DE10021762A1 - Luftdämpfer für ein beweglich gelagertes Bauteil, insbesondere in Automobilen - Google Patents

Abstract

Luftdämpfer für ein beweglich gelagertes Bauteil, insbesondere in Automobilen, mit den folgenden Merkmalen: DOLLAR A - ein hohler an einem Ende angeschlossener Zylinder DOLLAR A - eine Verschlusskappe für das offene Ende des Zylinders DOLLAR A - ein im Zylinder gleitend geführter Kolben, dessen Stange durch die Kappe herausgeführt ist DOLLAR A - eine ringförmige Ausnehmung am Umfang des Kolbens DOLLAR A - eine Ringdichtung in der Ausnehmung, die dichtend mit der Wandung des Zylinders und dem Boden der Ausnehmung zusammenwirkt und deren axiale Erstreckung kleiner ist als die axiale Erstreckung der Ausnehmung DOLLAR A - mindestens eine axiale Nut im Boden der Ausnehmung und jeweils eine mit der axialen Nut verbundene radiale Nut in der Wandung der Ausnehmung, wobei sich der Querschnitt der axialen Nut von der Wandung der Ausnehmung zur anderen ggf. verändert, DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, dass der blockförmige Dichtring aus thermoplastischem Elastomer besteht, der mit einer vorgegebenen Reibung mit der Wandung zusammenwirkt und der mit einer Beschichtung versehen ist, durch welche die Haftreibung an der Wandung des Zylinders und dem Boden der Ausnehmung annähernd gleich seiner Gleitreibung ist, wobei der Reibungsanteil das Schwingungssystem Luftdämpfer glättet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Luftdämpfer für ein beweglich gelagertes Bau­ teil, insbesondere in Automobilen nach dem Patentanspruch 1.

Derartige Luftdämpfer sind etwa aus DE 295 18 171 oder DE 43 19 641 bekannt geworden. Die Verzögerung der Kolbenbewegung wird mit Hilfe eines Überström­ kanals erzeugt, der in einer Ringnut oder ringförmigen Ausnehmung des Kolbens gebildet ist. Ein Dichtring sitzt in der Ausnehmung, wobei die axiale Ausdehnung des Dichtrings kleiner ist als die der Ausnehmung. Bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens gleitet mithin der Dichtring jeweils zu einer Wandung der Ausnehmung. Die Wandung der Ausnehmung weist Nuten auf, so dass Luft von der einen zur anderen Seite des Kolbens strömen kann. Durch eine entsprechende Bemessung der Nuten in dem Boden und den Wänden der Ausnehmung kann die Drosselwirkung unterschied­ lich ausgebildet sein, um in den jeweiligen Verstellrichtungen unterschiedliche Dämp­ fungen zu erreichen.

Zwischen der Geschwindigkeit, mit der der Kolben verstellt wird, und der Quer­ schnittsfläche bzw. der Länge des Überströmkanals muss eine Abstimmung erfolgen. Ist dies nicht der Fall, kann es während der Bewegung zu Zwischenstopps kommen. Das Bauteil schwingt durch ein "Nicken" stufenweise zu dem Endanschlag. Dieses Problem wird noch erschwert, wenn die an dem Luftdämpfer wirkende Kraft unter­ schiedlich groß ist. Das beste Verhalten erzielt man bei großen Durchmessern des Zylinders. Hierfür ist häufig der erforderliche Platz nicht vorhanden.

