DE602004002124T2

DE602004002124T2 - Geschmierte Kolbenstangenführung und Dämpfer mit solcher Führung

Info

Publication number: DE602004002124T2
Application number: DE602004002124T
Authority: DE
Inventors: Dominique Larcanche
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: ATE338228T1; DE602004002124D1; FR2851807A1; FR2851807B1; EP1452767A1; EP1452767B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine geschmierte Stangenführung, sowie ein Hydraulikgerät, insbesondere einen Dämpfer, der diese Stangenführung aufweist.
Die erfindungsgemäße Stangenführung kann in zahlreichen Hydraulikgeräten verwendet werden, wie beispielsweise Hydraulikzylindern, Dämpfern und speziell Einrohrdämpfern, die mit einem magnetorheologischen Fluid arbeiten.
In derartigen Hydraulikgeräten, bei denen eine Kolbenstange in eine vielmalige Hin- und Her-Bewegung bezüglich eines röhrenförmigen Körpers des Hydraulikgerätes versetzt wird, stellt die Stangenführung ein sehr wichtiges Bauteil dar, das sorgfältig konstruiert sein muss, denn es muss gleichzeitig eine gute Führung der Kolbenstange mit geringer Reibung sogar beim Auftreten von auf die Kolbenstange wirkenden Querkräften, eine möglichst geringe Abnutzung der Kolbenstange der Dichtungen und der zur Führung der Stange dienenden Lager, und eine gute Dichtigkeit, d. h. eine möglichst geringe Ölleckage, gewährleisten, und all dies über eine lange Nutzungsdauer des Hydraulikgeräts. Beispielsweise wird die Lebensdauer eines Fahrzeugs von den Kraftfahrzeugherstellern mit drei Jahren oder 240 000 km (150 000 Meilen) angegeben und die Stangenführung der Dämpfer des Fahrzeugs darf während dieses Zeitraums weder einen Austausch noch Wartungsarbeiten erfordern.
Die oben genannten Anforderungen können nur schwer erfüllt werden, insbesondere im Fall von Einrohrdämpfern, die mit einem magnetorheologischen Fluid arbeiten, d. h. Dämpfern, die im Betrieb ein Synthetiköl nutzen, das eine Ladung Eisenpartikel enthält. Bei derartigen Dämpfern weist der Kolben keinerlei bewegliches Ventil zur Steuerung des Ölausstoßes in den oder die Innenkanäle des Kolbens auf, welche die beiden auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kolbens befindlichen Ölkammern in dem röhrenförmigen Körper des Dämpfers miteinander verbinden. Stattdessen weist der Kolben eine Spule auf, die über elektrische Leitungen, die in der hohlen Kolbenstange verlaufen, mit Strom versorgt wird, um ein Magnetfeld zu erzeugen, dessen Flusslinien den oder die Innenkanäle des Kolbens durchqueren. Wenn die Spule nicht mit Strom versorgt wird, kann das mit Eisenpartikeln beladene Öl frei in dem oder den Innenkanälen des Kolbens zirkulieren. Wenn die Spule jedoch mit Strom versorgt wird, orientieren sich die in dem Öl enthaltenen Eisenpartikel in dem oder den Innenkanälen des Kolbens dort wo diese von dem von der Spule erzeugten Magnetfluss durchquert werden quer an und erzeugen so Barrieren, welche die Zirkulation des Öls zwischen den auf den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens befindlichen Kammern verhindern oder wenigstens stark abbremsen.
Aufgrund des Vorhandenseins der in dem Öl suspendierten Eisenpartikel wirkt dieses extrem abrasiv, selbst dann wenn man Eisenpartikel auswählt, die eine annähernd kugelförmige Gestalt aufweisen. Daraus ergibt sich, dass die verschiedenen dynamischen Dichtungen, die in Kontakt mit der Kolbenstange kommen, so ausgelegt werden müssen, dass sie eine hohe Abriebfestigkeit aufweisen.
Allerdings wird im Betrieb, wenn sich der Kolben in dem röhrenförmigen Körper des Dämpfers hin- und herbewegt, die interne Reibung, die durch das Vorhandensein der in dem durch die engen Kanäle des Kolbens strömenden Öls suspendierten Eisenpartikel hervorgerufen wird, in Wärme umgewandelt. Daraus ergibt sich, dass der Dämpfer Temperaturen von mehr als 100°C, typischerweise 130°C im kontinuierlichen Betrieb aufweisen kann, und sogar Temperaturen, die 160°C erreichen und sogar übersteigen können, wenn der Dämpfer sehr stark belastet ist, beispielsweise wenn das Fahrzeug auf einer holprigen Straße oder auf einem ungleichmäßigen Terrain fährt. Unter diesen Bedingungen kann Polyurethan, das eine gute Abriebfestigkeit aufweist, aber keine höheren Temperaturen als 100°C verträgt, nicht zur Herstellung der Dichtungen des Dämpfers verwendet werden.
