DE102004012881A1 - Gasfedersystem mit zentral geführtem Schlauchrollbalg - Google Patents

Gasfedersystem mit zentral geführtem Schlauchrollbalg Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gasfedersystem zur Abstützung von Radaufhängungen oder Achsen an einem Fahrzeugaufbau mit einem zwischen einer radtragenden oder radführenden Anbindung und einer fahrzeugaufbauseitigen Anbindung angeordneten Schlauchrollbalg, der zwischen einem Abstützelement und einem mit einem druckfesten Hohlraum ausgestatteten Abrollkolben montiert ist, wobei das Abstützelement und der Abrollkolben über ein zentrales Schubgelenk aneinander geführt sind. An dem Abstützelement ist dazu ein Steuerrohr angeordnet. Letzteres ist an seiner Außenwandung bereichsweise tailliert, trägt Sicken oder weist Öffnungen von Kanälen auf. Der Hohlraum des Abrollkolbens hat eine Steuermanschette, die das Steuerrohr zumindest hubbereichsweise mit Steuerspiel umgreift und abhängig vom Einfederungshub den taillierten Bereich, die Sicken oder Öffnungen ganz oder teilweise überdeckt. DOLLAR A Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Gasfedersystem mit einem Verdränger entwickelt, der sein Gasvolumen auf einfache Weise federungshubabhängig ändert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gasfedersystem zur Abstützung von Radaufhängungen oder Achsen an einem Fahrzeugaufbau mit einem zwischen einer radtragenden oder radführenden Anbindung und einer fahrzeugaufbauseitigen Anbindung angeordneten Schlauchrollbalg, der zwischen einem Abstützelement und einem mit einem druckfesten Hohlraum ausgestatteten Abrollkolben montiert ist, wobei das Abstützelement und der Abrollkolben über ein zentrales Schubgelenk aneinander geführt sind.
  • Aus der DE 35 26 156 A1 ist ein Feder-Dämpfersystem mit einem Schubgelenk und einem druckfesten, hohlen Abrollkolben bekannt. Der Abrollkolben ist bei diesem Feder-Dämpfersystem permanent über eine kleine Bohrung mit dem Balgraum pneumatisch verbunden.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein kombiniertes Gasfedersystem zu entwickeln, das einen Verdränger beinhaltet, der sein Gasvolumen auf einfache Weise fede rungshubabhängig ändert. Das System soll kostengünstig, wartungsarm und sicher funktionieren.
  • Das Problem wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. An dem den Schlauchrollbalg am Fahrzeugaufbau abstützenden Abstützelement ist dazu ein Steuerrohr angeordnet. Letzteres ist an seiner Außenwandung bereichsweise tailliert, trägt Sicken oder weist Öffnungen von Kanälen auf. Der Hohlraum des Abrollkolbens hat eine Steuermanschette, die das Steuerrohr zumindest hubbereichsweise mit Steuerspiel umgreift und abhängig vom Einfederungshub den taillierten Bereich, die Sicken oder Öffnungen ganz oder teilweise überdeckt.
  • Das beim Einfedern in den Abrollkolben eintauchende Steuerrohr wirkt als pneumatischer Ventilschieber, der abhängig vom Federweg die Gasvolumina des Rollbalges und des Abrollkolbenhohlraumes verbindet oder trennt. Die genaue Führung des achs- oder radaufhängungsseitig fixierten Abrollkolbens mittels der am Fahrzeugaufbau angelenkten Kolbenstange des den Abrollkolben tragenden Stoßdämpfers ermöglicht auf einfache weise die Ventilschieberfunktion des Steuerrohrs. Anstelle des Dämpfers kann auch ein in der Bohrung des Steuerrohres geführter achs- oder radaufhängungsseitig gelagerter und den Abrollkolben tragender Bolzen verwendet werden.
  • Wird als Schubgelenk z.B. ein sog. Nutstoßdämpfer verwendet, also ein Dämpfer, der z.B. an der Innenfläche der den Kolben führenden Zylinderwandung bereichsweise eine oder mehrere nutförmige Überströmkanäle aufweist, kann die Dämpferkraft über den Federhub an die Federsteifigkeit angepasst werden. Hierbei entspricht dann die Nutlänge und -lage des Überströmkanals im Dämpfers dem taillierten oder mit Sicken ausgestatteten Bereich des Steuerrohres.
