DE4410996C1 - Schwingungsdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Die bekannten Schwingungsdämpfer weisen einen Kolbenkörper auf, der aus Sinterwerkstoff besteht. Aus Festigkeitsgründen ist eine Mindesthöhe erforderlich, die den Hubweg beeinflußt. Darüber hinaus sind die Kolbenventile in der Regel auf eine bestimmte Kennlinienart, beispielsweise ausgeprägt degressiv, ausgelegt. Anpassungen werden mittels Vordrosselscheiben vorgenommen. Es kann also nur in Grenzen von Standardisierung gesprochen werden.

Darüber hinaus sind die Kolben, insbesondere die Kolbendichtungen, in ihrer Montage zu aufwendig. Beispielsweise darf der Kolbenring in einer Kolbenringnut praktisch kein Axialspiel aufweisen und wird daher innerhalb der Kolbenringnut häufig verstemmt, um das Spiel auszugleichen.

Aus der DE-OS 20 59 682 Schwingungsdämpfer bekannt, dessen Zylinderrohr durch einen an einer Kolbenstange befestigten Kolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, wobei der Kolben einen Kolbenkörper umfaßt, mit Flüssigkeitsdurchtrittskanälen, die von Ventilscheiben auf Auflagekörpern mit Ventilauflageflächen abgedeckt werden, und der Kolbenkörper mittels mindestens eines Kolbenringes in Gleitverbindung mit dem Zylinderrohr steht.

Die Schriften EP-0160 275 A1 und DE 43 02 624 C1 offenbaren, daß ein mehrteiliger Kolbenkörper alternativ zum Sinterwerkstoff aus Stanzblechen herstellbar ist. Durch die relativ komplizierten Blecheinzelteile müssen Fertigungstoleranzen berücksichtigt werden, die einen negativen Einfluß auf die zulässige Dämpfkraftstreuung haben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolbenkörper zu realisieren, dessen Dämpfkrafteinstellung wahlweise degressiv und linear ausgeführt werden kann, hinsichtlich der Dämpfkrafttoleranz unempfindlich ist, eine geringe axiale Höhe aufweist und einen Kolbenring aufweist, der die aus dem Stand der Technik bekannten Mängel vermeidet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.

Das Prägestanzen ermöglicht den Verzicht auf Sinterwerkstoffe, die sich schwieriger entsorgen lassen. Darüber hinaus kann bei gleichen Belastungszuständen die Bauhöhe des Kolbens reduziert werden, das gleichzeitig einer Hubvergrößerung gleich kommt. Durch die gezielte Abstimmung der Auflagekörper zu den Durchtrittskanälen müssen keine radialen Volumenverschiebungen bei der Umformung vorgenommen werden. Es sinkt die Gefahr der Rißbildung des Kolbens und der Verschleiß am Umformwerkzeug. Zusätzlich kann festeres Material eingesetzt werden, das eine geringere Fließfähigkeit besitzt.

Als eine Maßnahme die Toleranzempfindlichkeit des Ventils zu reduzieren ist vorgesehen, daß der Kolbenkörper einen Auflagering aufweist, dessen axiale Höhe der Höhe der Auflageflächen angepaßt ist. Durch eine gezielte automatische Auswahl eines geeigneten Auflageringes können Toleranzschwan­ kungen bei den Höhen der Auflagekörper kompensiert werden.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal sind pro Durchströmungsrichtung mehrere Durchtrittskanäle ausgeführt, die unterschiedliche Teilkreisradien aufweisen. Es ergibt sich ein gleichmäßigeres Öffnen der Durchtrittskanäle. Dabei bietet es sich an, daß bei Einsatz eines Voröffnungsquerschnitts dieser von einer Ventilscheibe in Verbindung mit mindestens einem Flüssigkeitsdurchtrittskanal gebildet wird.

