DE2404706A1

DE2404706A1 - Dichtung und fuehrung fuer einen hydropneumatischen pralldaempfer

Info

Publication number: DE2404706A1
Application number: DE2404706A
Authority: DE
Inventors: German Schmitt; Felix Dipl Ing Woessner
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1974-02-01
Filing date: 1974-02-01
Publication date: 1975-08-14
Also published as: GB1473427A; DE2404706C3; JPS5743775B2; US3993294A; DE2404706B2; JPS50108473A

Description

FICHTEL & SACHS AG - SCHWEINFURT

PATENT- UND^J GEBRAUCHSMUSTERHILFSANMELDUNG

Dichtung und Führung für einen hydropneumatischen Pralldämpfer

Die Erfindung bezieht sich auf die Dichtung und Führung für die Kolbenstange eines hydropneumatischen Pralldämpfers, insbesondere für Stoßstangen von Kraftfahrzeugen, welcher einen Zylinder aufweist, der mit Flüssigkeit gefüllt ist und den Hochdruck-Arbeitsraum bildet, während in diesem Zylinder ein mit einer Kolbenstange verbundener Kolben gleitet und die Kolbenstange zur Aufnahme einer Druckgasfüllung und einer Flüssigkeitsfüllung einen Hohlraum aufweist, der mit dem Arbeitsraum im Zylinder über eine Dämpfeinrichtung verbunden ist, wobei zur Abdichtung der Kolbenstange im Zylinder eine auf der Kolbenstange axial festgelegte, aus Führungsring und Dichtring bestehende Dichtungsanordnung vorhanden ist.

Bei derartigen Pralldämpfern ist es bekannt, daß zur Bildung der Dichtungsanordnung ein Ring durch Schweißen an der Außenfläche der Kolbenstange befestigt wird. Über diesen Ring, der einen Bund aufweist, wird ein zusätzlicher Kunststoffring als Führungsring geschoben. Gegen die dem Innenraum des Pralldämpfers zugewandte Stirnfläche dieses Ringes legt sich der Dichtring. Ein weiterer Führungsring ist am Kolben angeordnet. Eine derartige Führung der Kolbenstange ist mit einem großen Bauaufwand behaftet »sä wobei die Gefahr, daß beim Festschweißen des Ringes auf der Kolbenstange ein Verzug entsteht, groß ist. Die engen Toleranzen der Bauteile sind erforderlich, damit der Spalt zwischen der Innenfläche des Zylinders und der Außenfläche des Führungsringes kein Einklemmen bzw. Einquetschen des mit hohem Druck beaufschlagten Dichtringes verursacht.

Weiter ist es bekannt, die Druckgasfüllung in den Hohlraum der Kolbenstange über einen gesonderten Füllkanal einzubringen. Die-

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ser Füllkanal, der von außen zugänglich sein muß, wird nach dem Füllen dicht verschlossen, was üblicherweise durch einen eingeschweißten Verschlußkörper geschieht. Derartige Verschlüsse der Einfüllkanäle sind oftmals Anlaß zu Funktionsstörungen, da diese absolut dicht ausgeführt sein müssen und geringfügige Einschlüsse von Schlacken beim Schweißen sowie der hohe Innendruck zu Schwierigkeiten führt. Dieser Arbeitsgang für das Verschließen.des FUlI-kanales· muß dementsprechend sehr sorgfältig ausgeführt werden und verteuert dadurch das Produkt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten Konstruktionen zu vermeiden und einen Pralldämpfer zu schaffen, der einfach im Aufbau ist, geringe Anforderung an die Toleranzen der Teile stellt" und eine leichte Montage gestattet. Zudem ist die Pralldämpferwirkung in der Serie innerhalb enger Toleranzen zu halten und die Ausgestaltung so vorzunehmen, daß der Pralldämpfer auf höhere Aufprallgeschwindigkeiten ausbaubar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kolbenstange im Bereich des Kolbens einen Abschnitt größeren Durchmessers aufweist, der dem Innendurchmesser des Zylinders angepaßt ist, während sich zwischen dem Dichtring und dem Führungsring ein Anlagering mit rechteckigem oder annähernd quadratischem Querschnitt befindet. Durch diesen Abschnitt größeren Durchmessers wird erreicht, daß das Führungsspiel zwischen Kolbenstange und Zylinder ohne zusätzliche Bauteile gebildet wird, während im Bereich des Führungsringes der Anlagering maßgebend ist für den Spalt zwischen der Zylinderinnenfläche. Ein Einquetschen der Dichtung zwischen Zylinder und Anlagering wird mit Sicherheit vermieden und die Durchmessertoleranz der Kolbenstange in diesem Bereich kann relativ groß gehalten werden.

