DE19533328C1 - Schwingungsdämpfer - Google Patents

Description

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

In der DE-PS 44 10 996 wird ein Kolben vorgeschlagen, dessen Kolbenring einen im wesentlichen u-förmigen Querschnitt aufweist und sich mittels Halteflächen auf der Kolbenober- und Unterseite abstützt. Diese Art der Kolbenringe umgehen das aufwendige Eindrehen einer Ringnut für den Kolbenring. Man bekommt im Gegenzug aber das Problem, daß der Abstand zwischen der Kolbenober- und Un­ terseite genau eingehalten werden muß, damit der Kolbenring nicht aufgepreßt oder mit Axialspiel behaftet ist. Sicherlich könnte man den Kolbenring mittels ei­ nes Spritzverfahrens mit dem Kolben verbinden. Es werden jedoch zunehmend Anstrengungen unternommen, daß auch Schwingungsdämpfer leichter umwelt­ gerecht entsorgt werden können. Dazu gehört eine möglichst weitgehende Mate­ rialtrennung, die bei aufgespritzten Kolbenringen erschwert wird.

Ein weiterer Nachteil, der dem angespritzten Kolbenring anhaftet ist der, daß die Materialauswahl durch die notwendige Spritzfähigkeit des Werkstoffs einge­ schränkt ist. Bewährte PTFE-Kolbenringe mit einem besonders niedrigen Reibbei­ wert lassen sich leider nicht durch Spritzen mit dem Kolben verbinden.

In der älteren deutschen Patentanmeldung 195 01 792.7-12 wird ein Kolbenring vorgeschlagen, der ebenfalls einen u­ förmigen Querschnitt aufweist, dessen Haltefläche jedoch zu Federenden umge­ formt sind. Die Federenden gleichen unvermeidbare Toleranzschwankungen zwi­ schen der Kolbenober- und Unterseite aus. Man kann sich aber auch ohne viel Phantasie vorstellen, daß die Herstellung eines solchen Kolbenringes eine diffizile Angelegenheit ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Kolben ohne Kolbenringnut einen Kolbenring zu befestigen, wobei ein Axialspiel möglichst verhindert wird und eine freie Werkstoffauswahl besteht. Des weiteren ist anzustreben, daß der Kol­ benring mühelos vom Kolben entfernt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem auf mindestens einer Kolbenseite mindestens ein Teil des Kolbens, an dem die Halteflächen des Kol­ benringes angreifen, eine profilierte Oberfläche aufweist, so daß der Abstand zwischen einer der Kolbenseiten und einer gedachten, parallel zur Kolbenseite verlaufenden Bezugsebene ein vorgesehenes Paßmaß abwechselnd unter- und überschreitet.

Man läßt nicht nur ein im Vergleich zur bisherigen Fertigung stark vergrößertes Toleranzfeld für ein bestimmtes Paßmaß zu, sondern geht sogar soweit, daß dieses Paßmaß bewußt nach der beschriebenen Regel nicht eingehalten wird. An den Übergangsstellen der Profilierung wird das Paßmaß erreicht und man erhält eine spielfreie Kolbenringbefestigung, ohne daß eine Preßpassung zwischen dem Kolben und dem Kolbenring entstanden ist. Insbesondere im Hinblick auf die stets auftretende Wärmeausdehnung des Kolbenringes wäre eine Preßpassung ungün­ stig.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Profilierung auf der Kolbenober- und Unterseite ausgeführt. Die Profiltiefe kann dadurch verdoppelt werden. Man kommt in einen Maßbereich der Profilierungstiefe, die einfach handhabbarer wird.

Entsprechend einem weiteren Merkmal ist die Profilierung der Oberfläche derart ausgeführt, daß das Paßmaß in Umfangsrichtung des Kolbens abwechselnd über- und unterschritten wird. Durch die Ausgestaltung in Umfangsrichtung wird der Kolbenring auf einer vergleichsweise großen Länge verformt. Es treten sehr geringe Spannungen auf, die von der Eigenelastizität des Kolbenringes klaglos verkraftet werden.