Es ist auch bekannt, derartige Luftdämpfer mit einer Zug- oder Druckfeder zu ver­ sehen, die zwischen einem Verschluss des Zylinders und dem Kolben angeordnet ist. Sowohl der Luftdämpfer selbst ohne Feder als auch mit Feder bildet ein Schwin­ gungssystem, welches einem weichen Dämpfen entgegensteht. Darüber hinaus bildet die Feder eine potentielle Geräuschquelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftdämpfer zu schaffen, der auch bei höheren Beschleunigungen wirksam verzögert und kein Schwingungssystem bildet. Ferner soll die Geräuschentwicklung beim Luftdämpfer minimiert werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Luftdämpfer ist ein blockförmiger Dichtring aus thermo­ plastischem Elastomer gebildet, der mit einer vorgegebenen Presskraft mit der Wan­ dung des Zylinders zusammenwirkt. Der Dichtring ist mit einer geeigneten Beschich­ tung versehen, welche dem Dichtring eine Gleiteigenschaft verleiht, die auch bei Haftreibung annähernd den gleichen Wert erzeugt wie bei Gleitreibung. Mit anderen Worten, der Dichtring weist im Wesentlichen kein Losbrechmoment auf. Es kommt daher auch nicht zu sogenannten Stick-Slip-Effekten, die Geräuschentwicklungen zur Folge haben. Zwar ist es denkbar, eine gleichmäßige Reibung durch Verwendung von Schmierstoffen zu erzielen. Schmierstoffe haben jedoch in Abhängigkeit von der Temperatur eine unterschiedliche Viskosität. Außerdem besteht die Gefahr, dass der Überströmkanal durch den Schmierstoff verkleinert oder gar verstopft wird. Schmier­ stoffe sind ebenfalls unerwünscht, wenn die Luftbremse im Sichtbereich eingesetzt wird, da eine entsprechende Verschmutzungsgefahr besteht.

Bei dem erfindungsgemäßen Luftdämpfer wird eine gleichmäßige Reibung erzielt, die im Wesentlichen temperaturunabhängig ist, wobei die sich mit der Temperatur ändernde Shorehärte nur minimalen Einfluss auf die Reibung nimmt. Somit ergibt sich für das Dämpfungsverhalten bzw. die Dämpfungsrate des Luftdämpfers der Einfluss von zwei Faktoren, nämlich der Druckunterschied zwischen den abgetrennten Zylin­ derräumen und der Reibung.

Die Reibung, die bei der Verstellung des Luftdämpfers ebenfalls überwunden werden muss, glättet eventuelle Schwingungen. Damit eine bestimmte Reibung erzeugt wer­ den kann, muss der Dichtring ein Formring sein, der unter eine gewisse Presskraft versetzt wird. Diese soll jedoch unabhängig von der Temperatur reproduzierbar sein. In diesem Falle kommt es nicht zu einem unerwünschten Schwingungsverhalten und zu unerwünschten Geräuschentwicklungen.

Die in diesem Fall verwendete Beschichtung des Dichtringes, welche den Anforde­ rungen Genüge tut, ist eine Polymerbeschichtung auf Basis von Polysiloxanen. Dabei ist der Ring aus einem Material, das einen hohen Druckverformungsrest auch bei hohen Temperaturen aufweist.

Es kommt häufig vor, dass die Verstellkraft über den Luftdämpfer in der einen Rich­ tung größer als in der anderen Richtung sein soll. Dies kann mit Hilfe einer Feder verwirklicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung der Boden der Ausnehmung konisch geformt sein. Auf diese Weise wird je nach Lage des Dichtrings in der Ausnehmung eine unterschiedlich hohe Presskraft und damit auch eine unterschiedlich hohe Reibung erzeugt.

Eine Schraubenfeder, welche dem Zylinder eine Vorzugsverstellrichtung verleihen soll, kann im Zylinder angeordnet sein oder auch außerhalb. Eine innerhalb des Zylin­ ders angeordnete Schraubenfeder kann einige Probleme erzeugen. Vor allen Dingen ist die Feder eine Geräuschquelle. So kann es zu Klopfgeräuschen kommen, wenn der Luftdämpfer bei unruhiger Fahrt erschüttert wird. Die Feder beginnt zu schwingen und klopft dabei gegen die Kolbenstange bzw. die Zylinderwandung. Eine Druckfeder ist relativ instabil und hat sehr schnell die Knickgrenze bei Betätigung erreicht. Dabei hat die Feder das Bestreben, zur einen Seite hin auszuweichen. Sie kann ebenfalls gegen die Kolbenstange oder den Zylinder klopfen. Darüber hinaus können Reib- und Schwirrgeräusche entstehen. Bei der Betätigung der Kolbenstange entstehen Reib­ geräusche zwischen dem Schaft und den Windungen der Feder. Bei rauen Oberflächen ist der Effekt stärker und die Feder fängt an zu schwirren, was sich als ein Quietsch­ geräusch darstellt.

