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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit einem Schutzrohr gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die gattungsbildende
DE 1 902 019 A beschreibt ein Schutzrohr für Schwingungsdämpfer, Federungen oder dgl. Ein Schwingungsdämpfer umfasst im Wesentlichen ein Zylinderrohr, indem ein Kolbenventil an einer Kolbenstange axial beweglich angeordnet ist. Zylinderendseitig ist die Kolbenstange über eine Kolbenstangenführung und eine Kolbenstangendichtung konzentrisch gelagert. Da die Oberfläche der Kolbenstange höchster Güte entsprechen muss, ist am Kolbenstangenende ein Schutzrohr angeordnet, das die Kolbenstange und zumindest teilweise das Zylinderrohr umgibt. Dadurch werden die Kolbenstange und folglich auch die Kolbenstangendichtung vor Umwelteinflüssen wie Schmutz, Steinschlag oder Streusalz geschützt, welche die Funktion des Schwingungsdämpfers erheblich beeinträchtigen können. Als Alternative zum Schutzrohr ist auch ein Faltenbalg bekannt.
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Zur radialen Lagerung des Schutzrohres zum Zylinder sind innenseitig am Schutzrohr Abstandsnocken mit Lagerflächen ausgebildet. Die gesamte äußere Mantelfläche des Zylinderrohres dient als Führungsfläche für die Lagerfläche der Abstandsnocken. Die Lagerfläche und die Führungsfläche weisen dabei über die gesamte Hublänge denselben Durchmesser auf. Prinzipiell ähnliche Anordnungen des Schutzrohres werden ebenfalls in der
FR 1 464 081 A beschrieben.
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Dabei hat sich jedoch herausgestellt, dass bei Belastung des Schwingungsdämpfers, also bei der Ein- und Ausfahrbewegung der Kolbenstange, die Abstandsnocken des Schutzrohres derart an der Oberfläche des Zylinderrohres reiben, dass dessen Lackbeschichtung abgeschabt wird. Dieser Effekt beeinträchtigt zwar nicht grundsätzlich die Funktion des Schwingungsdämpfers, ist aber aus optischen Gründen unerwünscht. Ferner kann es die Quelle für eine Korrosion des Zylinderrohres darstellen.
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Bei heutigen Technikstandards ist der Trend in Richtung immer kleiner und möglichst günstig werdender Lösungen nicht zu übersehen. Im Bereich der Serienfertigung bei Fahrzeugen, insbesondere in der oben beschriebenen Anordnung von Schwingungsdämpfern mit Schutzrohren, macht sich das durch radial kleinere Bauräume bemerkbar. Schutzrohre weisen aus Kostengründen dafür sehr dünne Wandstärken auf, was im Endeffekt zu erhöhten Form- und Lageabweichungen führt. Dadurch werden Probleme der Lagerung des Schutzrohres zum Zylinderrohr weiter verstärkt.
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Eine andere Möglichkeit ein Schutzrohr zum Zylinderrohr auszurichten sieht den Einsatz eines oder mehrerer elastischer Abdichtringe vor, wie z. B. in der
DE 1 041 742 B beschrieben. Die Abdichtringe sind dabei porös ausgebildet, um einen Über- oder Unterdruck im Raum hinter dem Schutzrohr zu vermeiden. Beim Einsatz unter Realbedingungen werden die Durchlässe des Abdichtringsrings jedoch durch die oben beschriebenen Umwelteinflüsse verstopft, so dass kein Druckausgleich mehr stattfinden kann. Des Weiteren haben sich derartige Abdichtringe bei heutigen Massenproduktionsstandards als nicht wirtschaftlich erwiesen.
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Zur Versteifung des Schutzrohres für Kolbenstangen beschreiben die
GB 1 085 388 A sowie die
DE 1 874 288 U verschiedene Anordnungen von Versteifungsrippen, die sich im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge erstrecken. Ein Kontakt zwischen den Versteifungsrippen mit dem Zylinderrohr besteht jedoch nicht.
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Die Entgegenhaltung
JP 2003 056 630 A beschreibt eine Gasfeder, die ausschließlich in der eingefahrenen Betriebsstellung eine Abstützung des Schutzrohrs mit einer Sicke im Zylinder aufweist. Wenn die Kolbenstange sich nur geringfügig in Ausfahrrichtung verschoben hat, dann besteht keine radiale Abstützung des Schutzrohres am Zylinder. Der Sickenbereich am Zylinder ist sehr gut einsehbar und wird nach wiederholter Betätigung das beschriebene Schadensbild zeigen.