Nach einem Merkmal der Erfindung wird der Abschnitt des größeren Durchmessers durch Aufweiten der Kolbenstange gebildet. Bei einer derartigen Verformung läßt sich ein exakter Außendurchmesser erreichen, so daß allein durch diesen Arbeitsgang ein sehr enges

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Führungsspiel zwischen Kolbenstange und Zylinder an dieser Stelle erzielt wird.

Eine sehr einfache Anordnung und Befestigung des Kolbens auf der Kolbenstange wird erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß der Kolben im Bereich des Abschnittes mit größerem Durchmesser im Hohlraum der Kolbenstange angeordnet ist und daß durch Umbördeln desfreien Endes dieses Abschnittes die Befestigung des Kolbens erfolgt .

Ist im Hohlraum der Kolbenstange zwischen der Flüssigkeits- und der Gasfüllung ein Trennelement angeordnet, so wird erfindungsgemäß die den Gasraum begrenzende Wand der Kolbenstange ohne Füllöffnung ausgebildet. Ein gesonderter Füllkanal zum Einbringen · von Druckgas in den Hohlraum der Kolbenstange ist nicht erforderlich, denn dies erfolgt über eine geeignete Vorrichtung. Dabei wird vor dem Einbringen des Trennelementes und des Kolbens über die vom Ansatz gebildete Öffnung eingefüllt und anschließend das Trennelement in den Hohlraum gebracht und sodann der Kolben mit der Kolbenstange verbunden. Funktionsstörungen durch entweichendes Gas werden somit vermieden.

Die Befestigung des Führungsringes auf der Kolbenstange wird erfindungsgemäß dadurch auf einfache Weise gelöst, daß die Kolbenstange eine Nut aufweist, in welcher ein Drahtring angeordnet ist, wobei der Führungsring mit einem im Innendurchmesser größeren Endstück über diesen Drahtring ragt und dieses Endstück zur Kolbenstange hin verforrrit wird. Durch diese Befestigungsart des Führungsringes wird ein Verziehen der Teile vermieden. Der Führungsring ist durch geeignete Verfahren, z. B. Verzinken oder Verchromen, gegen Korrosion geschützt.

Um das. Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz in den Spalt zwischen dem Führungsring und dem Zylinder zu verhindern, ist erfindungsgemäß zwischen den umgebördelten Enden des Führungsringes und des Zylinders eine Dichtung angeordnet. Infolge der stets vorhandenen Ausschubkraft des Pralldämpfers wird diese Dichtung im Ruhesuntand 'immer axial vorgespannt. Entsprechend einem wei-

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teren Merkmal ist die Dichtung in einer Nut der Kolbenstange ange ordnet. Dadurch wird erzielt, daß auch während der Betätigung des Pralldämpfers^die Dichtung auf der Kolbenstange festgehalten wird Auf diese Weise ist die Beschädigung der Dichtung durch Gleiten auf dem der Verschmutzung ausgesetzten Kolbenstangenabschnitt ausgeschlossen.

Zur Überbrückung größerer Durchmessertoleranzen zwischen dem Innendurchmesser des Zylinders und dem Außendurchmesser der Kolbenstange sind erfindungsgemäß zwei Dichtringe angeordnet, wobei sich ein Dichtring zwischen zwei Anlageringen befindet.

Weitere Ausbildungsmöglichkeiten und vorteilhafte Wirkungen ergeben sich aus der Beschreibung des Aufbaues und der Wirkungsweise der im nachfolgenden beispielsweise dargestellten Ausführungsform der Erfindung. Es zeigt:

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Pralldämpfer im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Ausschnitt im Bereich der Abdichtung zwischen Zylinder und Kolbenstange gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung und

Fig. 3 eine Ausführungsform gemäß Fig. 2, wobei die Dichtung 14 in einer Nut 15 angeordnet ist.

Der in Fig. 1 gezeigte Pralldämpfer ist mit dem zylinderfesten Bauteil direkt mit dem Fahrzeugaufbau verbunden, während das am Ende der Kolbenstange angebrachte Anschlußteil an der Stoßstange befestigt ist. Auf diese Weise steht jede Stoßstange über zwei dieser Pralldämpfer mit dem Aufbau in Verbindung. Bei leichtem Auffahren gegen ein Hindernis, d. h., bei relativ niederen Auftreffgeschwindigkeiten des Fahrzeuges, wird die Aufprallenergie von den Pralldämpfern aufgenommen und eine Beschädigung des Fahrzeuges verhindert.