Um dem beschriebenen Problem zu begegnen, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass an der Kolbenstange diametral längliche Rippen geformt sind, an welchen die Windungen der Feder anliegen, wenn diese entspannt ist. Es ist hierbei zu berück­ sichtigen, dass die Feder im Wesentlichen im mittleren Bereich zu einer Vergrößerung des Windungsdurchmessers gelangt, wenn die Feder komprimiert wird, während die Endwindungen im Wesentlichen unverändert bleiben. Wird jedoch auch das Ende der Feder relativ zur Kolbenstange bewegt, muss darauf geachtet werden, dass auch im entspannten Zustand kein deutlicher Eingriff zwischen der Federwindung und der Kolbenstange besteht. Hierbei sind die Toleranzen bei der Herstellung der Kolben­ stange und auch der der Feder zu berücksichtigen. Es empfiehlt sich daher, dass die Rippen sich zwar über eine größere Länge an der Kolbenstange entlang erstrecken, dass jedoch die Endwindungen der Feder nicht mit einer derartigen Rippe in Eingriff sind.

Eine weitere Verbesserung besteht erfindungsgemäß darin, dass die Schraubenfeder tailliert ist und nur im taillierten Bereich an der Rippe anliegt. Nur die enger gewickelten mittleren Windungen der Feder liegen an den Entschwirrrippen an, die im Übrigen auch flexibel ausgebildet werden können, um eine größere Überdeckung der Windungen aufnehmen zu können. Dies kann zum Beispiel mit Hilfe von länglichen Durchbrechungen in den Rippen erfolgen. Die Feder ist vorzugsweise symmetrisch geformt, so dass es gleich ist, in welcher Lage sie auf die Kolbenstange geschoben wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Federdraht mit einem Kunst­ stoffüberzug versehen. Vorzugsweise wird die Feder aus einem kunststoffüberzoge­ nen Federdraht gewickelt. Dadurch wird eine gute Gleitwirkung zwischen Feder und Entschwirrippen erzielt.

Reib- und Klappergeräusche können auch im Führungsbereich zwischen Deckel und Kolbenschaft entstehen. Um das Spiel zu reduzieren, kann der Deckel bzw. der Ver­ schluss mit geeigneten Federabschnitten versehen werden, durch welche ein Klappern verhindert wird. Um die Reibung und damit auch die dadurch verursachten Geräusche zu reduzieren, können die mit den Flächen der Kolbenstange in Eingriff tretenden Abschnitte der Federabschnitte kugelförmig sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Luftdämpfers nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform eines Luftdämpfers nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Luftdämpfers nach der Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Luftdämpfers nach der Erfindung.

Fig. 5 zeigt eine Endansicht des Luftdämpfers nach der Erfindung mit einem spe­ ziellen Deckel.

In den Fig. 1 bis 4 ist allgemein ein Luftdämpfer mit 10 bezeichnet. Er weist einen Zylinder 12 auf, der am unteren Ende geschlossen und am oberen offenen Ende durch einen Deckel 14 verschlossen werden kann. Der Deckel 14 sitzt mit Hilfe einer nicht weiter bezeichneten Schnappverbindung auf dem Zylinder 12, wobei beide Teile aus Kunststoffmaterial geformt sind. Im Zylinder ist ein Kolben 16 angeordnet, der eine relativ breite Ringnut 18 bzw. 18a aufweist. In der Ringnut sitzt ein blockförmiger Dichtring 20. Der Dichtring 20 ist an der Innenseite zylindrisch und außen in einem Abschnitt zylindrisch und im Abschnitt 22 konisch, so dass er mit einer Art Lippe an der Wandung des Zylinders 12 anliegt. Der Dichtring 20 ist unter einer gewissen Presskraft zwischen dem Boden der Nut 18 bzw. 18a und der Zylinderwandung ange­ ordnet, so dass eine bestimmte Reibkraft erzeugt wird. Der Dichtring 20 ist mit einer Polymerbeschichtung auf Basis von Polysiloxanen behandelt, welche gewährleistet, dass kein Losbrechmoment überwunden werden muss, wenn der Kolben 16 verstellt werden soll. Außerdem ist das Material des Dichtrings, ein thermoplastisches Poly­ mer, so ausgewählt, dass auch bei höheren Temperaturen noch ein hoher Druck­ verformungsrest besteht.

