DE4302262A1 - Kolbenstangendichtung mit reduzierter Losbrechkraft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinheit gemäß dem Oberbe­ griff von Patentanspruch 1.

Bei Schwingungsdämpfern konventioneller Bauart ist das Problem des sog. Stick-Slip-Effektes zwischen der Kolbenstangendichtung und der Kolbenstange bekannt, das sich bei Anwendung eines Schwingungsdämpfers innerhalb eines Kraftfahrzeuges für den Fahr­ zeuginsassen darin äußert, daß es gerade bei kleinen Fahrbahnun­ ebenheiten zu Komforteinbußen kommt. Diese sind die Folge einer nicht unerheblichen Losbrechkraft zwischen der Kolbenstange und der Kolbenstangendichtung, die beim Federungsvorgang überwunden werden muß. Maßgebend für die Größe der Losbrechkraft ist eine relativ hohe Haftreibung, die bei der Kolbenstangenbewegung über­ wunden werden muß. Bis zur Überwindung der Losbrechkraft hat die Kolbenstange nur eine kleine Wegstrecke mit einer geringen Ge­ schwindigkeit beim Federungsvorgang zurückgelegt. Folglich konnte der Schwingungsdämpfer nur eine unbedeutende Dämpfwirkung errei­ chen. Unmittelbar nach dem Überwinden der Losbrechkraft und den Übergang in die Gleitreibungsphase führt die Kolbenstange auf Grund der verminderten Reaktionskraft auf die Kolbenstange eine Beschleunigung aus, die mit einem plötzlichen Anstieg der Dämpf­ kraft verbunden ist. Dieser plötzliche Anstieg der Dämpfkraft wird als Stoß oder Ruck wahrgenommen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit einfachen und zu­ verlässig wirkenden Mitteln einen mit gutem Ansprechverhalten ausgestatteten Schwingungsdämpfer zu realisieren, bei dem Auswir­ kungen des Stick-Slip-Effektes mit ihren bekannten nachteiligen Folgen vermieden werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 ge­ löst.

In der Anfangsphase einer jeden Kolbenstangenbewegung wirkt vor­ teilhafterweise nur die Dämpfkraft der Dämpfeinrichtung. Die Rei­ bungskräfte zwischen der Kolbenstange und der Kolbenstangendich­ tung sind durch die Mitnahme der Kolbenstangendichtung von der Kolbenstange ausgeschaltet. Erst wenn die Kolbenstange einen be­ stimmten Weg mit einer in der Regel schon recht hohen Geschwin­ digkeit zurückgelegt bzw. erreicht hat, muß die Losbrechkraft überwunden werden. Diese stellt dann aber nur einen vernachläs­ sigbaren Anteil im Verhältnis zur Dämpfkraft der Dämpfeinrichtung dar und wird von den Fahrzeuginsassen nicht mehr wahrgenommen. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Federkraft der Federeinrichtung bei Stillstand der Kolbenstange einerseits größer als die Gleitreibungskraft und andererseits kleiner als die Haftreibungskraft zwischen der Dichtkante der Dichtung und der Kolbenstange. Die Auslegung der Federkraft sorgt dafür, daß eine kontrollierte Bewegung der Dichtkante erreicht wird.

Die Federrate und der Federweg der Federeinrichtung sind derart bestimmt, daß aus der Ruhelage eine Mitnahme der Kolbenstangen­ dichtung auf Grund der Haftreibung zwischen der Kolbenstange und der Kolbenstangendichtung erfolgt, bis ein Kräftegleichgewicht zwischen der Federkraft der Federeinrichtung und der Haftreibung überwunden wird, wobei bereits eine Hubgeschwindigkeit der Kol­ benstange in Verbindung mit einer Dämpfkraft vorliegt, die ein Vielfaches der Losbrechkraft der Dichtung bezüglich der Kolben­ stange beträgt. Für die Kolbenstangendichtung bedeutet die Ausle­ gung der Federeinrichtung, daß eine praktisch dauernde Schwingbe­ wegung vorliegt. Die Tatsache, daß die Federkraft der Federein­ richtung größer ist als die Gleitreibungskraft zwischen der Kol­ benstange und der Kolbenstangendichtung, sorgt in diesem Zusam­ menhang auf einfache Art und Weise dafür, daß die schwingende Be­ wegung der Kolbenstangendichtung durch die wirkende Gleitreibung nicht unterbunden werden kann.

Bei einer vorteilhaften Ausführung ist ein Federelement als ein Federbalg ausgebildet, der an der außenliegenden Seite der Dich­ tungseinheit angeordnet ist. Diese Version ist besonders dann interessant, wenn man auf eine Staubdichtung verzichten will.