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Die
DE 10 2006 001 305 B3 beschreibt einen Steinschlagschutz für einen äußeren Zylinder eines Schwingungsdämpfers. In der
4 zeigt eine Schnittzeichnung durch den Schwingungsdämpfer. Wie eindeutig zu erkennen ist, weisen das Schutzrohr und der Steinschlagschutz einen nahezu konstanten Abstand auf. Der Abstand ist zugegebenermaßen nur „nahezu” konstant, da beide Komponenten als Kunststoffspritzteile hergestellt werden und zum besseren Entformen eine geringfügig konische Körperform aufweisen.
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Die
DE 199 33 783 A1 betrifft einen Schwingungsdämpfer mit zwei Schutzeinrichtungen für die Kolbenstange. Es geht im Wesentlichen um das Schutzelement
1 mit dem Schlauchabschnitt
3. Das Schutzrohr stellt nur eine Option dar. Auch hier ist das Schutzrohr offensichtlich nur aus Herstellungstechnischen Gründen konisch ausgeführt und stützt sich keinesfalls am Zylinder ab. Die
3 zeigt, dass das Schutzrohr bei maximaler Einfahrposition vom Anschlagpuffer zentriert und zum Zylinder auf Abstand gehalten wird.
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In der
3 der
GB 1 131 985 A ist ein Schutzrohr dargestellt, das innenseitige Rippen aufweist, deren Rücksprünge zur axialen Fixierung des Schutzrohres an einer kolbenstangenseitigen Kappe dienen. Wie zu erkennen ist, kommen die Rippen auch bei eingefahrener Kolbenstange nicht mit dem Zylinder in Kontakt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Dadurch wird erreicht, dass das Schutzrohr überhaupt nicht oder lediglich in einem bestimmten Kontaktbereich mit dem Zylinderrohr in Berührung kommen kann, so dass es zu keinem Beschichtungsabrieb an der Außenmentelfläche des Zylinderrohres kommt.
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Werden die Lagerelemente partiell in einem definierten Kreiswinkel, z. B. 120° bei drei Lagerelementen, voneinander in Umfangsrichtung angebracht, stellt sich somit ab einer gewissen Hublänge eine Zentrierfunktion ein.
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Schutzrohre werden vornehmlich aus Kunststoff mittels Blasformverfahren gefertigt. Um Sicken am Schutzrohr anzubringen muss somit lediglich der Vorförmling leicht verändert werden, dessen Kosten sich im Hinblick auf eine Serienproduktion schnell amortisieren. Des Weiteren dienen die Sicken als Versteifungselemente des Schutzrohres, da die Wandstärke des Schutzrohres über den gesamten Umfang gleich bleibt. Somit tragen sie zusätzlich zur Kompensierung der durch die geringe Materialstärke hervorgerufenen Formänderungen des Schutzrohres bei.
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Bei spritztechnisch hergestellten Schutzrohren spielt die leichte Entformbarkeit der Spritzteile eine große Rolle. Sind die Lagerelemente im Wesentlichen parallel zur Längsachse angeordnet treten somit keine komplizierten Entformvorgänge auf.
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Es wird in jeder Hublage im sichtbaren Bereich des Zylinderrohres ein Abstand zwischen dem Schutzrohr und dem Zylinderrohr eingehalten. Folglich wird ein Abrieb der Beschichtung über die gesamte axiale Länge des Zylinderrohres vermieden.