    •
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:
  • 1: Gasfedersystem mit einem Schlauchrollbalg und Innenführung in Mittelstellung;
  • 2: wie 1, aber eingefahrene Position;
  • 3: wie 1, aber ausgefahrene Position;
  • 4: Steuerrohr mit vier breiten Sicken;
  • 5: Querschnitt zu 4;
  • 6: Steuerrohr mit Taille;
  • 7: Querschnitt zu 6;
  • 8: Steuerrohr mit vier Kanälen;
  • 9: Querschnitt zu 8;
  • 10: Steuerrohr mit vier schmalen Sicken;
  • 11: Querschnitt zu 10;
  • 12: Steuerrohr mit innenliegenden Kanälen.
  • Die 1 bis 3 zeigen ein in der Regel in Kraftfahrzeugen eingebautes Gasfedersystem, das z.B. pro gefederten Rad zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Achse bzw. der entsprechenden Einzelradaufhängung eingebaut ist.
  • Im Ausführungsbeispiel ist der die Federung übernehmende pneumatische Verdränger (10) um einen hydraulischen Stoßdämpfer (1) herum angeordnet. Der Stoßdämpfer (1) hat hierbei u.a. die Funktion eines Schubgelenks, das beim Ein- und Ausfedern die präzise Relativbewegung der Federungsbauteile gewährleistet.
  • Der Verdränger (10) besteht u.a. aus einem Abstützelement (11), einem Abrollkolben (50) und einem beide Teile verbindenden Schlauchrollbalg (15).
  • In den 1 bis 3 sind vom Stoßdämpfer (1) das Dämpferrohr (2) und die Kolbenstange (4) dargestellt. Innerhalb des Gasfedersystems ist die Kolbenstange (4) mit ihrem oberen freien Ende in eine zentrale Gewindebohrung (12) des Abstützelements (11) bzw. der Kopfplatte eingeschraubt. An der Kopfplatte (11) ist oberhalb der Gewindebohrung (12) ein Lagerauge (13) angeformt. Über dieses Lagerauge (13) ist das Gasfedersystem am Fahrzeugaufbau gelenkig abgestützt. Die gelenkige Anbindung an der Radaufhängung oder der Achse erfolgt beispielsweise über ein am unteren Ende des Dämpferrohres (2) befestigtes Lagerauge. Letzteres ist hier nicht dargestellt.
  • Als Hubbegrenzung des Dämpfers (1) sitzt unterhalb der Kopfplatte (11) auf der Kolbenstange (4) ein gummielastischer Anschlagpuffer (9).
  • Die Kopfplatte (11) ist im Wesentlichen eine runde flache Scheibe, an der sich der Schlauchrollbalg (15) mit seinem oberen Bereich abstützt. An der Kopfplatte (11) ist z.B. zentral ein Steuerrohr (20) über einen angeformten Flansch (21) angeschraubt. Am Außenrand des auf der Kopfplatte (11) zentrierten Flansches (21) liegt der obere Wulst (16) des Schlauchrollbalges (15) an.
  • Das Steuerrohr (20), das innerhalb des Gasfedersystems die Funktion eines Ventilgliedes hat, weist eine zentrale Durchgangsbohrung (22) auf. Mit der Wandung dieser Bohrung (22) gleitet im Ausführungsbeispiel das Steuerrohr (20) auf dem Außenmantel des Dämpferrohres (2). Die Bewegungsfuge ist mit einem Dichtelement (27) abgedichtet. In diesem Fall hat der Innenraum (29) des Steuerrohres (20) eine – hier nicht dargestellte – Umgebungsentlüftung ins Freie.
  • Alternativ kann der Durchmesser der Bohrung (22) erheblich größer sein als der Durchmesser des Außenrohres (2) des Dämpfers (1). Hier addiert sich dann das Volumen des Innenraumes (29) zum Hohlraumvolumen des Abrollkolbens (50).
  • Die Außenwandung (30) des Steuerrohres (20) hat nach den 1–3 im mittleren Bereich vier Sicken (32) bzw. Abflachungen, vgl. auch 4 und 5. Nach den 6 und 7 kann in die Außenwandung (30) anstelle der Abflachungen (32) auch eine zusammenhängende, umlaufende Taille (31) eingearbeitet sein. In den 8 und 9 sind als weitere Variante in der Außenwandung (30) spiralförmig gewundene Kanäle (34) mit z.B. rechteckigem Einzelquerschnittsprofil vorgesehen, wobei beispielsweise die Steigung benachbarter Kanäle gegenläufige Steigungen haben. Kanäle oder Sicken (33) mit halbrundem Einzelquerschnitt werden in den 10 und 11 gezeigt.
