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Die Erfindung bezieht sich auf ein Behälterrohr für einen Schwingungsdämpfer nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Schwingungsdämpfer werden beispielsweise in Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen eingesetzt.
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Üblicherweise weisen die Behälterrohre von solchen Schwingungsdämpfern eine konstante Wanddicke auf. Insbesondere bei McPherson-Federbeinen treten am Schwingungsdämpfer Querkräfte auf. Die Wanddicke des Behälterrohres wird im Regelfall unter Berücksichtigung der maximalen Querkräfte ausgelegt. Allerdings führt dies zu einer lokalen Überdimensionierung und damit zu einem unnötig hohen Bauteilgewicht.
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Insbesondere der letztgenannte Aspekt ist bei Komponenten der Radaufhängung problematisch, da das Gewicht des Behälterrohres unmittelbar als ungefederte Masse am Fahrzeug wirkt und damit den Fahrkomfort und die Fahrdynamik nachteilig beeinflusst. Gleichwohl weisen nahezu alle in der Praxis eingesetzten Schwingungsdämpfer Behälterrohre mit konstanter Wanddicke auf. Ursache hierfür ist vor allem die vermeintlich einfache Herstellbarkeit.
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Unter dem Gesichtspunkt der Gewichtsverminderung wird in der
DE 100 47 231 C1 vorgeschlagen, Rohre mit unterschiedlichen Wanddicken im Bereich von Schwingungsdämpfern einzusetzen. Bei dem dort zur Herstellung des Behälterrohres beschriebenen Streckverfahren wird ein in der Mitte verjüngter Dorn in ein Rohrstück mit konstanter Wanddicke eingeführt. Anschließend wird ein Ziehring über den Außenumfang des Rohrstücks geführt, der dieses gegen den Dorn drückt. Die an dem Dorn anliegenden Rohrendabschnitte werden hierbei gestreckt. Hingegen wird der Mittelabschnitt des Rohrstücks in die Verjüngung des Dorns gedrückt, so dass dessen ursprüngliche Wanddicke im Wesentlichen erhalten bleibt. Beim Herausziehen des Dorns wird der Mittelabschnitt des Rohrstücks durch ein Dornende radial nach außen gedrückt. Damit ergibt sich ein Behälterrohr, das seine größte Wanddicke in dem Mittelabschnitt aufweist. Wie bereits eingangs erwähnt, soll nach der Lehre der
DE 100 47 231 C1 hierdurch eine Gewichtsverminderung bei Schwingungsdämpfern ermöglicht werden.
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Für den obengenannten Einsatzzweck in Radaufhängungen, insbesondere bei McPherson-Federbeinen, erscheint dies jedoch eher kontraproduktiv, da die größten Momente eher im Einspannbereich des Behälterrohrs auftreten. Bei dem aus der
DE 100 47 231 C1 bekannten Behälterrohr sind diese Bereiche jedoch am schwächsten ausgebildet, so dass diese bei Verwendung in einem McPherson-Federbein durch weitere Komponenten des Schwingungsdämpfers, wie beispielsweise einen entsprechend ausgebildeten Behälterboden, eine Kolbenstangenführung oder dergleichen verstärkt werden müssen.
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Gattungsgemäße Behälterrohre für Schwingungsdämpfer mit einem dickeren unteren Rohrendabschnitt zur Aufnahme in einem Schwenklager und einem dünneren oberen Rohrendabschnitt sind beispielsweise aus
DE 30 17 897 A1 ,
DE 35 08 500 A1 und
DE 84 01 149 U1 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Behälterrohr für einen Schwingungsdämpfer einer Kraftfahrzeug-Radaufhängung zu schaffen, das ein geringes Bauteilgewicht aufweist und dennoch kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Behälterrohr gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Durch einen über die Längsrichtung des Behälterrohrs beanspruchungsgerechten Wanddickenverlauf wird ein den Erfordernissen einer Kraftfahrzeug-Radaufhängung Rechnung tragender, konstruktiver Leichtbau verwirklicht, mit dem sich die ungefederte Masse erheblich verringern lässt. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Fahrdynamik und den Fahrkomfort aus. Überdies ergibt sich ein tendenziell positiver Einfluss für den Energieverbrauch. Besondere Verstärkungsmaßnahmen an den Rohrendabschnitten werden bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht benötigt. Gegenüber Behälterrohren mit konstantem Querschnitt ist zwar ein Fertigungsmehraufwand zu beobachten. Jedoch kann dieser durch die erzielten Materialeinsparungen kompensiert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine räumliche Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels für ein Behälterrohr nach der Erfindung, an dem zusätzlich ein Federteller befestigt ist,
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2 eine Längsschnittansicht des Behälterrohrs aus 1, und in
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3 eine Längsschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein Behälterrohr nach der Erfindung mit einer schematisch angedeuteten Schwenklageraufnahme.