Der Pralldämpfer selbst besteht aus dem Zylinder 1, welcher die

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Mittel zur Befestigung dieses Pralldämpfers am Fahrzeugaufbau besitzt. In diesen Zylinder 1 taucht die Kolbenstange 2, welche mit dem mit größerem Durchmesser versehenen Abschnitt 7 und der aus Führungsring 1O₃ Anlageringen 12 und Dichtringen 13 gebildeten Dichtungsanordnung auf der Zylinderinnenfläche gleitet. Mittels des in einer Nut der Kolbenstange angeordneten Drahtringes 11 wird der einteilig ausgebildete Führungsring 10 in axialer Richtung auf der Kolbenstange festgelegt. Im Hohlraum der Kolbenstange unterteilt der Trennkolben 8 den mit einer Druckgasfüllung versehenen Raum 9 vom Niederdruck-Arbeitsraum 6. Dieser Arbeitsraum steht über die im Kolben 4 befindliche, als Dämpfeinrichtung wirkende Kolbenbohrung 5 mit dem Hochdruck-Arbeitsraum 3 in Verbindung. Dieser Kolben 4 liegt im Bereich des Ansatzes 7 an der Innenfläche der Kolbenstange 2 und ist durch Umbördeln der Enden befestigt. Die Arbeitsräume 3 und 6 sind mit Flüssigkeit gefüllt und stehen unter dem vom druckgasgefüllten Raum 9 durch den Trennkolben 8 ausgeübten Druck.

Wie insbesondere die Figuren 2 und 3 zeigen, ist die Dichtung 14 zwischen dem umgebördelten Ende 17 des Zylinders 1 und dem umgebördelten Ende 18 des Führungsringes 10 angeordnet. Dabei ist in Fig. 3 die Kolbenstange 2 mit einer Nut 15 versehen, in welche die Dichtung 14 eingreift.

Kollidiert ein Fahrzeug, welches mit derartigen hydropneumatischen Pralldämpfern ausgerüstet ist, mit einem Hindernis, so fährt die Kolbenstange 2 in den Zylinder 1 ein. Dabei wird Flüssigkeit aus dem Hochdruck-Arbeitsraum 3 im Zylinder 1 durch die als Dämpfeinrichtung wirkende Kolbenbohrung 5 des Kolbens 4 in den Niederdruck-Arbeitsraum 6 der hohlen Kolbenstange 2 gedrückt. Anstelle dieser nur aus der Kolbenbohrung 5 bestehenden Dämpfeinrichtung können noch zusätzliche Dämpfventile oder nur Dämpfventile angeordnet sein. Diese durch die Dämpfeinrichtung im Kolben 4 gedrückte Flüssigkeit bewirkt eine Volumenvergrößerung des Raumes 6 und damit eine axiale Verschiebung des Trennkolbens 8, wodurch der mit Druckgas gefüllte Raum 9 eine Volumenverkleinerung und damit eine Druckerhöhung erfährt. Die Reaktions-

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kraft des hydropneumatischen Pralldämpfers setzt sich somit zusammen aus der sich bei der Drosselung der Flüssigkeitsströmung durch die Dämpfeinrichtung ergebenden Dämpfkraft und der sich infolge der Druckerhöhung im Raum 9 ergebenden Gasfederkraft. Beim Einfahren der Kolbenstange gleitet außerdem die aus den Dichtringen 13j den Anlageringen 12 und dem mittels Drahtring 11 auf der Kolbenstange 2 festgelegten Führungsring 10 bestehende Dichtungsanordnung an der Innenfläche des Zylinders 1. Die ebenfalls auf der Kolbenstange 2 befindliche Dichtung Ih₃ welche die Aufgabe hat j im Ruhezustand des Pralldämpfers das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz in den Spalt zwischen dem Führungsring und dem Zylinder 1 zu verhindern gleitet ebenfalls beim Einfahren der Kolbenstange 2 in den Zylinder 1 an der Zylinderinnenwand. Dies ist insbesondere bei der Ausführung nach Fig. 3 gewährleistet, da hier die Dichtung 14 in die Mut 15 der Kolbenstange 2 eingreift.