  • Zumindest ein Teil der Kanten der Taille (31), der Sicken (32, 33) und der Kanäle (28, 34) sowie ggf. die Bohrungskanten (43, 44) können abgerundet und/oder poliert werden, um auftretende Strömungswiderstände zu minimieren. Auch sollte das Verhältnis zwischen Querschnittsfläche und Querschnittsumfang möglicht groß sein.
  • Anstelle der außenliegenden Sicken (32, 33), Taillen (31) und Kanäle (34) werden im Steuerrohr (20) nach 12 innenliegende Kammern (28) oder Kanäle verwendet. Dazu ist das Steuerrohr (20) im Steuerbereich beispielweise mittels einer Gleithülse (40) doppelwandig aufgebaut. Die Gleithülse (40) ist z.B. mit zwei Dichtringen (45) abgedichtet auf dem Steuerrohr (20) aufgeschraubt. Sie hat hier im oberen und unteren Bereich beispielsweise eine Vielzahl von radialen Bohrungen (41), Schlitzen oder sonstigen Ausnehmungen. Die unteren Ausnehmungen (42) kommunizieren mit den oberen Ausnehmungen (41) über eine umlaufende Ringnut (28) oder einzelne ggf. untereinander verbundenen Kanälen. Zur Vergrößerung der Kanalquerschnitte können auch in der Innenwandung der Gleithülse (40) Ringnuten und/oder Kanäle vorhanden sein.
  • Der Abrollkolben (50) ist ein nach unten offener büchsenförmiger Hohlkörper. Der Hohlkörper hat u.a. zur Abstützung des Schlauchrollbalgs (15) eine z.B. zylindrische Wandung (51). Er ist mit einem eingeschweißten z.B. nach unten gewölbten Deckel (52) verschlossen. Der Deckel (52) hat eine zentrale Bohrung, die mittels eines Montageflansches (53) verstärkt ist, vgl. 12. Der Montageflansch (53) liegt auf einem am Dämpferaußenrohr (2) angeschweißten Tellerflansch (3) auf. Dort wird der Abrollkolben (50) mit Hilfe eines Federringes (54) gehalten. Zwischen dem Tellerflansch (3) und dem Montageflansch (53) ist eine Dichtung angeordnet, so dass der Abrollkolben (50) gasdicht am Außenrohr (2) des Dämpfers (1) befestigt ist.
  • Der nach oben orientierte Boden (59) der Abrollkolbens (50) hat z.B. ebenfalls eine zentrale Öffnung, die mit einer rohrförmig gestalteten Steuermanschette (60) versehen ist. Letztere steht nach oben über den Boden (59) mindestens soweit über, dass sie eine radiale Anlage für den unteren Wulst (17) des Schlauchrollbalges (15) bilden kann.
  • Die Bohrung (61) der Steuermanschette (60) hat einen Innendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Durchmesser der Außenwandung (30) des Steuerrohres (20). Die Steuermanschette (60) bildet zusammen mit dem Steuerrohr (20) ein Längsschieberventil. In der Bohrung (61) befindet sich beispielsweise mindestens eine Ringnut zur Aufnahme eines Dichtelements (65). Dieses Dichtelement (65) ist z.B. ein O-Ring, ein Kolbendichtring oder dergleichen.
  • Bei der Darstellung nach 1 befindet sich die Steuermanschette (60) im Bereich der Sicken (32) oder der Taille (31), dem sog. Komforthubbereich (6), vgl. 2. Die Querschnitte der Taille (31), die Querschnittssumme der Sicken (32, 33) oder die Querschnittssumme der Kanäle (34) vermindern den Steuerrohrquerschnitt um einen sog. Überströmquerschnitt. Letztere sind die in den 5, 7, 9 und 11 außenliegenden nicht schraffierten Bereiche. Die Fläche des Überströmquerschnittes beträgt zwischen 5 bis 20% der maximalen Querschnittsfläche des Balgraumes (19) im montierten Zustand.
  • Die obere (63) und die untere Steuerkante (64) der Steuermanschette (60) haben einen Abstand, der kleiner ist als der Ab stand der am weitesten auseinanderliegenden Bereiche der Steuerkanten (35, 36) am Steuerrohr (20). Diese Abstände werden jeweils in Hubrichtung gemessen. Hier kann die Steuermanschette (60) die Taille (31), die Sicken (32, 33) oder die Kanäle (34) nicht vollständig abdecken. Die Steuermanschette (60) hat in den 1–11 also eine negative Schaltüberdeckung. Folglich kommunizieren in einem Federhubbereich (6), bei dem beide Steuerkanten (63, 64) der Steuermanschette (60) zuzüglich eines Minimalabstandes innerhalb des Bereiches zwischen der oberen (35) und unteren Steuerkante (36) des Steuerrohres (20) bleiben, das Gas des Balgraums (19) mit dem Gas des Hohlraums (69). Hierdurch ist die Federsteifigkeit relativ gering, so dass auf gut ausgebauter Fahrbahn ein komfortables Fahren möglich ist. Das Maß für den Minimalabstand errechnet sich aus dem erforderlichen Überströmquerschnitt.