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Optional können die Lagerelemente aber auch schraubenförmig ausgebildet sein. Dadurch wird erreicht, dass im Falle eines Kontaktes der Kontaktbereich zwischen der Lagerfläche und der Führungsfläche des Zylinderrohres in Umfangsrichtung variiert. Somit kann es zu keinem einseitigen Abrieb der beiden Flächen kommen. Des Weiteren wird mit einer derartigen schraubenförmigen Ausgestaltung zur Erhöhung der Steifigkeit des Schutzrohrs in axialer, sowie in radialer Richtung beigetragen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung stellt die Anordnung einer ringförmigen Abdeckkappe auf der Stirnseite des Zylinderrohres dar, auf der die Führungsfläche angeordnet ist. Zylinderrohre sind aufgrund der hohen Druckbelastung metallisch ausgeführt. Um eine ungünstige Werkstoffpaarung hinsichtlich des Reibkontaktes zwischen der Lagerfläche, aus beispielsweise Kunststoff, und der Führungsfläche aus Metall zu vermeiden, ist es von Vorteil, eine Abdeckkappe zu montieren, die der Minderung des Abriebs entgegenkommt. Dadurch, dass sich ein Kontakt zwischen dem Schutzrohr und der Abdeckkappe beschränkt, sind jegliche Beschädigungen des Zylinderrohres ausgeschlossen.
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Über die Abdeckkappe kann aber auch die Variabilität des Abstands der Lagerfläche zur Führungsfläche gewährleistet werden, indem die Abdeckkappe einen konischen Querschnitt aufweist, wobei sich der Durchmesser der Führungsfläche der Abdeckkappe in Richtung Schutzrohrbefestigung verringert. Dadurch kann beispielsweise das Schutzrohr in seiner bisherigen Form beibehalten werden.
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Zur Erhöhung der radialen Steifigkeit des Schutzrohres kann das Schutzrohr mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende Sicke aufweisen, wobei der Innendurchmesser der Sicke maximal der radialen Ausdehnung der Lagerelemente entspricht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.
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1a: Schutzrohr mit axial und radial verlaufenden Sicken in einer 1. Hublage
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1b: Schutzrohr mit axial und radial verlaufenden Sicken in einer 2. Hublage
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1c: Schutzrohr mit axial und radial verlaufenden Sicken in einer 3. Hublage
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2: Schutzrohranordnung aus 1 mit schraubenförmigen Sicken
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3: Schutzrohranordnung mit konischer Abdeckkappe.
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In den 1a bis 1c wird beispielhaft ein Ausschnitt eines an sich bekannten Schwingungsdämpfers 1 mit einem Schutzrohr 3 in verschiedenen Hublagen gezeigt. Die Figuren beschränken sich dabei auf ein Zylinderrohr 5, in dem eine Kolbenstange 7 axial beweglich angeordnet ist. Eine ringförmige Abdeckkappe 9 bildet stirnseitig den Abschluss des Zylinderrohres 5. Diese ist wie in den nachfolgenden Beispielen optional angebracht. Das Schutzrohr 3, im Wesentlich als starres Bauteil ausgeführt, ist kolbenstangenendseitig befestigt und umschließt die Kolbenstange 7 und zumindest teilweise, je nach Hublage, das Zylinderrohr 5. Um eine Verbindung zu einem Fahrzeug herzustellen ist ein Befestigungsgelenk 11 an der Stirnseite der Kolbenstange 7 befestigt.
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Das Schutzrohr 3 weist in diesen Beispielen als Lagerelemente 13 parallele axial verlaufende Sicken, sinnvollerweise mindestens drei, auf, die in einer Ebene innerhalb des Schutzrohres 3 angeordnet sind. Die Sicken 13 sind nach Innen gerichtet und konisch ausgeführt, wobei sie ihren Abstand zur Längsachse des Schutzrohres 3 ausgehend vom offenen Rand in Richtung der Schutzrohrbefestigung verringern. Die jeweilige innenseitige Oberfläche der Sicken 13 bildet eine Lagerfläche 15. Eine mit der Lagerfläche 15 zusammenwirkende Führungsfläche 17 wird von der Mantelfläche der Abdeckkappe 9 gebildet. Die Abdeckkappe 9 ist vorteilhafterweise an ihren Kanten abgerundet, um möglichen Stauchungen bei eventuell stark verformten Schutzrohren 3 vorzubeugen.
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Zur Erhöhung der radialen Steifigkeit des Schutzrohres 3 sind zusätzlich über die gesamte axiale Länge mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Sicken 19 angeordnet. Der Innendurchmesser der in Umfangsrichtung verlaufenden Sicken 19 entspricht dabei im Maximum der radialen Ausdehnung der axial verlaufenden Sicken 13.