Es ist bereits eine geschmierte Stangenführung mit Filter zwischen den Röhren eines konventionellen Doppelrohrdämpfers bekannt. Aus dem Dokument Research Disclosure Journal, U.K., März 2002, RD 455042 ist außerdem eine geschmierte Stangenführung für einen mit einem magnetorheologischen Fluid arbeitenden Einrohrdämpfer bekannt, der einen im wesentlichen zylindrischen Körper mit einer ersten Endfläche, die im Betrieb einem unter Druck stehenden Öl ausgesetzt ist, einer zweiten Endfläche, die einem relativ niedrigen Druck ausgesetzt ist, und einem Axialdurchlass, der sich zur Aufnahme einer zu führenden Stange von der ersten zu der zweiten Endfläche erstreckt, eine Primärdichtung, die an einem hochdruckseitigen Ende des Axialdurchlasses angeordnet ist, eine Sekundärdichtung, die an einem niederdruckseitigen Ende des Axialdurchlasses angeordnet ist, ein in dem Axialdurchlass zwischen den Primär- und Sekundärdichtungen angeordneten Achslager, und eine zwischen dem Achslager und der Sekundärdichtung angeordnete Ringkammer zur Aufnahme und Fassung eines Schmierfluids umfasst.
Bei dieser bekannten Stangenführung besteht der Körper aus zwei Teilen, nämlich einem ersten Teil, das die Sekundärdichtung trägt, und einem zweiten Teil, das die Primärdichtung und das Achslager trägt. Das erste Bauteil des Körpers der Stangenführung ist dazu vorgesehen, starr an dem röhrenförmigen Körper des Dämpfers befestigt zu werden. Das zweite Bauteil des Körpers der Stangenführung wird axial verschiebbar entweder direkt in dem röhrenförmigen Körper des Dämpfers oder in dem ersten Bauteil des Körpers der Stangenführung montiert, wenn dieses erste Bauteil eine Glockenform besitzt, so dass, in beiden Fällen, das zweite Bauteil des Körpers der Stangenführung schwimmend bezüglich des ersten Bauteils angeordnet ist. Die zur Aufnahme des Schmierfluids dienende Ringammer ist zwischen den beiden Bauteilen des Körpers der Stangenführung angeordnet. Diese Ringkammer wird mit einem geeigneten Öl gefüllt, das keine Eisenpartikel oder andere abrasiven Partikel enthält, d.h. mit einem Öl, das sich von dem magnetorheologischen Fluid, das in der Arbeitskammer des röhrenförmigen Körpers des Dämpfers enthalten ist, unterscheidet.
Unter diesen Bedingungen, d.h. vorausgesetzt, dass die ringförmige Kammer mit einem geeigneten Öl gefüllt ist, muss die Sekundärdichtung nicht auf eine hohe Abriebfestigkeit optimiert werden. Die Sekundärdichtung kann komplett auf der Grundlage der Erfordernisse hinsichtlich Reibung und Abdichtungsvermögen auf einem großen Temperaturbereich ausgewählt werden. Das in der Ringkammer enthaltene Öl kann so optimiert werden, dass es nur wenig flüchtig ist und ein gutes Abdichtungsvermögen zeigt. Da das zweite Bauteil des Körpers der Stangenführung schwimmend ist, gleichen sich die Drücke auf beiden Seiten des zweiten Bauteils aus. Wenn man Vorspannungsfedern vorsieht, welche das zweite schwimmende Bauteil in Richtung erstem Bauteil des Körpers der Stangenführung pressen, ist es sogar möglich, es so einzurichten, dass der Druck in der, das geeignete Öl enthaltenden ringförmigen Kammer größer als der Druck in der Arbeitskammer des Dämpfers ist. Daraus resultiert eine Druckdifferenz, welche der Tendenz der abrasiven Partikel (Eisenpartikel) entgegengerichtet ist, zwischen der Kolbenstange und der Primärdichtung hindurchzutreten. Unter diesen Bedingungen wird die Funktionsdauer der Primärdichtung stark verbessert.
Trotzdem weist die oben beschriebene Stangenführung einige Nachteile auf.

1) Zwei unterschiedliche Ölversorgungssysteme sind notwendig, um einerseits die Arbeitskammer des Dämpfers mit magnetorheologischem Fluid und andererseits die Ringkammer der Stangenführung mit geeignetem Schmieröl zu versorgen. Dies erhöht die Materialkosten, die zum Bau der den Dämpfer bildenden Elemente notwendig sind und macht auch den Zusammenbau komplizierter.
2) Die Lebensdauer des Dämpfers ist mit dem in der Ringkammer der Stangenführung enthaltenen geeigneten Ölvolumen verknüpft. Da das zweite Bauteil des Körpers der Stangenführung schwimmend angeordnet ist, kann es nun aber im Laufe von Wartungsarbeiten an der Stangenführung und/oder bei der Montage der den Dämpfer bildenden Elemente passieren, dass das zweite Bauteil der Stangenführung unbe absichtigt in eine Richtung bewegt wird, die das Volumen der Ringkammer verringert, bevor diese mit dem geeigneten Öl gefüllt wurde. Es ist offensichtlich, dass dies zu einer Verringerung der Lebensdauer des Dämpfers führt. Aber selbst wenn die mit dem Zusammenbau der den Dämpfer bildenden Elemente beauftragte Person erkennt, dass sich das schwimmende Bauteil des Körpers der Stangenführung nicht in der richtigen Position befindet, d. h. in einer maximal von dem anderen Bauteil des Körpers der Stangenführung beabstandeten Position, ist es extrem schwierig, das schwimmende Bauteil in die richtige Position zurückzuführen, nachdem die beiden Bauteile des Körpers der Stangenführung zusammengebaut wurden.
