DE19601622C1 - Prallfederdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Prallfederdämpfer, umfassend eine Tragfeder aus elastomerem Werkstoff, die in axialer Richtung einerseits auf einem Widerlager und in axialer Richtung andererseits auf der von dem Widerlager abgewandten Seite auf einer Spannplatte abgestützt ist, wobei das Widerlager und die Spannplatte relativ zueinander verschiebbar sind und wo bei die Tragfeder au­ ßenumfangsseitig von einem rohrförmigen Gehäuse umschlossen ist.

Ein solcher Prallfederdämpfer ist aus der US 3,752,462 bekannt. Die Tragfeder des vorbekannten Prallfederdämpfers ist als Hohlzylinder mit konstanter Wandstärke ausgebildet. Bei Belastung der Tragfeder, aufgetragen über den Verformungsweg, weist diese sogleich einen steilen Anstieg der Kraft auf, der beim Überschreiten der Knicklast degressiv verläuft.

Aus der DE-H 2252 II/63c ist ein Gummihohlkörper zur Abfederung von Fahrzeugen bekannt, wobei der Gummihohlkörper aus zwei Gummi- Teilhohlkörpern besteht, die im Bereich ihrer einander zugewandten Rändern miteinander vulkanisiert sind. Durch die Vulkanisation der Gummi- Teilhohlkörper weist der Gummihohlkörper in seinem mittleren Bereich eine kleinere Wandstärke auf, verglichen mit der Wandstärke seiner äußeren Teilbereiche, wobei der mittlere Teilbereich vergleichsweise geringer Wandstärke schon bei geringen Belastungen ausknickt, d. h. seinen Durchmesser vergrößert. Bei einer Zusammenstauchung des Gummihohlkörpers ist zunächst nur eine geringe Kraft nötig, um eine große Verformung des Bauteils zu bewirken. Da die Wandstärke des Gummihohlkörpers vom vergleichsweise dünnwandigen Mittelbereich in beide Richtungen stetig zunimmt, läßt sich mit zunehmendem Verformungsweg eine zunehmende Kraft übertragen.

Ein weiterer Prallfederdämpfer ist aus der DE-28 32 161 A1 bekannt. Die Druckfeder ist als Schraubendruckfeder ausgebildet und besteht aus einem metallischen Werkstoff. Ein Stempel, der innerhalb des vom Gehäuse um­ schlossenen Hohlraums geführt ist, ist auf einer ersten Scheibe aus elastome­ rem Werkstoff angeordnet, die ihrerseits auf der von dem Stempel abgewand­ ten Seite auf einer zweiten Scheibe abgestützt ist, die das Widerlager für die Druckfeder bildet. Die erste Scheibe tritt bei Druckbelastung in verstärkten rei­ benden Kontakt mit der Wandung und besteht beispielsweise aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Prallfederdämpfer der vorbe­ kannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die Tragfeder bei Belastungen zu­ nächst nur eine geringe Querdehnung aufweist und dadurch große Verfor­ mungswege bei nur geringer Dämpfung ermöglicht und erst bei Überschreitung einer vorherbestimmten Aufprallkraft eine wesentlich größere Querdehnung aufweist, die zu einer stärkeren Anpressung am Gehäuse und daraus resultie­ rend zu einer deutlich größeren Dämpfung führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf eine vorteilhafte Ausgestaltung nehmen die Unteransprüche Bezug.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es zur Lösung der Aufgabe vorgese­ hen, daß die Tragfeder aus einer ersten und einer zweiten Einzelfeder besteht, die einander axial in Verschieberichtung benachbart zugeordnet und durch eine Knickfeder miteinander verbunden sind und daß die Einzelfedern und die Knickfeder jeweils als Hohlfedern ausgebildet sind und daß die Tragfeder radial innenseitig im Bereich der Knickfeder eine umlaufende, im Querschnitt betrachtet rombusförmige Ausnehmung aufweist und innerhalb der Ausnehmung ein im wesentlichen kongruent gestalteter Stützkörper aus einem inkompressiblen Werkstoff angeordnet ist, der von der Tragfeder im nichtbelasteten Zustand mit umfangsseitigem Abstand umschlossen ist. Durch die Anordnung der Knickfeder zwischen den beiden Einzelfedern ist von Vorteil, daß die Tragfeder bei Belastungen des Aufprallfederdämpfers zunächst nur eine geringe Querdehnung aufweist und die Dämpfung dadurch ebenfalls nur vergleichsweise gering ist. Erst bei Überschreitung einer vorherbestimmten Aufprallkraft und eines entsprechenden Verformungswegs nimmt die Querdehnung progressiv zu und die Tragfeder legt sich verstärkt an das Gehäuse an. Dadurch wird die Dämpfung stark erhöht.