Für eine lineare Dämpfkraftkennlinie ist/sind die Ventilscheibe(n) ungeschirmt ausgeführt und plan auf den Ventilauflageflächen verspannt. Degressive Dämpfkraftkennlinien werden dadurch erzielt, indem mindestens eine Ventil­ scheibe mittels einer Teilerfeder auf den Auflageflächen verspannt ist. Die Ventilscheibe wirkt für sich betrachtet wie ein Rückschlagventil. Bei der Auslegung der Tellerfeder wird darauf geachtet, daß das Verhältnis der Schirmung h zur Materialstärke s √ ist, wodurch ein im wesentlicher waage­ rechter Federkennlinienbereich entsteht, der der Einbaulage der Tellerfeder angepaßt wird mit der Folge, daß Toleranzschwankungen bei den Höhen für die Auflagekörper keinen nennenswerten Einfluß auf die Dämpfkraftkennlinie des Kolbenventils haben.

Als Erleichterung für die Montage ist vorgesehen, daß auf mindestens einer Kolbenseite für die Tellerfeder ein Winkelring angeordnet ist, der eine Zentrier- und Abstützfunktion ausübt.

Entsprechend einem weiteren vorteilhaften Merkmal deckt der Kolbenring die Umfangsfläche des Kolbenkörpers ab und stützt sich jeweils auf der Kolbenober- und Unterseite axial ab. Eine die Festigkeit des Kolbens reduzierende Kolbenringnut entfällt. Damit vereinfacht sich auch die Herstellung des Kol­ benringes, da die Kolbenringhöhe einen geringeren Einfluß auf die Dichtwirkung ausübt. Man verlagert einfach das Toleranzfeld der Kolbenringhöhe in Richtung Preßpassung, so daß kein Axialspiel gegenüber dem Kolben auftreten kann. Zusätzlich tritt ein deutlicher Kostenvorteil ein, da das bisherige spanabhebende Einbringen der Kolbenringnut entfällt.

Des weiteren weist der Kolbenring eine größere Höhe auf als der Kolbenkörper, so daß druckabhängige Dichtlippen wirksam sind. Damit können auch Durchmessertoleranzen des Kolbenringes ausgeglichen werden.

Entsprechend einer Ausführungsvariante ist der Kolbenring elastisch ausgebildet und am Kolbenkörper übergestreift. Alternativ läßt sich der Kolbenring am Kolbenkörper aufspritzen, so daß Einführ- oder Auffädelungsvorrichtungen für den Kolbenring bei der Montage entfallen.

Zur Verringerung der Leckrate weist der Kolbenring einen Stoß auf, der einerseits durch eine vom oberen und unteren Rand beabstandete Ausklinkung und andererseits von einem die Ausklinkung im wesentlichen ausfüllenden Fortsatz gebildet wird. Der Kolbenring kann im Stoßbereich durch den Druck des Dämpfmediums nicht auseinander gedrückt und damit undicht werden.

Für thermisch und mechanisch besonders hochbelastete Schwingungsdämpfer besteht der Kolbenring aus einer am Kolbenkörper anliegenden Armierung und einer auf dieser Armierung angeordneten Gleitschicht. Dabei besteht ebenfalls die Möglichkeit, daß sich der Kolbenring auf der Ober- und Unterseite abstützt.

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

Fig. 1 Stoßdämpfer-Kolbenventil mit verschiedenen Ven­ tilscheibenvarianten,

Fig. 2a-c Kolben als Einzelteil;

Fig. 3 Stoßdämpfer-Kolbenventil mit Kolbenring in An­ sicht.

Die Fig. 1 zeigt ein Stoßdämpferkolbenventil 1 an einer Kol­ benstange 3. Ein Kolben 5 zentriert sich über eine zentrale Bohrung 7 an einem Kolbenstangenzapfen 9. Der Kolben ist als ein Präge-Stanzteil scheibenförmig ausgeführt und wird von einem Kolbenring 11 umfaßt. Ein nur abschnittsweise darge­ stelltes Zylinderrohr 13 wird von dem Kolben 5 in zwei Ar­ beitsräume 13a/13b unterteilt. Ventilscheiben trennen Durchtrittskanäle 5a/5b ab, die in Abhängigkeit von der Hub­ bewegung der Kolbenstange 3 Dämpfmedium von einem Arbeitsraum in den anderen überströmen lassen, wobei eine Dämpfkraft wirksam wird.