3) Die Kraftfahrzeughersteller schreiben üblicherweise eine konstante vertikale Maximalauslenkung für die Räder von Fahrzeugen vor. Dies erfordert, dass die Kolbenstange des Dämpfers einen konstanten Maximalhub gegenüber dem röhrenförmigen Körper des Dämpfers aufweist oder umgekehrt. Diese Anforderung kann mit einer Stangenführung, deren Körper ein schwimmendes Bauteil enthält, nicht erfüllt werden, da dieses nicht als Anschlag zur Begrenzung des Kolbenhubs oder des röhrenförmigen Körpers des Dämpfers gegeneinander verwendet werden kann.
4) Man kann im Betrieb nicht verhindern, dass die Kolbenstange des Dämpfers jedes Mal, wenn sie aus dem röhrenförmigen Körper des Dämpfers heraustritt, einen dünnen Film von Schmieröl mit sich führt, der zumindest teilweise außerhalb des Körpers des Dämpfers verdampft. Die Menge an verdampftem Öl ist sicherlich gering, aber auf Dauer trägt sie zu einer Verringerung des Volumens der Ringkammer des Körpers der Stangenführung bei, folglich zu einer gegenseitigen Annäherung der beiden Bauteile des Körpers der Stangenführung und schließlich zu einem Mangel an Konstanz des maximalen Hubs der Kolbenstange oder des röhrenförmigen Körpers des Dämpfers zueinander.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine geschmierte Stangenführung des weiter oben definierten Typs bereitzustellen, bei welcher die oben beschriebenen Nachteile wenigstens teilweise vermieden werden.
Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung eine geschmierte Stangenführung des weiter oben definierten Typs, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie außerdem kommunizierende Durchlässe bildende Mittel umfasst, die sich von der ersten Endfläche des Körpers der Stangenführung bis zu der Ringkammer erstrecken, sowie einen in den die kommunizierenden Durchlässe bildenden Mittel angeordneten Ölfilter.
Unter diesen Bedingungen ist es nicht mehr notwendig, einerseits die Arbeitskammer des Dämpfers und andererseits die Ringkammer der Stangenführung mit unterschiedlichen Ölen aus unterschiedlichen Quellen zu befüllen. Das geeignete Schmieröl der Stangenführung erhält man hier durch Filtern des Öls, insbesondere des magnetorheologischen Fluids, welches in der Arbeitskammer des Dämpfers enthalten ist. Da das in der Arbeitskammer des Dämpfers enthaltene Öl oder magnetorheologische Fluid üblicherweise durch ein in einer Gaskammer des Dämpfers befindliches Gas unter Druck gesetzt ist, kann nicht nur die Befüllung der Ringkammer der Stangenführung automatisch und ohne zusätzliches Ölversorgungssystem beim Zusammenbau der den Dämpfer bildenden Elemente bewirkt werden, wie weiter unten detaillierter dargestellt ist, sondern die Ringkammer der Stangenführung wird auch kontinuierlich mit dem durch den Filter gefilterten Öl, also dem geeigneten Öl, während der gesamten Benutzungsdauer des Dämpfers wiederbefüllt. Folglich wird der Zusammenbau des Dämpfers wesentlich vereinfacht und die Lebensdauer des Dämpfers kann verlängert werden.
Vorzugsweise besteht der Körper aus zwei Bauteilen, die axial zusammengebaut und starr aneinander befestigt sind, wobei der Filter in einer zwischen den beiden Teilen des Körpers gebildeten Filterkammer angeordnet ist. Unter diesen Umständen ist keines der beiden Bauteile der Stangenführung schwimmend angeordnet. Folglich kann die Stangenführung als hubbegrenzender Anschlag verwendet werden und die Kolbenstange oder der röhrenförmige Körper des Dämpfers erhalten so einen konstanten Maximalhub gegeneinander. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Filter vorteilhaft die Form einer Scheibe oder eines flachen Rings mit einem größeren Innendurchmesser d als demjenigen des Axialdurchlasses und einem kleineren Innendurchmesser D als demjenigen des Körpers auf.
Unter diesen Umständen weist jedes der beiden Bauteile des Körpers eine Ringnut auf, die in einer ebenen Fläche ausgebildet ist, die senkrecht zur Achse des Körpers und zum jeweils anderen der beiden Bauteile des Körpers gerichtet ist, so dass die Ringnuten der beiden Bauteile des Körpers einander gegenüberliegen und zusammen die Filterkammer bilden, wenn die beiden Bauteile des Körpers zusammengebaut werden. Eine der Ringnuten kommuniziert über wenigstens einen ersten Durchlass mit einem an die erste Endfläche des Körpers angrenzenden Raum, während die andere Ringnut über wenigstens einen zweiten Durchlass mit der das Schmierfluid enthaltenden Ringkammer kommuniziert.