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Das in den 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt ein Behälterrohr 1 für einen Schwingungsdämpfer, der vorzugsweise in einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird. Insbesondere eignet sich das im Folgenden näher erläuterte Behälterrohr 1 für Schwingungsdämpfer in McPherson-Federbeinen. Es ist jedoch nicht auf diesen Einsatzzweck beschränkt.
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Bei Untersuchungen an McPherson-Federbeinen wurde festgestellt, dass das Maximum des Biegemomentenverlaufs in Bereich der Oberkante der Einspannung im Schwenklager, d. h. in Bezug auf die dargestellten 1 und 2 am unteren Rohrendabschnitt 2 auftritt, der sich gegen radseitige Komponenten der Radaufhängung abstützt. Dementsprechend weist das erfindungsgemäße Behälterrohr 1 an diesem Rohrendabschnitt 2 eine große, vorzugsweise die maximale Wanddicke am Behälterrohr 1 auf. Oberhalb und unterhalb der Einspannoberkante, die in 2 durch eine Linie A angedeutet ist, wäre unter alleiniger Berücksichtigung der Festigkeitseigenschaften eine Verringerung der Wanddicke möglich. Aus fertigungstechnischen Gründen wird jedoch von einer Wanddickenverjüngung innerhalb der Einspannung abgesehen, so dass bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Rohrendabschnitt 2 nahezu bis zum Rohrende eine konstante Wanddicke aufweist.
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Oberhalb der Einspannoberkante A schließt an den Rohrendabschnitt 2 ein im Folgenden als Mittelabschnitt 3 bezeichneter Bereich an, der eine geringere Wanddicke aufweist. Zur Vermeidung eines Steifigkeitssprungs ist zwischen beiden Abschnitten ein sanfter Übergang 4 vorgesehen.
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An den Mittelabschnitt 3 schließt ein weiterer Rohrendabschnitt 5 an. Letzterer kann die gleiche Wanddicke wie der Mittelabschnitt 3 oder aber, wie der erstgenannte Rohrendabschnitt 2, eine größere Wanddicke aufweisen. Zudem ist es möglich, in den Außendurchmesser des oberen Rohrendabschnitts 5 den jeweiligen Einbaubedingungen entsprechend mit einem etwas kleineren oder größeren Außendurchmesser auszubilden. Auch hier wird wiederum ein sanfter Wanddickenübergang 6 vorgesehen.
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Im Hinblick auf eine optimale Materialausnutzung ist ein kontinuierlicher, beanspruchungskonformer Wanddickenverlauf erstrebenswert. Allerdings wäre dies fertigungstechnisch sehr aufwändig. Durch Vornahme der Wanddickenveränderung in einer oder mehreren Stufen kann jedoch eine gute Annäherung erzielt werden.
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Insbesondere in Kalibrierbereichen ist aufgrund des unterschiedlichen Rückfederverhaltens ein diskontinuierlicher Wanddickenverlauf nur mit erheblichem technischen Aufwand prozesssicher zu beherrschen. Die entsprechenden Bereiche werden daher vorzugsweise mit konstantem Durchmesser ausgebildet. Insbesondere sind dies der Einspann- bzw. Klemmbereich 7 am Außendurchmesser des unteren Rohrendabschnitts 2 zur Aufnahme in einem Schwenklager, der Innendurchmesserbereich 8 des unteren Rohrendabschnitts 2 zur Aufnahme eines hier nicht näher dargestellten Behälterbodens und der Innendurchmesserbereich 9 des oberen Rohrendabschnitts 5 zur Aufnahme eines ebenfalls nicht dargestellten Dichtelements.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist auch der Mittelabschnitt 3 eine konstante Wanddicke auf. Dabei liegt das Wanddickenverhältnis zwischen der größten Wanddicke an dem unteren Rohrendabschnitt 2 und der kleinsten Wanddicke an dem Mittelabschnitt 3 im Bereich von 1,7:1 und 1,2:1.