Nach einem vorteilhaften Unteranspruch ist die Profilierung der Oberflächen auf der Kolbenober- und Unterseite orientiert zueinander ausgeführt, so daß ausge­ hend von einer gedachten Bezugsebene auf der einen Kolbenseite eine Erhebung und auf der in Achsrichtung des Kolbens gegenüberliegenden Kolbenseite eine Einsenkung ausgeführt ist. Wenn dann noch die Höhe der Erhebung auf der einen Kolbenseite genauso groß ist wie die Tiefe der Einsenkung auf der axial gegen­ überliegenden Kolbenseite, werden die Spannungen im Kolbenring auf ein Mini­ mum reduziert.

Ein weiterer Vorteil im Hinblick auf die Flächenpressung zwischen dem Kolben­ ring und dem Kolben wird dadurch erreicht, indem die Erhebungen und Einsen­ kungen auf den Kolbenseiten flächig ausgeführt sind. Eine Punktberührung kann zuverlässig verhindert werden. In konsequenter Weiterentwicklung entspricht die Abfolge von Erhebungen und Einsenkungen einer stetigen mathematischen Funk­ tion. Zu demselben Zweck ist vorgesehen, daß die Profilierung des Kolbens nach radial innen eine im wesentlichen konstante Höhe aufweist.

Für den Fall, daß der Kolben Durchtrittskanäle aufweist, die die beiden Arbeits­ räume miteinander verbinden, wobei die Durchtrittskanäle an ihren Austrittsöff­ nungen jeweils durch mindestens eine Ventilscheibe abdeckt sind, ist die Profilie­ rung derart zu den Austrittsöffnungen orientiert, daß im Bereich der Eintrittsöff­ nungen eine Einsenkung ausgeführt ist. Bei den Ventilscheiben wählt man bevor­ zugt geschlossene Deckscheiben, entweder als Federscheiben oder als starre Scheiben. Die Eintrittsöffnungen in die Durchtrittskanäle werden häufig von den Ventilscheiben überstrichen, so daß durch eine Absenkung der Eintrittsöffnungen oder durch erhöht ausgebildete Auflageflächen für die Ventilscheiben an den Aus­ trittsöffnungen radiale Zuströmwege zu den Eintrittsöffnungen entstehen. Durch die Einsenkung im Bereich der Eintrittsöffnung wird der Kolbenring axial auf ei­ nem Umfangsbereich von der Ventilscheibe verschoben, wodurch sich der Quer­ schnitt des Zuströmweges vergrößert.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Schnitt durch einen Schwingungsdämpfer

Fig. 2 Teilschnittdarstellung des Kolbens

Fig. 3 Draufsicht Seitenansicht des Kolbens

Fig. 4a-c Seitenansichten des Kolbens

Die Fig. 1 zeigt beispielhaft ein Kolbenzylinder-Aggregat 1 in der Ausführung ei­ nes Einrohrschwingungsdämpfers. Grundsätzlich läßt sich die Erfindung auch bei anderen Kolbenzylinder-Aggregaten anwenden.

Der Einrohrschwingungsdämpfer 1 besteht im wesentlichen aus einem Druck­ rohr 3, in dem ein Kolben 5 an einer Kolbenstange 7 axial beweglich angeordnet ist. An der Austrittsseite der Kolbenstange 7 verschließt eine Kolbenstangenfüh­ rung 9 einen mit Dämpfmittel gefüllten Arbeitsraum 11, der durch einen Trenn­ kolben 13 von einem Gasraum 1 5 getrennt ist, der endseitig einen Boden 17 mit Auge 19 aufweist.

Bei einer Kolbenstangenbewegung wird Dämpfmedium durch Dämpfventile 21 im Kolben 5 verdrängt. Ein Kolbenring 23, der eine Umfangsfläche 25 des Kolbens 5 abdeckt, verhindert ein seitliches Umströmen des Kolbens.