Mach dem Stoß bewirkt der im Raum 9 vorhandene Gasdruck über den Trennkolben 8, daß die Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum 6 über die Kolbenbohrung 5 in den Arbeitsraum 3 gedrückt wird. Dabei kehrt die mit dem Kolben 4 verbundene Kolbenstange 2 in die in Fig. 1 gezeichnete Ausgangslage zurück. Infolge der Ausschubkraft wird die Dichtung lh in der in Fig. 1 gezeichneten Stellung des Pralldämpfers zwischen das umgebördelte Ende 18 des Führungsringes und das umgebördelte Ende 17 des Zylinders gedrückt, d. h., die Dichtung ist im Ruhezustand immer axial vorgespannt.

Durch die Kombination der Dichtringe 13 mit den Anlageringen 12, wobei ein Dichtring 13 zwischen zwei Anlageringen 12 angeordnet ist, wird eine einwandfreie Abdichtung auch bei relativ großen Durchmessertoleranzen beim Außendurchmesser der Kolbenstange 2" und Innendurchmesser des Zylinders 1 erzielt. Da der Druck in dem Ringraum zwischen der Kolbenstange 2 und dem Zylinder 1 dem des Hochdruckraumes 3 entspricht, übt der diesen Ringraum begrenzende Dichtring 13 eine Axialkraft auf den zwischen diesen Dichtringen 13 liegenden Anlagering 12 aus. Der zwischen den Anlageririgen 12 liegende Dichtring 13 erfährt somit eine Vorspannung durch diese Axialkraft. Diese Axialkraft wird von dem Führungs-

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ring 10 aufgenommen, der in Zug- und Druckrichtung fest mit der Kolbenstange 2 verbunden ist. Diese Verbindung des Führungsringes 10 mit der Kolbenstange 2 erfolgt, indem der Drahtring 11 in eine Nut der Kolbenstange 2 eingelegt wird. Anschließend wird der Führungsring 10 so mit dem einen größeren Innendurchmesser aufweisenden Endstück über den Drahtring 11 geschoben, daß dieses Endstück nach außen weist. Die anschließende Verformung des " Endstückes zur Kolbenstange hin ergibt das umgebördelte Ende und damit die axiale Festlegung des· Ringes.

Obwohl durch die Dichtung 14 im Ruhezustand des Pralldämpfers das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz in den Spalt zwischen Führungsring 10 und Innenfläche des Zylinders 1 vermieden wird,-erfolgt ein Korrosionsschutz dieses Führungsringes 10 z. B. durch Verzinken oder Verchromen. Damit wird -erreicht, daß bei einer Betätigung des Pralldämpfers eventuell eintretende Feuchtigkeit nicht zu einem Festrosten des Führungsringes 10 an der Innenfläche des Zylinders 1 führt.

Die Kolbenstange 2 mit dem Kolben 4 und dem Trennkolben 8 sowie mit der Gasfüllung im Raum 9 wird als Baueinheit hergestellt. Dies geschieht dadurch, daß vor dem Einbringen des Trennkorbens 8 der Raum 9 die_ Gasfüllung über die vom Abschnitt 7 gebildete Kolbenstangenöffnung erhält. Anschließend wird der Trennkolben 8 in den Hohlraum der Kolbenstange 2 eingebracht und sodann der Kolben 4 im Ansatz 7 befestigt, wodurch das umgebördelte Ende 16 der Kolbenstange entsteht. Der Trennkolben 8 kommt dabei am Kolben 4 zur Anlage. Eine gesonderte Einfüllöffnung im Kolbenstangendeckel entfällt und ebenso der Arbeitsgang zum Verschließen einer solchen Einfüllöffnung.

Die anschließende Endmontage gestaltet sich sehr einfach, denn die vorstehend beschriebene Baueinheit, welche außerdem mit der aus den Dichtringen 13, den Anlageringen 12, dem Führungsring 10, dom Drahtring 11 sowie der Dichtung 14 versehen ist, wird in den Zylinder 1 eingebracht. Dabei wird der Zylinder 1 senkrecht angeordnet , so daß die Zylinderöffnung oben ist. Nach dem Einfüllen