Vorzugsweise weist der scheibenförmige Filter und die Ringnuten solche Innen- und Außendurchmesser auf, dass der Filter in seinem gesamten inneren Umfangsbereich zwischen den Innenrändern der ringförmigen Nuten und in seinem gesamten äußeren Umfangsbereich zwischen den Außenrändern der ringförmigen Nuten eingeklemmt ist, wenn beide Bauteile des Körpers zusammengebaut und miteinander fixiert sind.
Vorzugsweise weist der Filter eine aus mehreren scheibenförmigen Lagen gebildete Schichtstruktur auf.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Filter geeignet, ein magnetorheologisches Fluid auf der Basis eines Synthetiköls, welches Eisenpartikel mit einer Größe zwischen etwa 1 μm und etwa 20 μm enthält, zu filtern.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Dämpfer mit einem röhrenförmigen, zylindrischen Körper, der an beiden Enden verschlossen ist, wobei eines der beiden Enden durch eine Stangenführung verschlossen ist, einem Hauptkolben und einem Öl/Gas-Trennkolben, die verschiebbar in dem röhrenförmigen Körper montiert sind, und einer Kolbenstange, die mit dem Hauptkolben verbunden ist und die Stangenführung durchquert, wobei sie von dieser geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stangenführung eine Stangenführung ist, welche eines oder mehrere der oben angegebenen Merkmale aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform, ist das in dem röhrenförmigen Körper enthaltene Öl ein magnetorheologisches Fluid auf der Basis eines Eisenpartikel enthaltenden Synthetiköls.
Andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden im Laufe der folgenden Beschreibung einer rein beispielhaften Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen deutlicher werden, in denen:
1 ein Längsschnitt eines Einrohrdämpfers ist, der eine Stangenführung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist;
2 ein Längsschnitt ist, der im vergrößerten Maßstab ein Ende des röhrenförmigen Körpers des Dämpfers der 1 mit der erfindungsgemäßen Stangenführung zeigt;
3 einen Querschnitt in einen nochmals gegenüber der 2 vergrößerten Maßstab eines bei den Stangenführungen der 1 und 2 verwendbaren Filters zeigt.
Zunächst erkennt man unter Bezugnahme auf 1 einen Einrohrdämpfer 1, der einen röhrenförmigen zylindrischen Körper 2 aufweist, der an einem Ende durch eine Stangen führung 3, die weiter unten detaillierter beschrieben wird, und am gegenüberliegenden Ende durch ein Verschlusselement 4, das von beliebiger bekannter Art sein kann, beispielsweise ein Endflansch, der an den röhrenförmigen Körper 2 angeschweißt wurde, verschlossen ist. Das Verschlusselement 4 kann mit einem Befestigungsring 5 versehen sein, welches die Befestigung des Dämpfers 1 an einem Radaufhängungselement ermöglicht, beispielsweise an einem Querlenker oder einem Achsschenkel.
Der Dämpfer 1 umfasst außerdem einen Öl/Gas-Trennkolben 6, der verschiebbar in dem röhrenförmigen Körper 2 montiert ist und der dessen Innenvolumen in eine Gaskammer 7, die mit Druckluft oder einem Druckgas gefüllt ist, und eine Ölkammer 8, die mit einem Hydrauliköl oder, wie bei der in 1 dargestellten Ausführungsform, einem magnetorheologischen Fluid befüllt ist, unterteilt. Typischerweise besteht ein magnetorheologisches Fluid aus einem Synthetiköl, das eine Ladung Eisenpartikel von etwa 10 bis 25 Vol.-% enthält. Typischerweise ist die Größe der Eisenpartikel gemäß einer Gausskurve verteilt mit einer Größe von 8 bis 14 μm im Bereich von ±2 Standardabweichungen und 1 bis 18 μm im Bereich von ±3 Standardabweichungen. Die Form der Partikel kann sphärisch oder zufällig sein, d. h. kartoffelförmig (weder dreieckig noch kubisch, noch stäbchenförmig). Typischerweise beträgt die Viskosität des magnetorheologischen Fluids zwischen 20 und 65 cP bei 40°C.
Ein Hauptkolben oder Arbeitskolben 9 ist außerdem verschiebbar in dem röhrenförmigen Körper 2 des Dämpfers 1 montiert und unterteilt dessen Ölkammer 8 in eine erste Kammer 8a (Kompressionskammer) und eine zweite Kammer 8b (die sogenannte Rückstellkammer). Der Kolben 11, der in 1 sehr schematisch dargestellt ist, weist wenigstens einen, vorzugsweise mehrere Durchlässe 10 mit relativ geringem Querschnitt auf, welche eine kommunizierende Verbindung zwischen den beiden Kammern 8a und 8b herstellen. Im Inneren des Kolbens 9 befindet sich eine leitfähige Spule 11, die ein Magnetfeld erzeugt, wenn sie mit Strom versorgt wird, von dem ein Teil der Flusslinien die Kanäle 10 an deren beiden Enden transversal durchquert. Der Kolben 9 ist an einem der Enden mit einer hohlen Kolbenstange 12 verbunden, die axial in der Kammer 8b verläuft, und die beweglich und flüssigkeitsdicht in der Stangenführung 3 montiert ist. Typischerweise kann die Kolbenstange 10 an ihrem anderen Ende oder äußeren Ende mittels eines (nicht dargestellten) elastischen Gelenks mit einem (ebenfalls nicht dargestellten) Karosserieelement des Fahrzeugs verbunden werden und sie trägt an diesem Ende einen elektrischen Anschluss 13, der durch eine in der hohlen Kolbenstange 12 verlaufende Leitung 14 mit der Spule 11 verbunden ist.
