DE20011005U1

DE20011005U1 - Federbein für Fahrzeuge

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Publication number: DE20011005U1
Application number: DE20011005U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2001-11-08
Anticipated expiration: 2010-06-29

Description

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•PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. F. W. MOLL · DIPL.-ING. H. CH. BITTERICH

ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT LANDAU/PFALZ

28.06.00 B/Fa.

Heiner Jenewein, 67434 Neustadt Peter Sporn, 8645 Jona/Schweiz

Federbein für Fahrzeuge

KORRESPONDENZ ··. «... .· ItANZLH» · · .... ..·· BANKVERBINDUNGEN

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TELEGRAMMEINVENTION FAX 0 6341/20356 275 62-676 (BLZ 545 100 67)

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft Federbeine für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Federbeine für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, bestehen aus einer Feder, üblicherweise einer Wendelfeder, und einem Stoßdämpfer. Der Stoßdämpfer seinerseits besteht aus einer Zylinder-Kolben-Kombination; ein in den Kolben integriertes Ventil sorgt für einen kontrollierten Fluss der Gas-Flüssigkeits-Mischung, mit der der Stoßdämpfer gefüllt ist. Feder und Stoßdämpfer bilden eine konzentrische Einheit, so dass sich ein platzsparender Aufbau ergibt.

Ursprünglich wurden die Zylinder der Stoßdämpfer zweiteilig hergestellt. Zunächst wurde ein Stahlrohr abgelängt. Danach wurde eine im Stanzverfahren hergestellte Kappe auf das Rohrende aufgeschweißt. Diese Anschweißkappe wurde aus dickerem Blech als die Rohrwanddicke hergestellt, damit der Boden ausreichende Festigkeit für das Anschweißen weiterer Stoßdämpferteile garantieren konnte. Nach dem Schweißprozess wurde das Rohr auf Dichtigkeit überprüft und aufwändig von innen gereinigt.

Da diese Herstellungsmethode sehr aufwändig ist, wurde nach einfacheren Methoden gesucht. In der DE-Zeitschrift "Blech, Rohre, Profile", 29 (1982), 11, Seite 529/30 ist das Schließen der Stoßdämpferrohre mit Hilfe einer automatischen Rohrschließmaschine beschrieben. Als Ausgangsmaterial dient hierbei wieder das entsprechend abgelängte Stahlrohr. Ein Ende des Rohres wird mittels einer Mittelfrequenzinduktionserwärmungsanlage auf etwa 960 ⁰C erwärmt und mit Hilfe einer Drückrolle, die an einem Schwenksupport befestigt ist, geschlossen. Bei diesem Schließprozess wird die Wanddicke des Bodens entsprechend verstärkt. Das Schließen der Rohre erfolgt in 3 Sekunden. Die Temperatur von etwa 960 ⁰C reicht aus, damit das zusammengerollte Material im Mittelpunkt zusammenschweißt. Nach dem Schließen bzw. Verschweißen ist das Rohr noch so warm, dass eine Gefügeverhärtung nicht auftritt.

In derselben Zeitschrift wird auch das Herstellen von Kolbenstangen für Stoßdämpfer aus Rohren beschrieben.

In der EP-A 0 081 700 ist ein Verfahren beschrieben, mit dessen Hilfe die Enden von Aluminiumrohren rollierend verschlossen werden können.

Für die konzentrische Anordnung von Stoßdämpfer und Feder muss am Zylinderrohr des Stoßdämpfers außen eine ringförmige Auflage angebracht werden. Erfolgt die Befestigung der Auflage durch Schweißen, so wird die Innenfläche des Rohrs, auf der der Kolben bzw. dessen Dichtung entlanggleitet, durch die Hitzeeinwirkung geschädigt; unter Umständen verzieht sich das ganze Zylinderrohr.

Eine andere Befestigung besteht darin, dass auf die Außenseite des Zylinderrohrs ein Gewinde aufgebracht wird. Die Federauflage wird dann durch eine Mutter gebildet, die in der korrekten Position durch eine Kontermutter fixiert wird. Diese Konstruktion wird insbesondere dann verwendet, wenn das Federbein für unterschiedliche Kfz-Modelle mit unterschiedlichen Abmessungen eingesetzt werden soll, wenn dem Benutzer des Kraftfahrzeuges die Möglichkeit gegeben werden soll, das Chassis tiefer zu legen, usw.