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Weiterhin ist es möglich, an dem Mittelabschnitt 3 zusätzlich zur Wanddickenverjüngung eine oder mehrere Eintiefungen, Sicken oder Rippenflächen vorzusehen. Hierdurch lässt sich gegebenenfalls ein zusätzlicher Steifigkeitsgewinn erzielen.
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Die in den 1 und 2 gezeigte, einseitige Eintiefung 10 dient hier jedoch vor allem als Schneekettenfreigang.
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Wie 1 weiterhin zeigt, ist bei dem dargestellten ersten Ausführungsbeispiel die Wanddickenveränderung als innenseitige Wanddickenreduzierung in dem Mittelabschnitt 3 ausgebildet, während der Außendurchmesser im wesentlichen konstant bleibt, wenn man von der optionalen Verjüngung an dem oberen Rohrendabschnitt 5 absieht.
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Alternativ oder ergänzend kann jedoch an dem Mittelabschnitt 3 auch eine außenseitige Wanddickenreduzierung vorgesehen werden.
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Weiterhin kann das Behälterrohr 3 eine oder mehrere umlaufende Sicken 11, 12 aufweisen. Ein Federteller 13 lässt sich außenseitig an den Mittelabschnitt 3 anschweißen. Das Anschweißen dickwandiger Bauteile an einen dünnen Behälter ist jedoch mitunter problematisch. Dem kann gegebenenfalls durch eine Verlängerung des dickeren, oberen Rohrendabschnitts 5 begegnet werden. Ansonsten bestimmen die Prozesssicherheit beim Schweißen und beim Kalibrieren neben der Gesamtsteifigkeit des Schwingungsdämpfers die kleinstmögliche Wanddicke.
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Das erfindungsgemäße Behälterrohr 1 lässt sich auf unterschiedliche Art und Weise herstellen. Vorzugsweise wird das Behälterrohr 1 durch ein Zieh- und/oder Abstreckverfahren gefertigt. Im Hinblick auf die Dichtigkeit des Schwingungsdämpfers erfolgt dies bevorzugt aus einem Stück, so dass das Behälterrohr 1 im Endzustand nahtfrei ist. Größere Wanddicken lassen sich durch Stauchen erhalten. In der Regel werden für ein Behälterrohr 1 mehrere, hintereinandergeschaltete Zieh-, und/oder Abstreck- und/oder Stauchvorgänge erforderlich sein, um den gewünschten Wanddickenverlauf einzustellen.
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Es ist jedoch auch möglich, das Behälterrohr 1 aus einem profilgewalzten und anschließend zu einem Rohr zusammengefügten Blech herzustellen. Der gewünschte Wanddickenverlauf kann in diesem Fall bereits im Wesentlichen beim Walzen vorgegeben werden. Praktische Versuche haben jedoch gezeigt, dass sich die hierbei einstellenden geometrischen und metallurgischen Kerben als nachteilig erweisen.
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Es empfiehlt sich daher, nach dem Längsnahtschweißen des Behälterrohres 1 eine Glühbehandlung zwischenzuschalten und das Rohr anschließend den obengenannten Umformvorgängen zu unterwerfen, wodurch sich eine hohe Oberflächenqualität erzielen lässt, die insbesondere im Bereich der Dichtung des Schwingungsdämpfers benötigt wird.
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Zusammenfassend ergibt sich ein Behälterrohr 1, das im Kalibrierbereich für das Schwenklager eine konstante Wanddicke aufweist. Letztere wird durch das maximale Biegemoment bestimmt. Unmittelbar über dem Kalibrierbereich nimmt die Wanddicke sanft ab. Die minimale Wanddicke resultiert aus Steifigkeitsuntersuchungen und Schweißversuchen. Der obere Rohrendabschnitt 5 lässt sich an die jeweils benötigten Einbaubedingungen anpassen. Hierdurch werden bei bereits bestehenden Rahmenbedingungen Kompatibilitätsprobleme vermieden. Sofern in diesem Bereich eine Aufdickung vorgenommen wird, wird diese aus Gewichtsgründen möglichst klein gehalten.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Behälterrohr 21 ist in 3 dargestellt. Dieses ist im Wesentlichen entsprechend dem Ausführungsbeispiel ausgebildet und herstellbar, unterscheidet sich jedoch in der Ausgestaltung des unteren Rohrendabschnitts 22. Dieser dient wiederum zur Aufnahme in einem hier lediglich angedeuteten Schwenklager 40. Weiterhin umfasst das Behälterrohr 21 einen oberen Rohrendabschnitt 24 sowie einen zwischen den Rohrendabschnitten 22 und 24 liegenden Mittelabschnitt 23.