  • Zur Minderung des Verschleißes der Dichtungen (65) in der Steuermanschette (60) werden die Kanäle (34), vgl. 8, z.B. schräg angeordnet.
  • Bei der Konstruktion nach 12 wird im Komforthubbereich (6) das beschriebene Kommunizieren ebenfalls erreicht, solange sich die obere Steuerkante (63) unterhalb der Bohrungssteuerkanten (43) und die untere (64) oberhalb der Bohrungssteuerkanten (44) bewegen. Bei beiden Varianten werden die Überströmquerschnitte so großflächig gewählt, dass sich im Hubbereich (6) keine merkliche Drosselwirkung einstellt. Hierdurch kann eine unnötige Erwärmung und ein störendes Pfeifgeräusch vermieden werden.
  • Um bei einem Kontaktieren der gegenseitigen Steuerkanten (35, 63) und (36, 64), vgl. speziell 6 und 7, keine sprunghafte Federsteifigkeitsänderung herbeizuführen, können zumindest an einem Teil der Steuerkanten (35) zusätzliche Feinsteuerkanten (37) eingearbeitet sein, vgl. 6.
  • Soll das Gasfedersystem auf ein Fahren mit höherer Federsteifigkeit umgestellt werden, wird im Balgraum (19) zunächst die Gasmenge verringert. Die Steuermanschette (60), zumindest ihre obere Steuerkante (63), bewegt sich nun vorwiegend oberhalb der oberen Steuerkante (35) bzw. oberhalb der oberen Bereiche dieser Steuerkanten im sog. Sporthubbereich (7). Auf diese Weise ist das am Federn beteiligte Gasvolumen auf die im Balgraum (19) vorhandene Gasmenge begrenzt.
  • Die Variante aus 12 zeigt ebenfalls diesen Lastfall. Die Steuermanschette (60) verdeckte für den üblichen Sporthubbereich (7) die oberen Bohrungen (41) bzw. die Bohrungssteuerkanten (43). So wird ein Gasaustausch mit dem Abrollkolbenhohlraum (69) verhindert. Hier wirkt die Steuermanschette (60) mit positiver Schaltüberdeckung.
  • In beiden Fällen gewährleistet die hohe Federsteifigkeit eine sichere Radführung auf unebenen Fahrbahnen.
  • In 3 befindet sich die Steuermanschette (60) mit ihrer oberen Steuerkante (63) unterhalb der Sicken (32). Der Fahrzeugaufbau hat durch Aufpumpen des Schlauchrollbalgs (15) eine besonders große Bodenfreiheit. Die Gasvolumina des Balgraums (19) und des Abrollkolbenhohlraums (69) sind – zumindest wenn sich die untere Steuerkante (64) unterhalb der Steuerkante (36) befindet – voneinander getrennt, womit die Feder steifigkeit relativ hoch ist. Ggf. kann diese Einstellung zum Fahren im Gelände benutzt werden.
  • In der Regel ist der Balgraum (19) zumindest zeitweise über gasführende, absperrbare Leitungen mit einem entsprechenden Gasspeicher und/oder einer Kompressoranlage verbunden. Eine Ventilsteuerung und Lageregelung vervollständigt das Gasfedersystem zu einer Niveauregulierung.
  • In den 1 bis 12 ist das Steuerrohr (20) als reguläres Rohr mit einer zylindrischen Außenkontur und einer zylindrischen Bohrung (22) beschrieben. Ebenfalls wird die Bohrungswandung (62) als zylindrisch dargestellt. Selbstverständlich kann das Steuerrohr (20) im Querschnitt auch ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Vieleckprofil sein, das zudem im Querschnitt auch nicht vollständig geschlossen sein muss. Auch kann das Steuerrohr (20) in mehrere einzelne, nebeneinander angeordnete Rohre oder Profile aufgeteilt sein. In allen Fällen sind der oder die offenen Querschnitte der Steuermanschette (60) an diesen oder an diese Steuerrohrquerschnitte angepasst.