Im Boden und in der Wandung der Ringnut 18 bzw. 18a ist ein Überbrückungskanal 24 geformt, über den Luft strömen kann, wenn der Kolben 16 im Zylinder 12 verstellt wird. Eine derartige Anordnung eines Überbrückungskanals ist etwa aus DE 43 19 641 oder DE 295 18 171 bekannt geworden.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen, ist der Boden der Ringnut 18a konisch. Mithin verringert sich die Presskraft und damit die Reibung, wenn der Dichtring 20 aus der in Fig. 2 dargestellten Position in eine Position verstellt wird, in der er an der gegenüberliegen­ den Wand der Nut zur Anlage gelangt. Auf diese Weise ist eine unterschiedliche Ver­ stellkraft erforderlich je nach Verstellrichtung des Kolbens 16.

Der Kolben 16 ist mit einer Kolbenstange 26 verbunden, die über eine Öffnung 28 aus dem Deckel 14 herausgeführt und mit einem Auge 30 versehen ist zur Verbindung zum Beispiel mit einem zu betätigenden Bauteil, beispielsweise einer Handschuhfachklappe oder dergleichen, während der Zylinder 12 mit einem fahrzeugfesten Teil verbunden ist. Die Anbindung dieser Teile kann auch umgekehrt gestaltet werden. Auch ist es möglich, andere Teile im Automobil zu dämpfen Die Kolbenstange 26 kann zum Beispiel im Querschnitt ein Doppel-T-Profil oder ein Rechteck-Profil, oder ein K-Profil, oder ein Kreisprofil aufweisen, was im Einzelnen in den Fig. 1 bis 4 nicht dargestellt ist. In Fig. 5 ist z. B. ein Doppel-T-Profil dargestellt. Zwischen dem Deckel 14 und der zugekehrten Fläche des Kolbens 16 ist eine Schraubenfeder 32 angeordnet. Sie ist in den Fig. 1 bis 4 in entspanntem Zustand dargestellt. In Fig. 1 ist an der Unterseite des Deckels mindestens ein ringartiger Vorsprung 36 angeformt, der die oberste Windung der Feder 32 begrenzend umgibt. Die unterste Windung der Feder 32 befindet sich außerhalb eines axialen Ansatzes 38 des Kolbens 16, wodurch die Feder 32 an dieser Stelle seitlich festgelegt ist. Diametral gegenüberliegend sind an der Kolbenstange 26 achsparallel zwei Entschwirrippen 40, 42 bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 geformt. Die Entschwirrippen 40, 42 erstrecken sich über einen großen Teil innerhalb der Feder 32, verringern jedoch ihre Breite im oberen Drittel zum Deckel 14 hin. In der entspannten Position gemäß Fig. 1 und 2 liegen die entsprechenden Windungen der Feder 32 mit annähernd kraftloser Berührung an den Rippen 40, 42 an. Auf diese Weise wird ein seitliches Schwingen oder Knicken der Feder 32 während des Zusammendrückens verhindert. Das Material der Feder 32 ist im Übrigen mit einem gut gleitfähigen Kunststoffüberzug versehen, so dass durch eine Berührung zwischen Federwindungen und den Rippen 40, 42 im Wesentlichen keine Reibung erzeugt wird. Dadurch wird ein entsprechendes Quietschen und Schwirren der Federwindungen vermieden.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 2 dadurch, dass die Feder 32a nicht Zylinderform hat, sondern tailliert geformt ist. Nur die mittleren Windungen der symmetrisch ausgeführten Feder 32a liegen mithin an den Ent­ schwirrippen 40, 42 an.

Die Besonderheit der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht darin, dass die Ent­ schwirrippen 40b, 42b durch eine achsparallele Durchbrechung 46 bzw. 48 in Radial­ richtung flexibel gebildet sind. Die Außenkontur der Rippen 40b, 42b entspricht der­ jenigen der Rippen 40, 42 der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen.

Dadurch kann ein größeres Toleranzfeld der Federwirkung aufgefangen werden, ohne dass die Überdeckung und somit die Reibung der Feder an den Rippen zu groß wird.