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der Dämpfflüssigkeit in den Zylinder 1 wird die Baueinheit eingeschoben, wobei überschüssige Dämpfflüssigkeit so lange aus der Zylinderöffnung austritt, bis der zuerst an der Innenwand des Zylinders 1 angreifende Dichtring 13 zum Eingriff kommt. Ein weiteres Einschieben der Kolbenstangenbaueinheit bewirkt, daß Dämpfflüssigkeit aus dem Arbeitsraum 3 über die Bohrung 5 im Kolben k in den Hohlraum der Kolbenstange 2 verdrängt wird. Der Trennkolben 8 hebt sich dadurch vom Kolben 4 ab und es wird der Arbeitsraum 6 gebildet. Ist die Kolben-Kolbenstangenbaueinheit genügend weit in den Zylinder eingeschoben, so wird das obere Ende des Zylinders 1 umgebördelt, wodurch das umgebördelte Ende 17 entsteht. Die unter Druck stehende Gasfüllung im Raum 9 übt über den Trennkolben 8 auf die Flüssigkeitsfüllung in den Arbeitsräumen 6 und 3 einen Druck aus, so daß die Kolbenstange ausgeschoben wird. Dadurch wird die zwischen dem umgebördelten Ende 17 des Zylinders 1 und dem umgebördelten Ende 18 des Führungsringes 10 angeordnete Dichtung 14 zusammengedrückt und verhindert ein Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz in den Spalt zwischen dem Führungsring 10 und der Innenfläche des Zylinders 1. Für die Lage des Trennkolbens 8 im Hohlraum der Kolbenstange 2 ist beim Zusammenbau die Länge des Einfahrweges für den inneren Dichtring 13 maßgebend. Je länger die axiale Ausdehnung der aus den Dichtringen 13, den Anlageringen 12 und dem Führungsring 10 bestehende Dichtungs- und Führungseinheit ausgebildet ist, um so größer wird der Niederdruck-Arbeitsraum 6 im Ruhezustand des Pralldämpfers.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Γΐ.j Dichtung und Führung für die Kolbenstange eines hydropneuma- ^-^ tischen Pralldämpfers, insbesondere für Stoßstangen von Kraftfahrzeugen, welcher einen Zylinder aufweist, der mit Flüssigkeit gefüllt ist und d?n Hochdruck-Arbeitsraum bildet, während in diesem Zylinder ein mit einer Kolbenstange verbundener Kolben gleitet und die Kolbenstange zur Aufnahme einer Druckgasfüllung und einer Flüssigkeitsfüllung einen Hohlraum aufweist, der mit dem Arbeitsraum im Zylinder über eine Dämpfeinrichtung verbunden ist, wobei zur Abdichtung der Kolbenstange im Zylinder eine auf der Kolbenstange axial festgelegte, aus .Führungsring und Dichtring bestehende Dichtungsanordnung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (2) im Bereich des Kolbens (4) einen Abschnitt (7) größeren Durchmessers aufweist, der dem Innendurchmesser des Zylinders (1) angepaßt ist, während sich zwischen dem Dichtring (13) und dem Führungsring (10) ein Anlagering (12) mit rechteckigem oder annähernd quadratischem Querschnitt befindet.

2. Pralldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (7) mit größerem Durchmesser durch Aufweiten der Kolbenstange (2) gebildet wird.

3. Pralldämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) im Bereich des Abschnittes (7) mit größerem Durchmesser im Hohlraum der Kolbenstange (2) angeordnet ist.

4. Pralldämpfer, wobei im Hohlraum der Kolbenstange zwischen der Flüssigkeits- und der Gasfüllung ein Trennelement angeordnet ist, nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Gasraum (9) begrenzende Wand der Kolbenstange (2)

/
füllöffnungslos ausgebildet ist.

5. Pralldämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ä/ivch Umbördeln des freien Endes (16)' des Abschnittes (7) die Befestigung des Kolbens (4) erfolgt.

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6. Pralldämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 5₅ dadurch gekennzeichnet , daß die Kolbenstange (2) eine Nut aufweist, In welcher ein Drahtring (H) angeordnet ist, wobei der Führungsring ClO) mit einem im Innendurchmesser größeren Endstück über diesen Drahtring ragt und dieses Endstück durch Verformung zur Kolbenstange hin ein umgebördeltes Ende (18) bildet.

7- Pralldämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem umgebördelten Ende (18) des Führungsringes (10) und dem umgebördelten Ende (17) des Zylinders (1)
eine Dichtung (14) angeordnet Ist.

8. Pralldämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 7₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (l4) in einer Nut (15) der Kolbenstange
(2) angeordnet Ist.

9. Pralldämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Dichtringe (13) angeordnet sind, wobei sich ein
Dichtring (13) zwischen zwei Anlageringen (12) befindet.

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