    • 1
    Stoßdämpfer, Schubgelenk
    2
    Außenrohr, Dämpferrohr
    3
    Tellerflansch
    4
    Kolbenstange
    6
    Komforthub, Komforthubbereich
    7
    Sporthub, Sporthubbereich
    9
    Anschlagpuffer
    10
    Verdränger
    11
    Abstützelement, Kopfplatte
    12
    Gewindebohrung
    13
    Lagerauge
    15
    Schlauchrollbalg
    16, 17
    Wulst, oben; unten
    19
    Balgraum
    20
    Steuerrohr
    21
    Flansch
    22
    Bohrung, Innenwandung
    27
    Dichtelement
    28
    Ringnut, Kanäle
    29
    Innenraum
    30
    Außenwandung
    31
    Taille, taillierter Bereich
    32, 33
    Sicke
    34,
    Kanäle
    35, 36
    Steuerkante, oben; unten
    37
    Feinsteuerkanten
    39
    Überströmquerschnitt
    40
    Gleithülse
    41
    Bohrungen, oben; Ausnehmungen
    42
    Bohrungen, unten; Ausnehmungen
    43, 44
    Bohrungssteuerkanten, oben, unten;
    Öffnungen
    45
    Dichtringe
    50
    Abrollkolben, Abrolltopf, büchsenförmig
    51
    Wandung
    52
    Deckel
    53
    Montageflansch
    54
    Federring
    59
    Boden
    60
    Steuermanschette
    61
    Bohrung
    62
    Bohrungswandung
    63, 64
    Steuerkanten, oben, unten
    65
    Dichtelement, O-Ring, Kolbenring
    69
    Hohlraum

Claims (10)

  1. Gasfedersystem zur Abstützung von Radaufhängungen oder Achsen an einem Fahrzeugaufbau mit einem zwischen einer radtragenden oder radführenden Anbindung und einer fahrzeugaufbauseitigen Anbindung angeordneten Schlauchrollbalg, der zwischen einem Abstützelement und einem mit einem druckfesten Hohlraum ausgestatteten Abrollkolben montiert ist, wobei das Abstützelement und der Abrollkolben über ein zentrales Schubgelenk aneinander geführt sind, dadurch gekennzeichnet, – dass am Abstützelement (11) ein Steuerrohr (20) angeordnet ist, wobei das Steuerrohr (20) bereichsweise an seiner Außenwandung (30) tailliert ist, Sicken (32, 33) trägt oder Öffnungen (43, 44) von Kanälen (28) aufweist, – dass der Hohlraum (69) des Abrollkolbens (50) eine Steuermanschette (60) aufweist, die das Steuerrohr (20) zumindest hubbereichsweise mit Steuerspiel umgreift und abhängig vom Federungshub den taillierten Bereich (31), die Sicken (32, 33) oder Öffnungen (43, 44) ganz oder teilweise überdeckt.
  2. Gasfedersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermanschette (60) des Abrollkolbens (50) – in mindestens einem Sporthubbereich (7) – mit der Bohrungswandung (62) an der Außenwandung (30) des Steuerrohres (20) zu mindest in einem Teilbereich des Gasfedersystemhubes dichtend – den Hohlraum (69) vom Balgraum (19) trennend – anliegt, während sie in Hubrichtung in mindestens einem darüber oder darunter liegenden Komforthubbereich (6) den Überströmquerschnitt weder drosselt noch verschließt.
  3. Gasfedersystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bohrungswandung (62) der Steuermanschette (60) mindestens ein radial wirkendes Dichtelement (65) gelagert ist.
  4. Gasfedersystem gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubgelenk ein im Gasfedersystem integrierter hydraulischer Stoßdämpfer (1) ist.
  5. Gasfedersystem gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßdämpfer (1) zur Gruppe der Nutdämpfer gehört.
  6. Gasfedersystem gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (22) des Steuerrohres (20) an der Außenfläche des Außenrohres (2) des Stoßdämpfers (1) eine Bewegungsfuge ausbildend, dichtend anliegt.
  7. Gasfedersystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerrohr (20) und die Steuermanschette (60) konzentrisch zur Mittellinie des Stoßdämpfers (1) angeordnet sind.
  8. Gasfedersystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 40±10% des Gesamtfederhubs für den Komforthub (6) reserviert sind.
  9. Gasfedersystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Überströmquerschnittes zwischen 5 bis 20% der maximalen Querschnittsfläche des Balgraumes (19) beträgt.
  10. Gasfedersystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überströmquerschnitt eine zusammenhängende Fläche bildet.
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