Durch die Anordnung des Stützkörpers ist von Vorteil, daß mit zunehmendem Verformungsweg eine hohe Querdehnung der Tragfeder erreicht wird und daraus resultierend eine große Dämpfung durch eine starke Anpressung ihrer Oberfläche an das Gehäuse. Die Knickfeder erzeugt eine besonders große Querkraft und damit eine entsprechend große Reibung, wenn der Stützkörper aus einem inkompressiblen Werkstoff, beispielsweise aus Gummi besteht.

Die Einzelfedern und die Knickfeder sind bevorzugt einstückig ineinander über­ gehend und materialeinheitlich ausgebildet und bestehen aus einem in sich kompressiblen Werkstoff. Dieser in sich kompressible Werkstoff ist bevorzugt Zell-Polyurethan und eignet sich aufgrund seiner hohen Elastizität besonders gut, um elastomere Schaumstrukturen darzustellen.

Die Knickfeder weist einen größeren Außendurchmesser auf, als die Einzelfe­ dern. Die Dimensionierung der Knickfeder und der Einzelfedern kann derart vorgenommen werden, daß im nichtbelasteten Zustand des Prallfederdämpfers sowohl die Knickfeder als auch die Einzelfedern vom Gehäuse mit radialem Abstand umschlossen sind und nur die Knickfeder bei Maximalbelastung des Prallfederdämpfers mit dem Gehäuse in Berührung bringbar ist. Bei einer davon abweichenden Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, daß sowohl die Knickfe­ der als auch die Einzelfedern bei maximaler Belastung des Prallfederdämpfers mit dem Gehäuse in Berührung bringbar sind. Die Dämpfung hat dadurch einen stark progressiven Charakter. Berühren beim unbelasteten Prallfederdämpfer weder die Knickfeder noch die Einzelfedern das Gehäuse, ist das Betriebsver­ halten zunächst nur durch die Federkraft der Tragfeder beeinflußt.

Nach einer anderen Ausgestaltung besteht demgegenüber die Möglichkeit, daß der Außendurchmesser der Knickfeder bereits im unbelasteten Zustand des Prallfederdämpfers unter Vorspannung am Gehäuse anliegt. Selbst kleinste Relativbewegungen der Spannplatte zum Widerlager werden bei einer derarti­ gen Ausgestaltung gedämpft.

Die Tragfeder ist bevorzugt symmetrisch zu einer gedachten Radialebene aus­ gebildet, die in ihrer axialen Mitte errichtet ist. Die Herstellung und die Monta­ ge der Tragfeder innerhalb des Gehäuses zwischen dem Widerlager und der Spannplatte ist dadurch besonders einfach. Montagefehler sind dadurch auf ein Minimum begrenzt.

Die Tragfeder ist bevorzugt ungehaftet innerhalb des Gehäuses und zwischen dem Widerlager und der Spannplatte angeordnet. Dadurch sind Herstellung und Montage des Prallfederdämpfers sehr einfach und preiswert. Außerdem ist eine derartige ungehaftete Zuordnung der Tragfeder zu den anderen, bevorzugt aus metallischen Werkstoffen bestehenden Bauteilen auch im Hinblick auf die Trennung im Anschluß an die Verwendung des Prallfederdämpfers von Vorteil. Die Bestandteile können sortenrein der Wiederverwertung zugeführt werden.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind Mittel vorgesehen, die auf der Tragfeder lastende Vorspannung zu verändern. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, den Prallfederdämpfer ohne bauliche Veränderung an die je­ weiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles anzupassen. Außerdem besteht die Möglichkeit, im Laufe der Gebrauchsdauer entstehende Relaxationen der Tragfeder und eine damit einhergehende Verringerung der Vorspannung durch die Mittel auszugleichen, um dadurch während der gesamten Gebrauchsdauer übereinstimmend gute Gebrauchseigenschaften zu behalten.