In der Variante V₁ kommt eine geschlitzte Ventilscheibe 15 in Innenverbindung mit einer Tellerfeder 17 zum Einsatz. Die ge­ schlitzte Ventilscheibe 15 hat das Öffnungsverhalten eines Rückschlagventils, also praktisch vorspannungslos. Sie stützt sich auf Auflagekörper 19 des Kolbens 5 ab und ist zentral eingespannt. Zur Vorspannung der geschlitzten Ventilscheibe 15 dient die Tellerfeder 17. Dabei ist die Tellerfeder 17 durch das Verhältnis h zu s √ der Materialstärke s zur Schir­ mung h derart ausgelegt, daß über eine größere Bandbreite der Einbaulage, entsprechend dem Abstand der geschlitzten Ventil­ scheibe 15 zu einem Abstützring 21, eine nahezu konstante Vorspannkraft vorliegt. Man erhält einerseits eine degressive Dämpfkraftkennlinie und andererseits eine Unempfindlichkeit hinsichtlich Toleranzschwankungen bei den Einzelteilen, die die Einbaulage der Tellerfeder 17 beeinflussen.

In der Variante V₂ wird eine degressiv-lineare Kennlinie er­ zeugt, indem ein Paket von ebenen Ventilscheiben 23 verspannt ist und von einer Tellerfeder 17 beaufschlagt wird. Es muß sichergestellt werden, daß die Ventilscheiben 23 an der zen­ tralen Bohrung 7 denselben Anstand zum Kolbengrund 25 aufwei­ sen, wie bei den Auflageflächen 27, da sich ansonsten größere Dämpfkraftschwankungen ergeben.

Die Variante V₃ zeigt ein hinsichtlich seiner Dämpfkraftwir­ kung rein lineares Kolbenventil. Eine elastische erste Ven­ tilscheibe 29 deckt dabei den Austritt des Durchtrittkanals 5a bis auf eine Voröffnung 31 ab. Schon bei einer geringen Anströmung hebt die erste Ventilscheibe 29 ab bis ein Abhubweg der von einer Abstandsscheibe 23a bestimmt wird, überwunden ist und das gesamte Ventilscheibenpaket wirksam ist. Dabei dient die Abstandsscheibe 23a dazu Poltergeräusche, die ins­ besondere bei kleinen Hubbewegungen der Kolbenstange 3 auf­ treten, und von der Losbrechbewegung der Kolbenstange herrüh­ ren, zu vermeiden.

Wie schon zu Variante V₂ ausgeführt, müssen die Auflageflächen 27 über die gesamte Fläche der Ventilschei­ ben 29 in einer Ebene liegen. Dazu wird ein Auflagering 33 in den Kolben eingeführt, dessen Höhe dem Abstand der Auflageflächen 27 zum Kolbengrund 25 angepaßt ist. Bei der Fertigung ist es möglich, eine Zapfengrundtiefe 35 zu messen und dabei einen Auflagering 33 aus einem Teilevorrat aus zu­ wählen, dessen Höhe exakt der Tiefe 35 entspricht. So können selbst lineare Dämpfkraftventile genau abgestimmt werden.

Die Variante V₄ entspricht weitestgehend der Variante V₁ ab­ weichend kommt ein Winkelring 37 zum Einsatz, der gegenüber der Tellerfeder 17 eine Zentrier- und Abstützfunktion über seine der Tellerfeder 17 zugewandten Flächen ausübt. Würde man wie in V₁ eine separate Zentrierung und eine Abstützscheibe 37 verwenden, müßte man bei der Montage vor dem Vernieten des gesamten Kolbenventils auf der Nietkopfseite eine Zentrier­ hülse 41 für die bis zu diesem Montagestadium ungeführte Tel­ lerfeder 17 einsetzen. Es ist selbstverständlich, daß sich pro Kolbenseite wahlweise eine der Varianten V₁ bis V₄ realisieren läßt, so daß eine nennenswerte Standardisierung erreicht wird.