Ein mit einem elastischen Puffer 16 versehener Anschlag 15 ist in der Nähe des Kolbens 9 an der Kolbenstange 12 befestigt. Der Anschlag 15 ermöglicht es zusammen mit der Stangenführung 3, den Austrittsweg der Kolbenstange 12 und folglich die maximale Ausdehnung des Dämpfers 1 zu begrenzen.
Die Stangenführung 3 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 detaillierter beschrieben. Wie in 2 dargestellt, weist die Stangenführung 3 einen Körper 17 mit zylindrischer Allgemeinform auf, der einen axialen Durchlass 18 für die Kolbenstange 12 aufweist. Aus Gründen, die im Folgenden deutlicher werden, besteht der Körper 17 der Stangenführung 3 aus zwei Bauteilen 19 und 21, die axial zusammengebaut und starr miteinander verbunden sind.
Beispielsweise ist das Bauteil 21 in das Bauteil 19 eingepresst, welches eine Bodenwand 19a, eine zylindrische Außenwand 19b und eine zylindrische Innenwand 19d, deren Länge kürzer als diejenige der zylindrischen Außenwand 19b ist, aufweist. Nach dem Einsetzen des Bauteils 21 in das Bauteil 19 werden die Bauteile 19 und 21 des Körpers 17 der Stangenführung 3 aneinander fixiert, beispielsweise durch Klemmen, wie bei 22 gezeigt.
Gemäß einer Variante können die beiden Bauteile 19 und 21 durch Ineinanderklemmen oder auch durch Verschrauben aneinander befestigt werden.
Statische Dichtungen 23 und 24, beispielsweise Dichtungsringe aus NBR (Acrylnitril-Butadien-Polymerisat) gewährleisten die Abdichtung zwischen der zylindrischen Innenwand 19c des Bauteils 19 und des Bauteils 21 und zwischen letzterem und der zylindrischen Außenwand 19b des Bauteils 19.
Das Bauteil 19 des Körpers 17 der Stangenführung 3 ist an dem röhrenförmigen Körper 2 befestigt. Beispielsweise ist das Bauteil 19 axial zwischen wenigstens einem einen axialen Anschlag bildenden Element 25 und einem ringförmigen Kragen 26, der radial nach außen gerichtet ist, axial immobilisiert. Der axiale Anschlag 25 wird durch plastisches Verformen der Wand des röhrenförmigen Körpers 2 gebildet, beispielsweise indem man diesen an mehreren über den Umfang des Körpers 2 verteilten Stellen ausbeult oder um den ganzen Körper 2 herum auswalzt. Der ringförmige Kragen 26 wird beispielsweise durch Bördeln gebildet, die Führungsstange 3 in den Körper 2 eingesetzt wurde, bis diese gegen den axialen Anschlag 25 in Anlage kommt.
Es versteht sich, dass man sich andere Befestigungsmöglichkeiten zur Befestigung des Bauteils 19 des Körpers 17 der Stangenführung 3 am Körper 2 vorstellen kann. Beispielsweise kann die Verbindung zwischen dem Bauteil 19 und dem Körper 2 eine Schraubverbindung oder eine Klemmverbindung sein.
Eine andere statische Dichtung 27, beispielsweise ein Dichtungsring aus NBR ist zwischen dem Körper 2 und dem Bauteil 19 des Körpers 17 der Stangenführung 3 vorgesehen.
Eine dynamische Primärdichtung 28 ist an einem Ende der Hochdruckseite des axialen Durchlasses 18 der Stangenführung 3 in der Nähe der Endfläche 17a des Körpers 17 der Stangenführung 3 vorgesehen, die im Betrieb dem in der Kammer 8b des röhrenförmigen Körpers 2 des Dämpfers 1 enthaltenen, unter Druck stehenden Öl ausgesetzt ist. Eine dynamische Sekundärdichtung 29 ist an einem Ende der Niederdruckseite des axialen Durchlasses 18 in der Nähe der Endfläche 17b des Körpers 17 der Stangenführung 3 vorgesehen, die im Betrieb einem relativ niedrigen Druck ausgesetzt ist, üblicherweise dem Umgebungsdruck. Eine Abstreifdichtung 31, beispielsweise eine Lippendichtung aus HNBR (hydriertes Acrylnitril-Butadien-Polymerisat) kann auch in der Nähe der Endfläche 17b des Körpers 17 der Stangenführung 3 angeordnet sein, wie dies in 2 gezeigt ist. Jede der beiden dynamischen Dichtungen 28 und 29 besteht bevorzugt in an sich bekannter Weise aus einem inneren Dichtungsring 28a oder 29a, beispielsweise aus PTFE (Polytetrafluorethylen), der in Kontakt mit der Kolbenstange 12 ist, und durch einen äußeren radialen Klemmring 28b oder 29b, beispielsweise NBR oder aus HNBR, welcher den oben genannten Innenring elastisch umgibt und ihn dadurch radial gegen die Kolbenstange 12 presst.