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1a zeigt den Schwingungsdämpfer 1 mit komplett ausgefahrener Kolbenstange 7. Das Schutzrohr 3 weist in diesem Beispiel einen möglichen Verzug auf, der hier übertrieben stark dargestellt ist. Dadurch liegt die Lagerfläche 15 bereits in der ersten Hublage einseitig an der Führungsfläche 17 der Abdeckkappe 9 an, während auf der anderen Seite der größtmögliche Abstand 21' zwischen der Lagerfläche 15 und der Führungsfläche 17 vorherrscht. Beim Einfahren (1b) der Kolbenstange 7 in der Druckstufe reduziert sich der vorher größtmögliche Abstand 21' auf der einen Seite auf einen Abstand 21'', wobei auf der Gegenseite der Kontakt aufgehoben wird und sich ein Abstand 21''' einstellt. Dies wird durch den konischen Charakter der Sicken 13 ermöglicht. Ein zylinderseitiger Kontakt findet nur mittelbar über die Abdeckkappe 9 statt.
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Bei komplett eingefahrener Kolbenstange 7 (1c) richtet sich das Schutzrohr 3 schließlich konzentrisch zum Zylinderrohr 5 aus, sodass der Abstand 21'''' im Idealfall um den kompletten Umfang identisch ist. Die Angleichung der Abstände 21' bis 21'''' wird vor allem durch eine Querbewegung erreicht, die durch die Axialbewegung des Schutzrohres 3 zum Zylinderrohr 5, also dem Kontakt zwischen Lagerfläche 15 und Führungsfläche 17, hervorgerufen wird. Dabei ist zu beachten, dass sich der Kontaktbereich der Lagerfläche 15 auf der Führungsfläche 17 je nach Hublage axial auf der Abdeckkappe 9 verschiebt.
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Somit wird ein direkter Kontakt zwischen dem Schutzrohr 3 und dem Zylinderrohr 5 und folglich auch ein Abrieb der Zylinderrohrbeschichtung über die gesamte axiale Länge vermieden.
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Beim Verzicht der Abdeckkappe 9 besteht zwar ein direkter Kontakt zwischen dem Schutzrohr 3 und dem Zylinderrohr 5, dieser spielt sich aber in einem Bereich des Zylinderrohres 5 ab, der von außen nicht einsehbar ist und weitergehend durch das Überlappen des Schutzrohres 3 geschützt ist.
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Die 2 stellt eine Alternativvariante zum in den 1a bis 1c beschriebenen Schutzrohr 3 dar. Die hinsichtlich der Lagerung des Schutzrohres 3 zum Zylinderrohr 5 funktionsgleichen Sicken 15 des Schutzrohres 3 sind hier schraubenförmig ausgebildet.
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Herrscht wiederum ein einseitiger Kontakt zwischen der Lagerfläche 15 der Sicken 13 und der Führungsfläche 17 der Abdeckkappe 9 vor, wird bei einer Ein- bzw. Ausfahrbewegung der Kontaktbereich in Umfangsrichtung verschoben. Dadurch wird ein einseitiger Abrieb am Zylinderrohr 5 bei Dauerbetrieb vermieden. Zusätzlich wird durch die Schraubenform die Steifigkeit sowohl in axialer als auch in radialer Richtung erhöht.
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Die axial verlaufenden Sicken 13 als auch die radial verlaufenden Sicken 19 können ebenso als erhabene Flächen des Schutzrohres 3 ausgebildet sein. Eine Möglichkeit wäre durch ein spritztechnisch hergestelltes Schutzrohr 3 aus Vollmaterial.
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Soll ein konventionelles Schutzrohr 3 mit konstantem Innendurchmesser verwendet werden bietet sich, wie in 3 dargestellt, die Möglichkeit den Abstand 21 zwischen Lager- und Führungsfläche 15, 17 mittels einer konischen Abdeckkappe 9 zu variieren. Die Lagerfläche 15 wird dabei von der gesamten Innenmantelfläche des Schutzrohres 3, die Führungsfläche 17 von der Außenmantelfläche der Abdeckkappe 9 gebildet. Der Durchmesser der Führungsfläche 17 verringert sich in Richtung der Schutzrohrbefestigung. Die Abdeckkappe 9 richtet das Schutzrohr 3 wieder derart aus, dass kein direkter Kontakt zwischen dem Schutzrohr 3 und dem Zylinderrohr 5 entstehen kann.