Die axial bewegliche Dichtkante ist auf einem Dichtungskolben angeordnet, wobei die axialen Stirnflächen Stützflächen für je­ weils mindestens eine Federeinrichtung darstellen. Mit dieser Maßnahme erfolgt die Krafteinleitung nicht unmittelbar über den Dichtkörper. Die Dichtkante erfährt eine exakte Führung, was wie­ derum die Dichtfunktion der Dichtkante sicherstellt.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch weist der Dichtungskolben an seinem Außendurchmesser einen umlaufenden Steg auf, der mit einer Dichtung versehen ist.

Die Dichtungseinheit kann aus einer Hauptdichtung und einer Staub­ dichtung bestehen, wobei die Hauptdichtung axial beweglich und die Staubdichtung ortsfest ausgeführt ist. Die Staubdichtung, die in der Regel mit einer Armierungsscheibe versehen ist, bildet dabei vorteilhafterweise eine Abstützfläche für ein Federelement der Federeinrichtung.

An Hand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Dichtungseinheit mit zweigeteilter Dichtung innerhalb der Kolbenstangenführung;

Fig. 2 eine Dichtungseinheit mit einem Federbalg als Federele­ ment.

Die Fig. 1 zeigt einen Schwingungsdämpfer 1, wobei sich die Dar­ stellung auf den Kolbenstangenführungsbereich beschränkt, bei dem eine Kolbenstangenführung 3 mit einer Dichtungseinheit 5 ein Druckrohr an der Austrittsseite einer Kolbenstange 9 gegenüber der Atmosphäre verschließt. Die Kolbenstange 9 wird innerhalb ei­ ner zentrischen Öffnung geführt. Konzentrisch zum Druckrohr T ist ein Behälterrohr 3 angeordnet, das endseitig an der Kolbenstan­ genführung 3 umgebördelt ist. Die Dichtungseinheit 5 besteht in dieser Ausführungsvariante aus einer Hauptdichtung 5a und einer Staubdichtung 5b. Beide Dichtungsteile befinden sich innerhalb einer Stufenbohrung 15 der Kolbenstangenführung 3. Die Hauptdich­ tung 5a - verspannt durch eine Wurmfeder - ist auf einem axial beweglichen Dichtungskolben 17 befestigt. Zwei Federn 19a/19b einer Federungseinheit 19 verspannen den Dichtungskolben inner­ halb der Kolbenstangenführung 3. Die Stufenbohrung 15 der Kolben­ stangenführung 3 wird von der Staubdichtung 5b verschlossen. Innerhalb der Kolbenstangenführung 3 sind zwei Überströmkanäle 21 und 23 vorgesehen. Der erste Überströmkanal 21 befindet sich im Bereich der Stufenbohrung 15 zwischen dem kreisringförmigen Boden der Kolbenstangenführung 3 und dem Dichtungskolben 17. Der zweite Überströmkanal 23 verbindet den Raum zwischen dem Dich­ tungskolben 17 und der Staubdichtung 5b mit einem Ausgleichsraum 25.

Bei einer beliebigen Kolbenstangenbewegung, ausgehend von der Ruhestellung, liegt eine Haftreibungskraft zwischen der Kolben­ stange 9 und der Hauptdichtung 5a vor. Der Betrag der Reibkraft ist abhängig vom Reibungsbeiwert und der Vorspannung der Dich­ tung 5a auf der Kolbenstange 9. Die Haftreibungskraft ist in der Ruhestellung der Kolbenstange 9 größer als die Federkraft beider Federn 19a und 19b der Federeinheit 19. Folglich führt die Haupt­ dichtung 5a die Kolbenstangenbewegung so weit synchron mit aus, bis die Federkraft als Produkt aus Federrate und Verschiebeweg der Hauptdichtung 5a einen Betrag erreicht, der größer ist als die Haftreibung zwischen der Kolbenstange 9 und der Hauptdich­ tung 5a.

Während des ersten Bewegungsabschnittes der Kolbenstange 9 baut sich die volle Dämpfkraft auf. Die aus dem Stand der Technik be­ kannten Losbrechkräfte können die Dämpfung nicht nachteilig be­ einflussen. Im zweiten Bewegungsabschnitt der Kolbenstange 9 er­ reicht die Federkraft der Federeinrichtung 19 ein Niveau, das oberhalb der Losbrechkraft der Hauptdichtung 5a bezüglich der Kolbenstange 9 liegt. Die Hauptdichtung 5a führt danach eine schwingende Relativbewegung auf Grund der entgegengesetzt gerich­ teten. Federkräfte der Federeinrichtung 19 bezüglich der Kolben­ stange 9 aus.