Die Fig. 2a bis 2c zeigen den Kolben 5 als Einzelteil. Bei dem Kolben 5 handelt es sich um ein Prägestanzteil, bei dem ausgehend von einem fiktiven Kolbengrundkörper 5c die Umfor­ mungen, beispielsweise für die Auflagekörper 19 derart ausge­ führt sind, daß die Höhe H der Auflagekörper 19 identisch ist mit der Tiefe H eines Eintritts 43 in den Durchtrittskanal 17. Gleiches gilt für den Bereich der zentralen Bohrung 7, bei der die Zapfengrundtiefe 35 für den Auflagering 33 identisch ist mit dem Absatz 45 auf der Gegenseite. Folglich sind auch die zugehörigen Durchmesser D₁, D₂ der angeformten Bereiche iden­ tisch. Die dabei auftretende Kaltverfestigung bietet die Grundlage für die geringe Höhe des Kolbens.

Die Durchtrittskanäle 5a/5b jeder Strömungsrichtung liegen auf unterschiedlichen Teilkreisen r₁, r₂, r₃. Aus den Draufsichten (Fig. 2a, 2c) des Kolbens 5 sind die schraffierten Auflageflächen 27 erkennbar auf denen die Ventilscheibe, sym­ bolisiert durch den Bogenabschnitt 47, liegt. Dabei bildet der Durchtrittskanal auf dem größten Teilkreis r₁ den Voröff­ nungsquerschnitt 31, wobei sich bei zunehmenden Abhub der Ventilscheibe der Durchtrittsquerschnitt kontinuierlich in gewünschtem Maße vergrößert, indem sich die weiter radial in­ nen liegenden Durchtrittskanäle auf den Teilkreisen r₂, r₃ öffnen.

Selbstverständlich können die Durchtrittskanäle 17 für die eine Durchströmungsrichtung auf anderen Teilkreisradien liegen als für die Gegenrichtung, so daß bei identischen Ventil­ scheiben richtungsabhängige Voröffnungsquerschnitte wirksam sind.

In der linken Hälfte der Fig. 1 besitzt der Kolben 5 einen Kolbenring 11, der aus Kunststoff gefertigt ist. Der Kolben­ ring 11 stützt sich über entsprechende Halteflächen 49, 51 an der Ober- und Unterseite des Kolbens 5 ab. An den Deckflä­ chen 53, 55 des Kolbenringes 11 schließen sich Dichtlip­ pen 57, 59 an, die, elastisch ausgebildet, sich in Abhängigkeit des Betriebsdrucks im Zylinderrohr 13 anlegen. Dabei verhin­ dern die Halteflächen 49, 51, daß sich der Kolbenring 11 axial verschiebt.

Zur Montage des Kolbenringes 11 liegen mehrere Möglichkeiten vor. Beispielsweise kann der Kolbenring 11 auf den Kolben 5 aufgespritzt werden. Es liegt dann kein Stoß vor, der eine wenn auch geringe Leckrate mit sich bringen würde. Darüber­ hinaus vereinfacht sich die Montage der Baueinheit aus Kolben und Kolbenring.

Alternativ kann aber auch gerolltes Bandmaterial verwendet werden, das über einen Stoß 61 den Kolbenring 11 schließt. In der Fig. 3 ist eine solche Ausführungsvariante realisiert, bei der das eine Kolbenringende eine vom oberen und unteren Rand beabstandete Ausklinkung 63 aufweist, in die ein Fortsatz 65 des anderen Kolbenringendes eingreift.

Bei einer Hubbewegung dringt unvermeidlich Dämpfmedium in ei­ nen vertikalen Stoßbereich 67. Der Druck wirkt auf den Fort­ satz 65 und übt eine Kraft in Strömungsrichtung auf den Fort­ satz 65 aus. Über die Halteflächen 49, 51 erfolgt eine Abstüt­ zung des Kolbenringes 11 in axialer Richtung, so daß sich der Stoß 61 nicht öffnen kann. Bei umgekehrter Anströmungsrichtung wirkt der Stoß 61 entsprechend. Kolben mit größeren Bauhöhen erlauben auch die Anordnung einer Mehrzahl solcher Stöße 61, so daß ein Dichtungslabyrinth entsteht.

