (130) und dem Vorratsraum (108), und einem Vorspannmittel (144; 244), das zwischen dem Druckrohr (102) und dem Außenrohr (106) so angeordnet ist, dass das Druckrohr (102) am Bodenende relativ zu dem Außenrohr (106) bewegbar ist, um unterschiedliche Längenausdehnungen zwischen den beiden Rohren zu kompensieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Endteil (140; 240) mit einem Verbindungsglied (160) versehen ist, das zum Ermöglichen der Relativbewegung zwischen dem Druckrohr (102) und dem Außenrohr (106) in einer Bohrung (158) einer Abstützplatte (142, 242) gleitend geführt ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützplatte (142; 242) zwischen dem Außenrohr (106) und dem Druckrohr (102) angeordnet ist und das Vorspannmittel (144; 244) zwischen der Stützplatte und dem Druckrohr vorgesehen ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützplatte (142) verschiebbar am Endteil (140; 240) des Druckrohrs angeordnet ist.
Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorspannmittel mindestens eine Tellerfeder (144; 244) vorgesehen ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Tellerfedern (144; 244) geradzahlig ist und die Tellerfedern in einem Zick-Zack-Muster angeordnet sind.
Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannmittel (144; 244) zwischen dem Endteil (140; 240) des Druckrohrs (102) und dem Außenrohr (106) angeordnet ist.