Während der Mitnahmebewegung zwischen der Hauptdichtung 5a und der Kolbenstange 9 wird auftretendes Lecköl zwischen der zentrischen Öffnung 11 der Kolbenstangenführung 3 und der Kolben­ stange 9 vom ersten Überströmkanal 21 dem Ausgleichsraum 25 zuge­ führt. Der Dichtungskolben ist an seinem umlaufenden Steg 27 mit einer Dichtung 29 versehen, die gegenüber der Kolbenstangenfüh­ rung 3 ebenfalls abdichtet, wobei diese Dichtung 29 nur einen vernachlässigbaren Dichtbelastung ausgesetzt ist. Sollte die Dichtung 29 das Lecköl aus dem Raum zwischen dem Dichtkolben 17 und dem Boden der Kolbenstangenführung 3 nicht bewältigen können, so steht immer noch der zweite Überströmkanal 23 zur Verfügung, wobei zu bemerken ist, daß ein geringer Ölfilm auf der Kolben­ stange 9 einen zusätzlichen Schutz für diese darstellt.

Die Dichtungseinheit 5 läßt sich sehr leicht innerhalb der Kol­ benstangenführung 3 einbringen. Sämtliche Teile zeichnen sich durch ihre Einfachheit aus.

Die Kolbenstangenführung 3 der Fig. 2 mit der Dichtungseinheit 5 unterscheidet sich vor allem dadurch, daß ein Federelement der Federeinrichtung 19 als Federbalg 19c ausgeführt ist. Der Feder­ balg 19c hat die Funktion, etwaige Leckagen zwischen dem Dicht­ kolben 17 und dem Deckel der Kolbenstangenführung 3 gegenüber der Atmosphäre zu unterbinden. Diese Funktion ist identisch mit der der Ausführung von Fig. 1. Interessant ist sie besonders dann, wenn man auf eine Staubdichtung verzichten möchte und kann.

Claims (7)

1. Dichtungseinheit innerhalb einer Kolbenstangenführung, ins­ besondere für einen Schwingungsdämpfer, wobei die Dichtungs­ einheit die einen Arbeitsraum innerhalb eines Druckrohres gegenüber der Atmosphäre abdichtet, umfassend einen Kolben­ stangenführungskörper mit einer zentrischen Durchgangsöffnung für eine axial bewegliche Kolbenstange, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Dichtkante einer an sich bekannten Dichtung (5a) aufgrund einer Kolbenstangenbewegung aus der Ruhelage eine Axialbewegung in beide Axialbewegungsrichtungen ausführen kann, wobei eine Federeinrichtung (19) eine der Dichtkanten­ bewegung entgegengesetzte Gegenkraft auf die Dichtung ausübt.

2. Dichtungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft der Federeinrichtung (19) bei Stillstand der Kolbenstange (9) einerseits größer ist als die Gleitrei­ bungskraft und andererseits kleiner als die Haftreibungs­ kraft zwischen der Dichtkante der Dichtung (5a) und der Kolbenstange (9).

3. Dichtungseinheit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Federrate und der Federweg der Federeinrich­ tung (19) derart bestimmt ist, daß aus der Ruhelage eine Mitnahme der Dichtung (5a) aufgrund der Haftreibungskraft zwischen der Kolbenstange (9) und der Dichtung (5a) erfolgt, bis ein Kräftegleichgewicht zwischen der Federkraft der Federeinrichtung (19) und der Haftreibung überwunden wird, wobei bereits eine Hubgeschwindigkeit der Kolbenstange in Verbindung mit einer Dämpfkraft vorliegt, die ein Vielfa­ ches der Losbrechkraft der Dichtung (5a) bezüglich der Kol­ benstange (9) beträgt. Kolbenbewegung erfolgt.

4. Dichtungseinheit nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Federelement als ein Federbalg (19c) aus­ gebildet ist, der an der außenliegenden Seite der Dichtungs­ einheit (5) angeordnet ist.

5. Dichtungseinheit nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die axial bewegliche Dichtkante auf einem Dichtungskol­ ben (17) angeordnet ist, wobei die axialen Stirnflächen Stützflächen für jeweils mindestens eine Feder (19a, 19b, 19c) der Federeinrichtung (19) darstellen.

6. Dichtungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskolben (17) an seinem Außendurchmesser einen umlaufenden Steg (27) aufweist, der mit einer Dich­ tung (29) versehen ist.

7. Dichtungseinheit nach einem beliebigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinheit (5) aus einer Hauptdichtung (5a) und einer Staubdichtung (5b) besteht, wobei die Hauptdichtung (5a) axial beweglich und die Staubdichtung (5b) ortsfest ausgeführt ist.