Ein Lager 32 ist in dem axialen Durchlass 18 der Stangenführung 3 zwischen den dynamischen Primär- und Sekundärdichtungen 28 und 29 angeordnet, um die axiale Führung der Kolbenstange 12 mit möglichst geringer Reibung zu gewährleisten, selbst dann, wenn die Kolbenstange Kräften ausgesetzt ist, die eine Querkomponente aufweisen. Vorzugsweise besteht das Lager 32 aus einer Stahlhülse, deren zylindrische Innenfläche eines Basisbezug aus Kupfer aufweist, der wiederum mit einer PTFE-Haut bezogen ist. Die dynamische Primärdichtung 28 und das Lager 32 werden von dem Bauteil 19 des Körpers 17 der Stangenführung 3 getragen, während die dynamische Sekundärdichtung 29 und die Abstreifdichtung 31 von dem Bauteil 21 des Körpers 17 getragen werden. Eine Ringkammer 33 wird zwischen den Bauteilen 19 und 21 des Körpers 17 der Stangenführung derart ausgebildet, dass sie die Kolbenstange 12 in dem Bereich umgibt, der sich zwischen dem Lager 32 und der dynamischen Sekundärdichtung 29 befindet. Die Ringkammer 33 wird mit einem Schmierfluid in einer Weise gefüllt, die weiter unten beschrieben wird und die als Reserve für Schmierfluid während der gesamten Lebensdauer des Dämpfers dient, um das Lager 32 zu schmieren. Die Ringkammer 33 hat beispielsweise ein Volumen von etwa 10 cm³.
Zur Befüllung der Ringkammer 33 mit Öl kommuniziert die Kammer 33 mit der Kammer 8b des Körpers 2 des Dämpfers 1 über eine Anzahl von Durchlässen, in denen ein Ölfilter 34 angeordnet ist, der so ausgelegt ist, dass die Eisenpartikel aufgehalten werden, die mit dem Öl des in der Kammer 8b enthaltenen magnetorheologischen Fluids vermischt sind, so dass man ein geeignetes Öl in der Ringkammer 33 erhält, d. h. ein Öl, das so wenig abrasive Eisenpartikel wie möglich enthält.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist eine kreisförmige Nut 35 in der obenen ebenen Fläche 36 der Bodenwand 19a des Bauteils 19 des Körpers 17 ausgebildet, die senkrecht zu der Achse des axialen Durchmessers 18 des Körpers verläuft. Ebenso ist eine kreisförmige Nut 37 in der unteren ebenen Fläche 38 des Bauteils 21 des Körpers 17 ausgebildet, die senkrecht zu der Achse des axialen Durchlasses 18 verläuft und die in Richtung der oberen ebenen Fläche 36 der Bodenwand 19a gerichtet ist. Die kreisförmige Nut 35 kommuniziert über wenigstens einen radialen Durchlass, vorzugsweise über mehrere radiale Durchlässe, wie beispielsweise den in dem Bauteil 19 des Körpers 17 ausgebildeten Durchlass 39, mit einem ringförmigen Durchlass 41, der zwischen der zylindrischen Innenfläche 2a des röhrenförmigen Körpers 2 des Dämpfers und eines unteren Abschnitts 42 mit kleinerem Außendurchmesser der zylindrischen Außenwand 19d des Bauteils 19 des Körpers 17 ausgebildet ist. Der ringförmige Durchlass 41 kommuniziert direkt mit der Kammer 8b des Körpers 2 des Dämpfers. Ebenso kommuniziert die kreisförmige Nut 37 über wenigstens einen Durchlass, vorzugsweise über mehrere Durchlässe, wie den Durchlass 43, der parallel zu der Axialbohrung 18 verläuft, mit der oben genannten Ringkammer 33.
Die beiden kreisförmigen Nuten 35 und 37 liegen einander gegenüber und bilden gemeinsam eine ringförmige Kammer für den Filter 34. Unter diesen Bedingungen weist der Filter 34 vorzugsweise die Form einer Scheide oder eines flachen Rings auf, der auf seinem gesamten inneren Umfangsbereich zwischen den Innenkanten der kreisförmigen Nuten 35 und 37 und auf seinem gesamten äußeren Umfangsbereich zwischen den Außenkanten dieser kreisförmigen Nuten festgeklemmt ist, wenn die beiden Bauteile 19 und 21 des Körpers 17 der Stangenführung zusammengebaut und aneinander fixiert sind.