Die Mittel können aus einem Zugelement bestehen, das auf den voneinander abgewandten Enden der Tragfeder und einer Druckfeder aus elastomerem Werkstoff abgestützt ist, wobei die Druckfeder auf der von der Tragfeder ab­ gewandten Seite des Widerlagers angeordnet ist. Durch das Zugelement kön­ nen das Widerlager und die Spannplatte relativ zueinander derart bewegt wer­ den, daß die Vorspannung der Tragfeder stufenlos einstellbar ist. Dadurch, daß die Druckfeder auf der von der Tragfeder abgewandten Seite des Widerlagers angeordnet ist, vermag diese Zugkräfte aufzunehmen, die auf den Prallfeder­ dämpfer von außen einwirken. Außerdem ist durch die Anordnung der Druckfeder von Vorteil, daß eine Bewegung der Tragfeder in ihre Ausgangs­ position nach erfolgtem Einfedern weich abgefedert wird. Harte Anschlagbe­ rührungen und/oder Geräusche werden zuverlässig vermieden.

Das Zugelement kann aus einem relativ beweglichen Gewindebolzen bestehen, der in radialer Richtung von der Tragfeder und der Druckfeder ganz umschlos­ sen ist. Der Gewindebolzen ist dabei relativ beweglich zum Widerlager und zum Gehäuse angeordnet. Das Widerlager und das Gehäuse sind beispielswei­ se durch eine Verschweißung relativ unbeweglich miteinander verbunden. Der Gewindebolzen durchdringt eine Ausnehmung im Widerlager und den in axialer Richtung anschließenden Hohlraum jeweils zentral, während die Spannplatte mit einem den Aufprall aufnehmenden Element relativ ortsfest, bevorzugt ebenfalls durch Verschweißen, und mit dem Gewindebolzen verbunden ist. Auf der dem Element abgewandten Seite des Gewindebolzens ist bevorzugt eine Mutter aufgeschraubt, die auf der der Druckfeder zugewandten Seite auf einer Unterlegscheibe abgestützt ist. Hierbei ist von Vorteil, daß eine Beschädigung und/oder Zerstörung der Oberfläche der Druckfeder auch dann zuverlässig ausgeschlossen ist, wenn die Vorspannung auf die Druckfeder durch ein An­ ziehen oder Lösen der Mutter häufig verstellt wird. Die Unterlegscheibe kann beispielsweise nur auf der der Mutter zugewandten Oberfläche mit einer rei­ bungsverringernden Oberflächenbeschichtung versehen sei. Eine reibungsbe­ haftete Relativbewegung findet daher beim Anziehen oder Lösen der Mutter nur zwischen dieser selbst und der Unterlegscheibe, nicht hingegen zwischen der Unterlegscheibe und der Druckfeder statt. Dadurch, daß der Gewindebol­ zen von der Tragfeder vollständig umschlossen ist, sind diese Teile innerhalb des Hohlraums stabilisiert und in ihrer Lage zueinander zentriert. Ausweichbe­ wegungen bei einer bestimmungsgemäßen Belastung des Prallfederdämpfers und daraus resultierende Beeinträchtigungen der Gebrauchseigenschaften sind ausgeschlossen.

Die Tragfeder und die Druckfeder sind bevorzugt einstückig ineinanderüberge­ hend und materialeinheitlich ausgebildet. Hierbei ist von Vorteil, daß der Prall­ federdämpfer nur aus wenigen Einzelteilen besteht, was in fertigungstechni­ scher und wirtschaftlicher Hinsicht von hervorzuhebendem Vorteil ist. Die Tragfeder besteht aus den beiden Einzelfedern und der Knickfeder sowie der Druckfeder, die bevorzugt jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet sind, wobei die Druckfeder und die Tragfeder durch eine, im Querschnitt betrachtet, nutförmige umfangsseitig umlaufende Vertiefung räumlich voneinander ge­ trennt sind. Das Widerlager, daß das Gehäuse in axialer Richtung einerseits begrenzt, weist bevorzugt eine zentrale Ausnehmung auf, in die die nutförmige Vertiefung eingeschnappt/eingeknöpft ist. Die gesamte Tragfeder und die Druckfeder werden dadurch gemeinsam in einem Arbeitsgang mit dem Wider­ lager verbunden.