In Fig. 5 ist das obere Ende eines Zylinders 12 fir einen Luftdämpfer entsprechend dem nach den Fig. 1 bis 4 zu erkennen, der hier durch einen Deckel 14a verschlos­ sen ist. Die Kolbenstange 26 weist ein Doppel-T-Profil auf sowie diametral gegen­ überliegend Entschwirrippen 40, 42, entsprechend den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 3. Am Rand der Öffnung 28a sind U-förmige Federabschnitte 50, 52 geformt mit entsprechenden Schenkeln, welche die Querstege des Doppel-T-Profils jeweils von außen erfassen. Die Enden der Federabschnitte sind kugelig, wie bei 54 dargestellt. Mit Hilfe der Federelemente 50, 52 erfolgt eine Führung der Kolbenstange 26, so dass Klappergeräusche zwischen Kolbenstange und Öffnungsrand vermieden werden. Aufgrund der kugeligen Anlageabschnitte 54 wird in diesem Bereich nur eine geringe Reibung erzeugt.

Claims (13)

1. Luftdämpfer für ein beweglich gelagertes Bauteil, insbesondere in Automobilen, mit den folgenden Merkmalen:

• - ein hohler an einem Ende geschlossener Zylinder (12)
• - eine Verschlusskappe (14, 14a) für das offene Ende des Zylinders (12)
• - ein im Zylinder (12) gleitend geführter Kolben (16), dessen Stange (26) durch die Kappe (14, 14a) herausgeführt ist
• - eine ringförmige Ausnehmung (18, 18a) am Umfang des Kolbens (16)
• - eine Ringdichtung (20) in der Ausnehmung (18, 18a), die dichtend mit der Wandung des Zylinders (12) und dem Boden der Ausnehmung (18, 18a) zusammenwirkt und deren axiale Erstreckung kleiner ist als die axiale Erstreckung der Ausnehmung (18, 18a)
• - mindestens eine axiale Nut im Boden der Ausnehmung (18, 18a) und jeweils eine mit der axialen Nut verbundene radiale Nut in der Wandung der Aus­ nehmung, wobei sich der Querschnitt der axialen Nut von einer Wandung der Ausnehmung zur anderen ggf. verändert,

dadurch gekennzeichnet, dass der blockförmige Dichtring aus thermoplastischem Elastomer besteht, der mit einer vorgegebenen Reibung mit der Wandung zusammenwirkt und der mit einer Beschichtung versehen ist, durch welche die Haftreibung an der Wandung des Zylinders (12) und dem Boden der Ausnehmung (18, 18a) annähernd gleich seiner Gleitreibung ist, wobei der Reibungsanteil das Schwingungssystem Luftdämpfer glättet.

2. Luftdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring mit einer Polymerbeschichtung auf Basis von Polysiloxanen behandelt ist.

3. Luftdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Dichtrings (20) einen hohen Druckverformungsrest auch bei hohen Tempera­ turen aufweist.

4. Luftdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der Ausnehmung (18a) konisch ist.

5. Luftdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verschlusskappe (14, 14a) und dem Kolben (16) eine Schrauben­ feder (32, 32a) angeordnet ist und an der Kolbenstange (26) diametral gegenüber­ liegend achsparallele längliche Rippen (40, 42, 40b, 42b) geformt sind, an wel­ chen die Federwindungen anliegen, wenn die Feder entspannt ist.

6. Luftdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (32a) zwischen den Enden tailliert ist und nur der taillierte Bereich an den Rippen (40, 42, 40b, 42b) anliegt, wenn die Feder (32a) entspannt ist.

7. Luftdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (40b, 42b) mittels einer länglichen Durchbrechung (46, 48) oder dergleichen radial ein­ federnd ausgebildet sind.

8. Luftdämpfer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (32, 32a) mit einer Kunststoffbeschichtung versehen ist.

9. Luftdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (32, 32a) aus einem kunststoffbeschichteten Federdraht geformt ist.

10. Luftdämpfer nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die taillierte Feder (32a) symmetrisch ist.

11. Luftdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Innenrand der Öffnung (28a) des Verschlusses (14a) Federabschnitte (50, 52) geformt sind, die gegen Flächen der Kolbenstange (26) anliegen.

12. Luftdämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (26) im Querschnitt ein Doppel-T-Profil aufweist und zwei diametral gegenüber­ liegende U-förmige Federabschnitte (50, 5 2) vorgesehen sind, von denen jeweils ein Schenkel jeweils an der Außenseite eines Querstegs des Doppel-T-Profils anliegt.

13. Luftdämpfer nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die anlie­ genden Enden der Federabschnitte (50, 52) kugelförmig sind.