Vorzugsweise weist der Filter 34 eine Schichtstruktur auf, die aus mehreren scheibenförmigen Lagen 44 gebildet wird. Beispielsweise kann in dem Fall eines Dämpfers, dessen Kolbenstange 12 einen Außendurchmesser von 12 mm aufweist, der scheibenförmige Filter 34 einen Innendurchmesser d von 21,5 mm, einen Außendurchmesser D von 32 mm und eine Gesamtdicke e zwischen 1 und 3 mm aufweisen.
Die Ergebnisse des Leistungstests des oben beschriebenen Filters 34 und die Betriebsbedingungen sind in den folgenden Tabellen 1 beziehungsweise 2 dargestellt.
Tabelle 1
Tabelle 2
In 2 sind die Elemente 45 und 46 Haltescheiben, die dazu dienen, die dynamischen Primär- bzw. Sekundärdichtungen 28 und 29 in den jeweiligen in den Bauteilen 19 und 21 des Körpers 17 der Stangenführung 3 vorgesehenen Ausnehmungen zu halten.
Zur Montage der den in 1 dargestellten Dämpfer 1 bildenden Elemente bereitet man eine erste Unterbaugruppe vor, welche den Kolben 9, die Kolbenstange 12 und die Stangenführung 3 umfasst, die verschiebbar auf der Kolbenstange 12 montiert ist, ohne dass sich Schmierfluid in der Ringkammer 33 befindet. Dann wird eine zweite Unterbaugruppe vorbereitet, die den röhrenförmigen Körper 2 und den Trennkolben 6 mit Luft oder einem neutralen Gas in der Gaskammer 7 umfasst. Dann wird der Kolben 9 der ersten Unterbaugruppe in den röhrenförmigen Körper 2 eingeführt, bis er in Kontakt mit den Trennkolben 6 kommt. Anschließend wird eine axiale Kraft auf die Kolbenstange 12 ausgeübt, um den Trennkolben 6 in Richtung Boden des röhrenförmigen Körpers 2 so zurückzustossen, dass die Luft oder das Gas in der Kammer 7 auf einen Druck verdichtet wird, der etwas größer als der Druck ist, der in Betrieb in der Kammer 7 herrschen soll, wenn sich der Dämpfer 1 im Ruhezustand befindet. Anschließend wird die Kammer 8 des röhrenförmigen Körpers 2 mit einem magnetorheologischen Fluid bis zu einem vorgegebenen Niveau gefüllt, das in der Nähe des oberen Endes des röhrenförmigen Körpers 2 liegt. Anschließend wird die Stangenführung 3 entlang der Kolbenstange 12 verschoben und in das obere Ende des röhrenförmigen Körpers 2 eingesetzt, bis die Stangenführung 3 von dem oder den Anschlägen 25 aufgehalten wird. Anschließend wird die Klemmhülse 26 des röhrenförmigen Körpers 2 durch Bördeln umgeklappt, um die Stangenführung 3 an dem röhrenförmigen Körper 2 zu befestigen. Anschließend wird die axiale Kraft, die auf die Kolbenstange 12 ausgeübt wurde, um den Kolben 9 und den Trennkolben 6 nach unten zu drücken und das in der Gaskammer 7 enthaltene Gas zu verdichten, nicht mehr ausgeübt. Als Resultat drückt der Trennkolben 6 unter der Einwirkung des Drucks des in der Gaskammer 7 enthaltenen Gases den Kolben 9 ein wenig nach oben und treibt das magnetorhetologische Fluid durch den ringförmigen Durchlass 41 und die radialen Durchlässe 39 in Richtung der kreisförmigen Nut 35. Von dort strömt das magnetorheologische Fluid durch den Filter 34, welcher die abrasiven Eisenpartikel zurückhält indem er nur das Synthetiköl hindurchlässt. Nach anschließendem Durchqueren der kreisförmigen Nut 37 und der Längskanäle 43 befüllt das Synthetiköl dann die Ringkammer 33 mit einem Öl, das im wesentlichen keine abrasiven Eisenpartikel mehr enthält.
Anschließend wird im Betrieb des Dämpfers 1 die Ringkammer 33 konstant mit geeignetem Öl über einen Prozess wiederbefüllt, der dem oben beschriebenen gleicht, aber wesentlich langsamer abläuft, um die geringen Ölverluste durch Verdampfen oder andere Phänomene zu kompensieren.
Es versteht sich, dass die oben beschriebene Ausführungsform als rein der Anschauung dienendes und keineswegs einschränkendes Beispiel erfolgt ist, und dass vom Fachmann zahlreiche Modifikationen verwirklicht werden können ohne dadurch den von der Erfindung abgestellten Rahmen zu verlassen.
Dazu gehört insbesondere, dass die beiden Bauteile 19 und 21 des Körpers 17 der Stangenführung 3 so ausgelegt sein können, dass es das Bauteil 21 ist, welches starr an dem röhrenförmigen Körper 2 befestigt ist, während das Bauteil 19 des Körpers 17 dann im wesentlichen von der Bodenwand 19a und der zylindrischen Innenwand 19c begrenzt wird (die zylindrische Außenwand 19b ist hier integraler Bestandteil des Bauteils 21 des Körpers 17).