Die Fig. 2 zeigt in der linken Zeichnungshälfte den Kolben 5 vergrößert mit ei­ nem Kolbenring 23, der aus Kunststoff gefertigt ist. Der Kolbenring stützt sich über Halteflächen 27; 29 an einer Ober- und Unterseite 31; 33 des Kolbens ab. An Deckflächen 35; 37 des Kolbenringes schließen sich Dichtlippen 39; 41 an, die, elastisch ausgebildet, sich in Abhängigkeit des Betriebsdruckes im Druckrohr anlegen. Dabei verhindern die Halteflächen, daß sich der Kolbenring axial ver­ schiebt.

In der rechten Zeichnungshälfte wird ein Kolbenring eingesetzt, der zweischalig ausgeführt ist. Innen am Kolben 5 liegt eine Armierung 43 an, auf der eine Gleit­ schicht 45 aufgetragen ist. Der Kolbenring stützt sich mit seinem u-förmigen Querschnitt bzw. seinen Halteflächen auf der Kolbenober- und Unterseite ab. Im Anlieferungszustand ist der Kolbenring in Relation zum Druckrohr geringfügig größer ausgebildet und weist eine geringe radiale Vorspannung im eingebauten Zustand auf.

Zur Montage verfügt der Kolbenring über einen Stoß 47. Dabei weist ein Kolben­ ringende eine vom oberen und unteren Rand beabstandete Ausklinkung 49 auf, in die ein Fortsatz 51 des anderen Kolbenringendes eingreift. Bei einer Hubbewe­ gung dringt unvermeidlich Dämpfmedium in einen vertikalen Stoßbereich 53. Der hydraulische Druck wirkt auf den Fortsatz und übt eine Kraft in Strömungsrich­ tung aus. Über die Halteflächen 27; 29 erfolgt die Abstützung des Kolbenringes in axialer Richtung, so daß sich der Stoß nicht öffnen kann. Bei umgekehrter An­ strömrichtung wirkt der Stoß entsprechend. Kolben mit größeren Bauhöhen er­ möglichen auch die Anordnung mehrerer solcher Stöße in Axialrichtung des Kol­ benringes, so daß ein Dichtungslabyrinth vorliegt.

Innerhalb des Kolbens sind Durchtrittsquerschnitte 55; 57 mit Eintritts- und Aus­ trittsöffnungen 59; 61 eingearbeitet, die den durch den Kolben zweigeteilten Ar­ beitsraum des Druckrohres verbinden. Die Austrittsöffnungen 61 werden von Auflageflächen 63 für mindestens eine Ventilscheibe 65 eingefaßt, wobei die Auflageflächen gegenüber der restlichen Kolbenfläche etwas erhaben ausgeführt sind.

In der Fig. 3 ist der Kolben 5 als Einzelteil in einer Draufsicht dargestellt. Die schraffierten kreisringförmigen Flächen stellen die Auflageflächen 63 für die Ventilscheibe dar. Am äußeren Rand des Kolbens ist eine Kreisringfläche einge­ zeichnet, auf der die Halteflächen des Kolbenringes aufliegen. Diese Kreisringflä­ che weist eine Profilierung auf, die aus Erhebungen 67, geschwärzt dargestellt, und Einsenkungen 69 besteht. Die Erhebungen wechseln sich mit Einsenkungen in Umfangsrichtung des Kolbens ab. Nach radial innen ist jede Erhebung bzw. Einsenkung eben bezogen auf eine parallel zur Kolbenseite verlaufende gedachte Bezugsebene 71 (s. Fig. 4). Wie weiter ersichtlich ist, liegt eine klare Zuordnung der Erhebungen zu den Austrittsöffnungen mit ihren Auflageflächen bzw. der Ein­ senkungen zu den Eintrittsöffnungen vor.