Seit einigen Jahren versucht insbesondere die Automobilindustrie, das Gewicht der Kraftfahrzeuge zu senken, um auf diese Weise den Federungskomfort zu erhöhen und insbesondere den Treibstoffverbrauch zu reduzieren. Eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauches ist dringend erforderlich, um die natürlichen Ressourcen zu schonen, um den sogenannten Treibhauseffekt zu reduzieren und um den Geldbeutel des Kraftfahrzeugbenutzers angesichts ständig steigender Treibstoffpreise zu entlasten. Zu diesen Bemühungen gehört auch der Versuch, die Stoßdämpfer statt aus Stahl aus Leichtmetall herzustellen. Dabei hat sich jedoch sehr schnell herausgestellt, dass eine Übernahme der Fertigungstechniken, die sich bei den herkömmlichen, aus Stahl bestehenden Stoßdämpfern bewährt haben, nur dann möglich ist, wenn die Wandstärke der Zylinderrohre überdimensioniert wird. Nur dann kann verhindert werden, dass die beim Anschweißen der ringförmigen Federauflagen auftretenden

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Gefügeänderungen die Rohrinnenfläche beschädigen. Nur dann lassen sich Gewinde mit ausreichend tiefen Gewindegängen anbringen. Rohre mit überdimensionierten Wandstärken sind jedoch schwerer als nötig und vor allem teurer als nötig. Das ist unbefriedigend.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Federbeine anzugeben, deren Stoßdämpfer aus einem leichten Material mit minimalen Wandstärken hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch Federbeine mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Erster Vorteil des erfindungsgemäßen Federbeins ist die geringe Wandstärke des zur Herstellung des Zylinderrohrs verwendeten Leichtmetallrohrs; diese Wandstärke ist allein auf die während des Betriebs auftretenden Kräfte abgestimmt.

Der zweite Vorteil beruht auf der Ausbildung der Federauflage als Buchse mit angeformtem Tellerrand. Dadurch wird die Wandstärke des Zylinderrohrs in dem durch die Federauflage hoch belasteten Teil erhöht, das Gesamtgewicht des Federbeines steigt jedoch nur minimal. Wesentlich ist jedoch, dass die Stellen, an denen die Buchse mit dem Zylinderrohr verschweißt ist, weit auseinanderrücken, so dass die lokale Beeinflussung des Zylinderrohrs gering bleibt.

Der dritte Vorteil der Erfindung liegt in der Ausgestaltung der Schweißnähte zwischen Federauflage und Zylinderrohr. Es ist erstmals gelungen, die Schweißung von Leichtmetall so ausbilden, dass die Innenwand des Zylinderrohrs nicht verändert wird, wodurch teure Nachbearbeitungen der Rohrinnenwand unterbleiben können. Gleichzeitig sind die Schweißnähte jedoch hoch fest.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist der endseitige Verschluss des Zylinderrohrs ein aufgeschweißter Deckel. Durch geschickte Gestaltung des Deckels ist es möglich, die Schweißnaht in einen Bereich zu verlegen, den der Kolben nicht erreicht, so dass auch herkömmliche Schweißnähte, die die Innenwand des Rohrs

verändern, eingesetzt werden können. Vorzugsweise erfolgt jedoch auch hier der Einsatz der speziellen Schweißtechnik, die eine Veränderung der Rohrinnenwand vermeidet.

Gemäß einer bevorzugten Alternative hierzu ist das Zylinderrohr endseitig spanlos umgeformt und gasdicht verschlossen, beispielsweise mit Hilfe der in der oben genannten EP-A 0 081 700 beschriebenen Methode.

Vorteilhafterweise ist die zylinderseitige Federauflage ein tiefgezogener Napf ohne Boden. Leichtmetallnäpfe lassen sich mit einfachen Vorrichtungen aus einem Stück Leichtmetallblech tiefziehen, wobei gleichzeitig die für die erhöhte Festigkeit erforderliche Gefügeveränderung auftritt. Nach Abtrennen des Bodens ist die Federauflage fertig und kann direkt angeschweißt werden.