Außerdem kann, obwohl die vorliegende Erfindung speziell im Zusammenhang mit einer Stangenführung beschrieben und dargestellt wurde, die in einem Einrohrdämpfer mit magnetorheologischem Fluid eingebaut ist, die erfindungsgemäße Stangenführung ebenfalls mit herkömmlichen Dämpfern verwendet werden, die mit Hydrauliköl arbeiten und sogar in anderen Hydraulikapparaten, wie beispielsweise in Hydraulikzylindern.

Claims

Geschmierte Stangenführung, die einen im Wesentlichen zylindrischen Körper (17) mit einer ersten Endfläche (17a), die im Betrieb einem unter Druck stehenden Öl ausgesetzt ist, einer zweiten Endfläche (17b), die einem relativ niedrigem Druck ausgesetzt ist, und einem Axialdurchlass (18) zur Aufnahme einer zu führenden Stange (12), welcher sich von der ersten zu der zweiten Endfläche erstreckt, eine Primärdichtung (28), die an einem hochdruckseitigen Ende des Axialdurchlasses angeordnet ist, eine Sekundärdichtung (29), die an einem niederdruckseitigen Ende des Axialdurchlasses angeordnet ist, ein in dem Axialdurchlass zwischen den Primär- und Sekundärdichtungen angeordnetes Achslager (32), und eine zwischen dem Achslager (32) und der Sekundärdichtung (29) angeordnete Ringkammer (33) zum Aufnahme und Fassung eines Schmierfluids umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem kommunizierende Durchlässe bildende Mittel (35, 37, 39, 41, 43), die sich von der ersten Endfläche (17a) des Körpers (17) der Stangenführung (3) bis zu der Ringkammer (33) erstrecken, und einen in den kommunierende Durchlässe bildenden Mitteln (35, 37, 39, 41, 43) angeordneten Ölfilter (34) umfasst.
Stangenführung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (17) aus zwei Teilen (19 und 21) besteht, die axial zusammengebaut und starr aneinander befestigt sind, wobei der Filter (34) in einer zwischen den beiden Teilen des Körpers (17) gebildeten Filterkammer (35, 37) angeordnet ist.
Stangenführung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (34) die Form einer Scheibe oder eines flachen Rings mit einem größeren Innendurchmesser d als demjenigen des Axialdurchlasses (18) und einem kleineren Außendurchmesser (D) als demjenigen des Körpers (17) aufweist.
Stangenführung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der beiden Teile (19 und 21) des Körpers (17) eine Ringnut (35 oder 37) aufweist, die in einer ebenen Fläche (36 oder 38) ausgebildet ist, welche senkrecht zur Achse des Körpers (17) verläuft und in Richtung des anderen der beiden Teile (19 und 21) des Körpers (17) orientiert ist, so dass die Ringnuten (35 und 37) der beiden Teile des Körpers einander gegenüberliegen und gemeinsam die Filterkammer bilden, wenn die beiden Teile (19 und 21) des Körpers (17) zusammengebaut sind.
Stangenführung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine (35) der Ringnuten (35 und 37) über wenigstens einen ersten Durchlass (39) mit einem an die erste Endfläche (17a) des Körpers (17) angrenzenden Raum (41) kommuniziert, während die andere Ringnut (37) über wenigstens einen zweiten Durchlass (43) mit der das Schmierfluid enthaltenden Ringkammer (33) kommuniziert.
Stangenführung gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Filter (34) und die Ringnuten (35 und 37) solche Innen- und Außendurchmesser aufweisen, dass der Filter (34) in seinem gesamten inneren Umfangsbereich zwischen den Innenrändern der ringförmigen Nuten (35 und 37) und in seinem gesamten äußeren Umfangsbereich zwischen den Außenrändern der ringförmigen Nuten eingeklemmt ist, wenn die beiden Teile (19 und 21) des Körpers (17) zusammengebaut und fixiert sind.
Stangenführung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (34) eine aus mehreren scheibenförmigen Lagen (44) gebildete Sehichtstruktur aufweist.
Stangenführung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (34) geeignet ist, ein magnetorheologisches Fluid auf der Basis eines Synthetiköls, welches Eisenpartikel mit einer Größe zwischen etwa 1 μm und etwa 20 μm enthält, zu filtern.
Dämpfer mit einem röhrenförmigen, zylindrischen Körper (2), der an beiden Enden verschlossen ist, wobei eines der beiden Enden durch eine Stangenführung (3) verschlossen ist, einem Hauptkolben (9) und einem Öl/Gas-Trennkolben (6), die verschiebbar in dem röhrenförmigen Körper (2) montiert sind, und einer Kolbenstange (12), die mit dem Hauptkolben (9) verbunden ist und die Stangenführung (3) durchquert, wobei sie von dieser geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stangenführung (3) eine Stangenführung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
Dämpfer gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem röhrenförmigen Körper (2) enthaltene Öl ein magnetorheologisches Fluid auf der Basis eines Eisenpartikel enthaltenden Synthetiköls ist.