Die Fig. 4a bis 4c zeigen den Kolben ohne den Kolbenring in der Ansicht. Die horizontale Mittelachse stellt die Bezugsebene 71 dar. Die Parallelen 73-79 dazu bestimmen die Grenzpunkte der Erhebungen 67 und Einsenkungen 69. Man er­ kennt, daß die Profilierungen auf der Kolbenoberseite der Kolbenunterseite auch zueinander orientiert ausgeführt sind. Dadurch nimmt der Kolbenring eine mehr oder weniger fließende Umfangskontur mit einer konstanten Höhe ein. Axiale Vorspannungen innerhalb des U-Profils werden minimiert. In dieser Ansicht kann man auch den Sinn der Maßnahme erkennen, daß eine Einsenkung möglichst in den Bereich einer Eintrittsöffnung ausgeführt ist. Ein radialer Spalt 81 zwischen den erhabenen Auflageflächen 63 der entsprechenden Kolbenoberseite und für den Zustrom in die Eintrittsöffnung läßt sich dadurch vergrößern.

Vom Prinzip sind die drei Ausführungsformen der Fig. 4a-4c identisch. In der Fig. 4a ist die Profilierung wellenförmig ausgeführt. Im Gegensatz dazu zeigt die Fig. 4b eine stufige Kontur und die 4c eine wechselweise Anordnungen von Schrägflächen, die an den oberen und unteren Endpunkten mit Übergangsradien versehen sind. Die Varianten nach den Fig. 4a und 4c entsprechen mathematisch stetigen Funktionen.

Claims (9)

1. Schwingungsdämpfer, umfassend ein Druckrohr, in dem ein Kolben an einer Kolbenstange axial beweglich mittels einer das Druckrohr verschließenden Kol­ benstangenführung geführt ist, wobei der Kolben das dämpfmediumgefüllte Druckrohr in zwei Arbeitsräume unterteilt, mit einem Kolbenring, der eine Um­ fangsfläche des Kolbens abdeckt und einen im wesentlichen u-förmigen Quer­ schnitt mit Halteflächen aufweist, wobei sich die Halteflächen auf der Kol­ benober- und Unterseite abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Kolbenseite (31; 33) mindestens ein Teil des Kol­ bens (5), an dem die Halteflächen (27; 29) des Kolbenringes (23) angreifen, eine profilierte Oberfläche aufweist, so daß der Abstand zwischen einer Kol­ benseite und einer gedachten, parallel zur Kolbenseite verlaufenden Bezug­ sebene (71) ein vorgesehenes Paßmaß abwechselnd unter- und überschreitet.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung auf der Kolbenober- und Unterseite ausgeführt ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung der Oberfläche derart ausgeführt ist, so daß das Paßmaß in Umfangsrichtung des Kolbens abwechselnd über- und unterschritten wird.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung der Oberflächen auf der Kolbenober- und Unterseite orien­ tiert zueinander ausgeführt ist, so daß ausgehend von einer gedachten Bezugs­ ebene auf der einen Kolbenseite eine Erhebung (67) und auf der in Achsrich­ tung des Kolbens gegenüberliegenden Kolbenseite eine Einsenkung (69) ausge­ führt ist.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Erhebung auf der einen Kolbenseite genauso groß ist wie die Tiefe der Einsenkung auf der axial gegenüberliegenden Kolbenseite.

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Erhebungen und Einsenkungen auf den Kolbenseiten flächig ausgeführt sind.

7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfolge von Erhebungen und Einsenkungen einer stetigen Funktion entspricht.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung nach radial innen des Kolbens eine im wesentlichen kon­ stante Höhe aufweist.

9. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben Durchtrittskanäle (55; 57) aufweist, die die beiden Arbeitsräu­ me miteinander verbinden, wobei die Durchtrittskanäle an ihren Austrittsöff­ nungen (61) jeweils durch mindestens eine Ventilscheibe (65) abdeckt sind, wobei die Profilierung derart zu den Austrittsöffnungen orientiert ist, daß im Bereich der Eintrittsöffnungen (59) eine Einsenkung ausgeführt ist.