In der rechten Figurenhälfte von Fig. 1 wird ein Kolbenring 11 eingesetzt, der zweischalig ausgeführt ist. Innen am Kolben 5 liegt eine Armierung 69 an, auf der eine Gleitschicht 61 auf­ gebracht ist. Der Kolbenring 5 hat einen U-förmigen Quer­ schnitt und stützt sich über Halteflächen 49, 51 auf der Ober- und Unterseite des Kolbens 5 ab. Im Anlieferungszustand ist der Kolbenring 11 gegenüber dem Zylinderrohr geringfügig grö­ ßer ausgebildet und wird mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung bei der Montage eingeführt, wobei der Kolben­ ring 11 gegenüber dem Zylinderrohr eine Vorspannung aufweist.

Die Armierung 69 erhöht die zulässige Querkraft und Tempera­ turfestigkeit, wobei die Gleitschicht 61 für günstige Gleit­ eigenschaften sorgt. Bezüglich des Stoßes sind axial und schräg verlaufende aber auch solche nach Fig. 3 möglich, wobei die Wandstärke des Kolbenringes 11 über die jeweilige Ausfüh­ rungsform entscheidet. Prinzipiell gilt, je stärker der Kol­ benring umso wahrscheinlicher erfolgt die Variante mit dem T-förmigen Stoß 61 nach Fig. 3.

Claims (13)

1. Schwingungsdämpfer, dessen Zylinderrohr durch einen an einer Kolben­ stange befestigten Kolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, wobei der Kolben einen Kolbenkörper umfaßt, mit Flüssigkeitsdurchtrittskanälen, die von Ventilscheiben auf Auflagekörpern mit Ventilauflageflächen abgedeckt werden, und der Kolbenkörper mittels mindestens eines Kolbenringes in Gleitverbindung mit dem Zylinderrohr steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenkörper (5) scheibenförmig, einteilig und mittels Prägestanzen ausgeführt ist, wobei ausgehend von einem Kolbengrundkörper (5c) die auf einer Kolbenseite erhabenen Kolbenkörperbereiche (19, 45) auf der axial gegenüberliegenden Kolbenseite als Vertiefungen (43) ausgebildet sind.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, der Kolbenkörper (5) einen Auflagering (33) aufweist, dessen axiale Höhe der Höhe der Auflageflächen (27) angepaßt ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pro Durchströmungsrichtung mehrere Durchtrittskanäle (5a, 5b) ausgeführt sind, die unterschiedliche Teilkreisradien (r_i, r′_i) aufweisen.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz eines Voröffnungsquerschnitts (31) dieser von einer Ventilscheibe (15, 23, 29) in Verbindung mit mindestens einem Flüssigkeitsdurchtrittskanal (5a, 5b) gebildet wird.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe(n) (23, 29) ungeschirmt ausgeführt ist/sind und plan auf den Ventilauflageflächen (27) verspannt sind.

6. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Ventilscheibe (15, 23) mittels einer Tellerfeder (17) auf den Auflageflächen (27) verspannt ist.

7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Kolbenseite für die Tellerfeder (17) ein Winkelring (37) angeordnet ist, der eine Zentrier- und Abstützfunktion ausübt.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (11) die Umfangsfläche des Kolbenkörpers (5) abdeckt und sich jeweils an der Kolbenober- und Unterseite axial abstützt.

9. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (11) eine größere Höhe aufweist als der Kolbenkörper (5), so daß druckabhängige Dichtlippen (57, 59) wirksam sind.

10. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (11) elastisch ausgebildet und am Kolbenkörper (5) übergestreift ist.

11. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (11) am Kolbenkörper (5) aufgespritzt ist.

12. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (11) einen Stoß (61) aufweist, der einerseits durch eine vom oberen und unteren Rand beabstandete Ausklinkung (63) und andererseits von einem die Ausklinkung (63) im wesentlichen ausfüllenden Fortsatz (65) gebildet wird.

13. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (11) aus einer am Kolbenkörper (5) anliegenden Armierung (69) und einer auf dieser Armierung (69) angeordneten Gleitschicht (71) besteht.