Die Verwendung von inkompressiblen Werkstoffen, beispielsweise von Gummi oder TPE für die Tragfeder ist von Vorteil, wenn bei einer zunehmenden Vor­ spannung in axialer und/oder radialer Richtung in jedem Fall eine starke Ver­ drängung in Richtung des Gehäuses und dadurch eine relativ große Reibung der Tragfeder am Gehäuse gewünscht ist. Demgegenüber ist die Verwendung kompressibler Werkstoffe, beispielsweise offenporiger Schaumstoffe, dann von Vorteil, wenn vergleichsweise große Verschiebewege in axialer Richtung eine zunächst nur vergleichsweise geringe Erhöhung der radialen Vorspannung und eine relativ geringe Vergrößerung der Reibung am Gehäuse bewirken sollen. Die Einstellung der radialen Vorspannung der Tragfeder ist bei beiden Werkstofftypen möglich und stellt für den Fachmann kein Problem dar.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Prallfederdämpfers wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Prallfederdämpfers gezeigt, bei dem die Tragfeder 1, bestehend aus den beiden Einzelfedern 5, 6 und der Knickfeder 8 sowie die Druckfeder 14 einstückig ineinanderübergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind. Die Tragfeder 1 ist innerhalb des Gehäuses 4 angeordnet, wobei das Gehäuse 4 in axialer Richtung einerseits durch das Widerlager 2 und in axialer Richtung andererseits durch die Spannplatte 3 begrenzt ist. Das Widerlager und das Gehäuse 4 sind in diesem Ausführungs­ beispiel miteinander verschweißt. Das Widerlager 2 und die Spannplatte 3 sind in Verschieberichtung 7 relativ zueinander bewegbar. Die Spannplatte 3 ist relativ unbeweglich mit dem als Trägerrohr ausgebildeten Zugelement 13 verbunden. Das Element, das den Aufprall aufnimmt, ist mit dem Bezugszei­ chen 15 versehen. Der erfindungsgemäße Prallfederdämpfer gelangt bevorzugt in Stoßstangen von Kraftfahrzeugen zur Anwendung.

Das Widerlager 2, das Gehäuse 4 und das Zugelement 13, die Spannplatte 3 sowie das Element 15 bestehen bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff. Für eine in fertigungstechnischer Hinsicht einfache und kostengünstige Her­ stellbarkeit des Prallfederdämpfers ist dies von Vorteil. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Prallfederdämpfers im nicht-aufprallbelasteten Zustand gezeigt. Die Knickfeder 8 begrenzt mit der Innenumfangsseite des Gehäuses 4 einen Spalt, der durch einen radialen Abstand gebildet ist. Eine leichte Berührung des Außenumfangs der Knickfeder 8 mit dem Gehäuse 4, wobei die beiden Teile dann unter radialer Vorspannung aneinander anliegen, ist im nicht-aufprallbelasteten Zustand ebenfalls denkbar.

Bei einem Aufprall auf das Element 15 in Verschieberichtung 7 legt sich der Außenumfang der Knickfeder 8 mit zunehmender Verschiebung der Spann­ platte 3 in Richtung des Widerlagers 2 allmählich an den Innenumfang des Gehäuses 4 an, was zu einer progressiven Dämpfung der Aufprallbewegung führt. Durch den Stützkörper 12, der im Gegensatz zu der Tragfeder 1 aus einem inkompressiblen Werkstoff, beispielsweise aus Gummi besteht, wird mit zunehmendem Verschiebeweg der Spannplatte 3 in Richtung des Widerlagers 2 eine vergrößerte Querkraft der Knickfeder 8 auf das Gehäuse 4 übertragen und eine entsprechend hohe Reibungsdämpfung erzeugt. Durch die Berührung des Außenumfangs der Knickfeder 8 mit dem Gehäuse unter radialer Vor­ spannung wird die Bewegung des Aufpralls durch Reibung gedämpft. Bei Ent­ lastung federt das Element 15 entgegen der Verschieberichtung 7 zurück, wobei der Prallfederdämpfer wieder die hier dargestellte Position einnimmt. Dadurch, daß die Spannplatte 3 vom Gehäuse mit radialem Abstand umschlos­ sen ist, wird erreicht, daß der Prallfederdämpfer auch dann einwandfrei funk­ tioniert, wenn die eingeleitete Kraft nicht exakt in Richtung der Achse 16 des Prallfederdämpfers wirkt. Durch eine Vergrößerung der Vorspannung auf die Tragfeder wird die Arbeitsaufnahmefähigkeit des Prallfederdämpfers erhöht.