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Zur Verminderung des Bauteilgewichts ist das Behälterrohr 21 mit einer variierenden Wanddicke ausgebildet. Da, wie oben bereits ausgeführt, die größten Belastungen an der Einspannoberkante A' des Schwenklagers 40 auftreten, ist auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Wanddicke des Rohrendabschnitts 22, der das Schwenklager aufnimmt, größer als in dem Mittelabschnitt 23 zwischen den Rohrendabschnitten 22 und 24. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschränkt sich die Verdickung auf einen Teil des schwenklagerseitigen Rohrendabschnitts 22, nämlich den unmittelbar oberhalb und unterhalb an die Einspannoberkante A' angrenzenden Bereich 34. Zum Rohrende 35 des zugehörigen Rohrendabschnitts 22 hin ist der schwenklagerseitige Rohrendabschnitt 22 gegenüber dem Bereich 34 um die Oberkante A' des Schwenklagers 40 verjüngt. Die Wanddicke an dem schwenklagerseitigen Rohrendabschnitt 22 ist damit im Bereich der Oberkante A' des Schwenklagers 40 am größten.
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Vorzugsweise wird die vorstehend erläuterte Wanddickenvariation zwischen dem schwenklagerseitigen Rohrendabschnitt 22 und dem Mittelabschnitt 23 allein an der Innenseite des Behälterrohrs 21 ausgebildet. Bei dem hier dargestellten, zweiten Ausführungsbeispiel ergibt sich damit im Übergangsbereich zwischen beiden der gleiche Außendurchmesser. Auch der schwenklagerseitige Rohrendabschnitt 22 weist vorzugsweise einen im kalibrierten Einspannbereich 27 konstanten Außendurchmesser auf, so dass auch hier die Wanddickenverjüngung zum Rohrende 35 hin allein an der Innenseite erfolgt. Trotz des unterschiedlichen Rückfederverhaltens aufgrund unterschiedlicher Wanddicken wird eine stabile Aufnahme in dem Schwenklager 40 gewährleistet. Weiche Übergänge an den Wanddickenübergängen vermeiden Spannungskonzentrationen.
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Der weitere Verlauf des Behälterrohres 21 kann wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet werden. 3 zeigt beispielhaft eine weitere Modifikation, bei der der obere Rohrendabschnitt 24 gegenüber dem Mittelabschnitt 23 deutlich verjüngt ist. Die Wanddicke des Mittelabschnitts 23 setzt sich dabei zunächst in den oberen Rohrendabschnitte 24 fort und kann bis zu dessen Ende 36 konstant gehalten werden. Je nach Einbausituation kann der obere Rohrendabschnitt 24 aber auch partiell aufgedickt bzw. aufgestaucht werden, wie dies in 3 anhand des verdickten Endbereichs 37 erkennbar ist.
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Die anhand der vorstehenden Ausführungsbeispiele näher erläuterte Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälterrohr
- 2
- unterer Rohrendabschnitt
- 3
- Mittelabschnitt
- 4
- Übergangsbereich
- 5
- oberer Rohrendabschnitt
- 6
- Übergangsbereich
- 7
- kalibrierter Einspannbereich für ein Schwenklager
- 8
- kalibrierter Innendurchmesserbereich für einen Behälterboden
- 9
- kalibrierter Innendurchmesserbereich für eine Dichtung
- 10
- Eintiefung
- 11
- umlaufende Sicke
- 12
- umlaufende Sicke
- 13
- Federteller
- 21
- Behälterrohr
- 22
- unterer Rohrendabschnitt
- 23
- Mittelabschnitt
- 24
- oberer Rohrendabschnitt
- 27
- kalibrierter Einspannbereich für ein Schwenklager
- 34
- Bereich um die Einspannoberkante
- 35
- unteres Rohrende
- 36
- oberes Rohrende
- 37
- Verdickung
- 40
- Schwenklager
- A
- Einspannoberkante
- A'
- Einspannoberkante