Soll die Zylinderauflage wie bei dem oben beschriebenen Stand der Technik höhenverstellbar sein, so wird gemäß einer alternativen Ausgestaltung auf das Zylinderrohr zunächst eine Buchse aufgeschweißt, die ein Außengewinde trägt. Auf diese Gewindebuchse wird eine Federauflage aufgeschraubt, die ein dazu passendes Innengewinde trägt. Die Fixierung erfolgt mit Hilfe einer Kontermutter. Selbstverständlich wird die Gewindebuchse mit zwei umlaufenden Schweißnähten befestigt, die die Innenwand des Zylinderrohrs nicht beschädigen.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen jeweils rein schematisch

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Federbein,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Federbein und

Fig. 3 ein Schliffbild einer Kehlschweißnaht zwischen zwei Leichtmetallteilen.

Fig. 1 zeigt rein schematisch einen Längsschnitt durch ein erstes Federbein für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge. Das Federbein besteht aus einem Zylinder 10, einem darin laufenden Kolben 30 und einer konzentrisch dazu angebrachten Wendelfeder 40. Der Zylinder 10 besteht aus einem Leichtmetallrohr 11, dessen oberes Ende mit Hilfe einer Kappe 12 verschlossen ist. Der Verschluss erfolgt mit Hilfe einer gas- und flüssigkeitsdichten Schweißnaht 3. An der Außenseite der Kappe 12 erkennt man ein Lagerauge 13.

Auf der Innenfläche 15 des Zylinderrohrs 11 läuft eine Dichtung 33, die am Kolbenteller 32 des Kolbens 30 befestigt ist. Der Kolbenteller 32 sitzt an einer Kolbenstange 31, die aus dem Zylinder 10 herausgeführt ist.

Am Ende der Kolbenstange 31 befindet sich eine kolbenstangenseitige Auflage 34 für die Feder 40.

An der Außenseite des Zylinderrohrs 11 ist eine zylinderseitige Auflage 14 für die Feder 40 angeschweißt. Diese Auflage 14 besteht aus einer Buchse 17 mit einstückig angeformtem Tellerrand. Die Befestigung der Buchse 17 erfolgt durch zwei Schweißnähte 1, 2, die gegenseitig beabstandet und so ausgeführt sind, dass die Innenfläche 15 des Zylinderrohrs 11 nicht beschädigt wird. Außerdem verstärkt die Buchse 17 die Zylinderwand lokal, so dass die von der Feder 40 auf die Federauflage 14 übertragenen Kräfte aufgefangen werden können, wobei jedoch gleichzeitig das Gesamtgewicht des Zylinders 10 gering bleibt.

Fig. 2 zeigt ebenfalls rein schematisch einen Längsschnitt durch ein zweites Federbein. Während Feder 40 und Kolben 30 mit denen der Fig. 1 übereinstimmen, wurde der Zylinder 20 mehrfach verändert.

Eine erste Veränderung betrifft das gas- und flüssigkeitsdicht verschlossene Rohrende 22, welches mit Hilfe des im Stand der Technik beschriebenen Verfahrens spanlos umgeformt und gasdicht verschlossen wurde. Dabei wurde gleichzeitig eine

Verdickung der Wandstärke erreicht, so dass die über das Lagerauge 13 in das Zylinderrohr 21 eingeleiteten Kräfte problemlos aufgenommen werden können.

Eine weitere Veränderung betrifft die zylinderseitige Auflage 24 für die Feder 40. Diese Federauflage 24 ist zweiteilig ausgebildet. Die mit Hilfe zweier Schweißnähte 2 an das Zylinderrohr 21 angeschweißte Buchse 27 trägt ein Außengewinde 28, auf das die eigentliche Federauflage 24, gebildet durch eine Buchse mit angeformtem Tellerrand und versehen mit einem Innengewinde, aufgeschraubt ist. Die zur Fixierung der Federauflage 24 erforderliche Kontermutter wurde aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt.

Dank der speziellen Federauflagen 14, 24 ist es möglich, die Wandstärke der Zylinderrolle 11,21 nur auf die im Betrieb auftretenden inneren Druckkräfte zu dimensionieren.

Fig. 3 zeigt ein Schliffbild der Kehlnaht 2, die das Zylinderrohr 11,21 und die Buchse 17, 27 der zylinderseitigen Federauflage 14, 24 verbindet. Man erkennt, dass die Schweißnaht weit in die Tiefe reicht aber nur wenig in die Breite, so dass die Innenwand 15, 25 des Zylinderrohrs 11, 21 keine Gefüge- und Dimensionsveränderungen erleidet.

Anhand des Schliffbildes kann man auch erkennen, dass dank der speziellen Schweißtechnik das Gefüge der Schweißnaht sehr ähnlich ist dem Gefüge der angrenzenden, nicht beeinflussten Metallbereiche.

Derartige Schweißnähte lassen sich vorzugsweise unter Verwendung eines COrSlab-Lasers herstellen, und zwar vorzugsweise ohne Verwendung von Pulver, Draht oder anderen Hilfsmitteln. Durch geeignete Abstimmung von Laserleistung, Vorschubgeschwindigkeit und Fokussierung kann die Breite der Aufschmelzzone an der Oberfläche der Teile wunschgemäß beeinflusst werden. Grundsätzlich lassen sich diese Schweißnähte mit einem Einfachfokus herstellen. Erheblich bessere Schweißergebnisse erhält man jedoch bei Verwendung eines Doppelfokus. Auch hat

sich herausgestellt, dass die Führung des Schutzgases die Schweißnaht positiv beeinflussen kann. Dadurch kann das Entstehen von Poren stark reduziert oder weitestgehend unterdrückt werden.

Da Federbeine im Betrieb einem erheblichen Korrosionsangriff ausgesetzt sein können, ist eine Korrosionsschutzbehandlung erforderlich. Es hat sich herausgestellt, dass der Korrosionsschutz entweder durch Anodisieren der Oberfläche oder aber auch durch Chromatieren und anschließendem Lackieren der Oberfläche gewährleistet werden kann.

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Claims

1. Federbein für Fahrzeuge, im wesentlichen umfassend

- einen Zylinder (10) mit

- einem Zylinderrohr (11, 21),

- einem endseitigen Verschluss (12, 22),

- einem endseitigen Auge (13)

- und einer Federauflage (14; 24), einen Kolben (30) mit

- einer Kolbenstange (31),

- einem Kolbenteller (32),

- einer Dichtung (33), die gasdicht an der Innenwand (15, 25) des Zylinderrohrs (11, 21) entlanggleitet,

- einem Ventil

- und einer Federauflage (16, 26)

- und eine Druckfeder (40), eingespannt zwischen den beiden Federauflagen (14, 16; 24, 26),

gekennzeichnet durch die Merkmale:

- das Zylinderrohr (11, 21), der endseitige Verschluss (12, 22), das endseitige Auge (13), die zylinderseitige Federauflage (14, 24), die Kolbenstange (31), der Kolbenteiler (32) und/oder die kolbenseitige Federauflage (16, 26) bestehen aus Leichtmetall,

- die zylinderseitige Federauflage (14; 24) ist als Buchse (17, 27) mit angeformtem Tellerrand ausgebildet,

- die Wandstärke des Zylinderrohrs (11, 21) ist so gering, wie es die am Federbein auftretenden Druck- und Schubkräfte noch zulassen,

- die Buchse (17, 27) ist auf das Zylinderrohr (11, 21) aufgeschweißt,

- die Schweißnähte (1, 2) sind so ausgeführt, dass die Innenwand (15, 25) des Zylinderrohrs (11, 21) nicht unverändert bleibt.

2. Federbein nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- der endseitige Verschluss ist ein aufgeschweißter Deckel (12).

3. Federbein nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- das Zylinderrohr (21) ist endseitig spanlos umgeformt und gasdicht verschlossen.

4. Federbein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die zylinderseitige Federauflage (14, 24) ist ein tiefgezogener Napf ohne Boden.

5. Federbein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die Buchse (27) trägt ein Außengewinde (28), die Federauflage (24) trägt ein dazu passendes Innengewinde (28).

6. Federbein nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die Oberflächen sind anodisch oxidiert.

7. Federbein nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal:

- die Oberflächen sind chromatiert und anschließend lackiert.