Die Druckfeder wirkt als Vorspannfeder und kann Zugkräfte aufnehmen, die auf den Prallfederdämpfer von außen einwirken. Dadurch wird der Prallfeder­ dämpfer stabilisiert und in seiner Lage zentriert. Außerdem wird die Rückfeder­ bewegung im Bereich ihrer Endlage entsprechend weich abgefedert, wodurch Anschlaggeräusche und/oder harte Anschlagberührungen zuverlässig vermie­ den werden.

Im hier dargestellten Beispiel ist die Tragfeder 1 symmetrisch zu der gedachten Radialebene 9 ausgebildet, wobei die Radialebene in der axialen Mitte 10 er­ richtet ist. Ebenfalls zu der Radialebene 9 symmetrisch sind die rombusförmige Ausnehmung 11 sowie der darin angeordnete und entsprechend geformte Stützkörper 12.

Claims (10)

1. Prallfederdämpfer, umfassend eine Tragfeder aus elastomerem Werk­ stoff, die in axialer Richtung einerseits auf einem Widerlager und in axia­ ler Richtung andererseits, auf der von dem Widerlager abgewandten Seite auf einer Spannplatte abgestützt ist, wobei das Widerlager und die Spannplatte relativ zueinander verschiebbar sind und wobei die Tragfe­ der außenumfangsseitig von einem rohrförmigen Gehäuse umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfeder (1) aus einer ersten und einer zweiten Einzelfeder (5, 6) besteht, die einander axial in Verschie­ berichtung (7) benachbart zugeordnet und durch eine Knickfeder (8) miteinander verbunden sind, daß die Einzelfedern (5, 6) und die Knickfeder (8) jeweils als Hohlfedern ausgebildet sind und daß die Tragfeder (1) radial innenseitig im Bereich der Knickfeder (8) eine umlaufende, im Querschnitt betrachtet, rombusförmige Ausnehmung (11) aufweist und innerhalb der Ausnehmung (11) ein im wesentlichen kongruent gestalteter Stützkörper (12) aus einem inkompressiblen Werkstoff angeordnet ist, der von der Tragfeder (1) im nicht-belasteten Zustand mit umfangsseitigem Abstand umschlossen ist.

2. Prallfederdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelfedern (5, 6) und die Knickfeder (8) einstückig ineinander überge­ hend und materialeinheitlich ausgebildet sind und aus einem in sich kompressiblen Werkstoff bestehen.

3. Prallfederdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Knickfeder (8) einen größeren Außendurchmesser aufweist, als die Einzelfedern (5, 6).

4. Prallfederdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tragfeder (1) symmetrisch zu einer gedachten Radia­ lebene (9) ausgebildet ist, die in ihrer axialen Mitte (10) errichtet ist.

5. Prallfederdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tragfeder (1) ungehaftet innerhalb des Gehäuses (4) und zwischen dem Widerlager (2) und der Spannplatte (3) angeordnet ist.

6. Prallfederdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (4) und das Widerlager (2) ortsfest miteinan­ der verbunden sind.

7. Prallfederdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die auf der Tragfeder (1) lastende Vorspannung zu verändern.

8. Prallfederdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem Zugelement (13) bestehen, das auf den voneinander abgewandten Enden der Tragfeder (1) und einer Druckfeder (14) aus elastomerem Werkstoff abgestützt ist und daß die Druckfeder (14) auf der von der Tragfeder (1) abgewandten Seite des Widerlagers (2) ange­ ordnet ist.

9. Prallfederdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugelement (13) aus einem relativ beweglichen Gewindebolzen besteht, der in radialer Richtung von der Tragfeder (1) und der Druckfeder (14) ganz umschlossen ist.

10. Prallfederdämpfer nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tragfeder (1) und die Druckfeder (14) einstückig inein­ ander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind.