DE102005033887A1 - Torsionsluftfeder - Google Patents

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DE102005033887A1
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Abstract

Torsionsluftfeder, welche ein Gehäuse, einen sich in dem selben erstreckenden Rotor wobei der Rotor entweder an seinen Enden in bekannter Bauweise im Gehäuse gelagert ist, oder die Lagerung des Rotors von den Schläuchen übernommen wird, oder die Lagerung des Rotors direkt am Gehäuse erfolgt, sowie einen oder eine Mehrzahl, sich parallel zur Rotorachse erstreckenden und mit Rotor und Gehäuse in Verbindung stehenden Schlauch/Schläuche aufweist, der/die verschlossen sind und über einen Anschluss mit Druck beaufschlagt werden können, wobei der Rotor und das Gehäuse in ihrer rechtwinkeligen Querschnittsfläche zur Rotorachse so beschaffen sind, dass sich bei einer Verdrehung des Rotors zum Gehäuse, der Schlauch oder die Schläuche über ihre mit Rotor und Gehäuse im Kontakt stehende Außenwand mitgenommen werden, wobei der/die Schlauch/Schläuche dadurch, in sich verengende Räume gezwungen werden, wodurch eine Volumenverkleinerung im Schlauch oder den Schläuchen entsteht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Luftfeder, die auf Verdrehung (Torsion) entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. beansprucht werden kann.
  • Bisher bekannte Federn die z.B. im Kfz als Fahrzeugfeder oder Stabilisator eingesetzt werden, sind:
    • • Federn aus festem Material (Stahl oder GFK) wie beispielsweise die Blattfeder, Schraubenfeder, oder Drehstabfeder.
    • • Federn aus Gummi (Gummifederachse) oder
    • • Luftfedern (Rollbälge oder Faltenbälge).
  • Bei den Federn aus festem Material z.B. Stahl oder GFK ist die Federcharakteristik sowie die Federstärke fest vorgegeben. Das Fahrzeugniveau ist somit vom Beladungszustand abhängig. Eine Beeinflussung der Feder während der Fahrt ist nicht möglich. Wird z.B. eine Drehstabfeder als Kfz-Feder im Kraftfahrzeug insbesondere bei leichten Nutzfahrzeugen eingesetzt, senkt sieh das Fahrzeug bei zunehmender Beladung ab. Im Leerzustand hingegen wird das Fahrzeug mit einer verbauten Stahlfeder über das Normalniveau angehoben. In diesem Zustand ist die Stahlfeder in der Regel dann sehr hart, da die nötige Gegenmasse fehlt. Ein weiterer Nachteil der Stahlfeder liegt in der Ermüdung des Materials, die nach einer gewissen Laufzeit auftreten kann.
  • Im Gegensatz zu Schraubenfedern können Drehstabfedern äußerst Platzsparend unter dem Fahrzeug verbaut werden. Drehstabfedern finden auch als Stabilisatoren im Kraftfahrzeug Anwendung. Ein Verstellen der Stabilisatorstärke bzw. ein Abschalten des Stabilisators ist jedoch nur mit einem sehr hohen technischen Aufwand möglich.
  • Gummifederachsen finden hauptsächlich in Anhängern Verwendung, da diese Achsen vom Federweg und vom Ansprechverhalten im modernen PKW kaum akzeptabel sind. Ihre Charakteristik ist meist stark progressiv, da die Druckspannung schon nach einem geringen Drehwinkel sich auszuwirken beginnt. Die Gummifederung erreicht mit möglichst wenig Aufwand eine Federung mit begrenzter Dämpfungswirkung.
  • Bei der Luftfeder kommen Rollbälge, Faltenbälge oder Luftzylinder zum Einsatz. Diese sind immer als Druckfedern ausgelegt. Die Luftfederung verbindet ein besonders feinfühliges Ansprechen der Federung mit den Vorteilen einer vorwählbaren und/oder automatisch geregelten Vorspannung der Feder. Die Nachteile der Luftfeder hingegen sind die außenliegende Bälge, die stets im Radbereich montiert, durch äußere Einflüsse beschädigt werden können. Ein weiterer Nachteil der Luftfeder liegt in den hohen Kosten für die Luftbälge und deren Befestigungskonsolen, als auch an dem zusätzlich nötigen hohen technischen Aufwand für Rad und Achsführungselemente in Längs- und Querrichtung.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorteile der Luftfeder wie beispielsweise einen hohen Fahrkomfort und eine Beeinflussbarkeit der Feder, auch während des Fahrbetriebs, mit den Vorteilen der Drehstabfeder bzw. Gummifeder wie beispielsweise die einfache Bauweise, kostengünstige Herstellung, einfache Montage, die Robustheit und Wiederstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse, die Möglichkeit der Realisierbarkeit einer niedrigen Rahmenhöhe und die Übernahme der Achs- und Radführung zu vereinen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Torsionsluftfeder mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
  • Die Torsionsluftfeder ist erfindergemäß in Ihrer Bauweise einfach aufgebaut, und somit kostengünstig herzustellen. Sie besteht unter anderem aus einem äußeren Profilrohr, dass bei der Verwendung als Fahrzeugfeder, gleichzeitig als Achsrohr dienen kann. Auch eine Unterbringung der Luftaufbereitung sowie der Höhensensoren ist in diesem Profilrohr möglich. Das äußere Profilrohr der Torsionsluftfeder verhindert eine Beschädigung der Federelemente durch äußere Einwirkung wie z.B. Steinschlag oder Sonneneinstrahlung. Bei Unterbringung der Luftaufbereitung und des Höhensensors im Gehäuse, sind diese Bauteile ebenfalls vor äußeren Einflüsse wie z.B. Steinschlag, Spritzwasser, Schnee und Salz geschützt. Auch Schneeketten können bedenkenlos verwendet werden, da sich keine Luftbälge wie bei herkömmlichen Luftfedern im Radbereich befinden. Beim Verwenden der Torsionsluftfeder als Fahrzeugachse, kann diese gleichzeitig die Rad- und/oder Achsführung übernehmen. Zusätzliche konstruktive Maßnahmen zur Achsführung sind nicht notwendig. Daraus ergeben sich Gewichtseinsparungen im Vergleich zur Luftfederachse mit Längslenkern, Starrachse und Panhardstab. Da es sich bei der Torsionsluftfeder um eine Luftfeder handelt, ist sowohl der Fahrtkomfort höher als beispielsweise bei einer Stahlfeder als auch eine Beeinflussung der Feder jederzeit über den Luftdruck möglich. Eine Ermüdung wie beispielsweise bei der Drehstabfederachse oder der Gummifederachse ist nicht möglich. Die Montagezeiten für ein Torsionsluftfederachse sind sehr gering und vergleichbar mit den Montagezeiten einer Drehstabfederachse oder einer Gummifederachse. Zusätzliche Arbeiten zur Montage von Luftbälgen, Luftbalghaltern oder Sensoren mit Anlenkgestänge sowie Einstell- und Justierarbeiten fallen nicht an.
  • Da die Torsionsluftfeder sowohl in Drehrichtung rechts als auch in Drehrichtung links beansprucht werden kann, bietet sich der Einsatz als Stabilisator an. Bei diesem Einsatz ist im Vergleich zum Drehstabstabilisator eine Beeinflussung der Federstärke stufenlos bis hin zum kompletten Abschalten möglich. Auch die Beeinflussung des Stabilisators über ein elektronisches Steuergerät ist denkbar.
    •
  • Beschreibung
  • Bezugnehmend auf 1 und 2, bezweckt die vorliegende Erfindung die Schaffung einer Torsionsfeder, welche die Vorteile der Luftfeder mit den Vorteilen der Drehstabfeder bzw. der Gummifederachse vereint. Gegenstand der Erfindung ist eine Torsionsluftfeder welche ein profiliertes beispielsweise ein quadratisches oder rundes Rohrgehäuse (1), 1 und 2, einen sich in dem selben erstreckenden Rotor (2), sowie ein Schlauch oder eine Mehrzahl von Schläuchen (3), die sich parallel zur Rotorachse erstrecken und mit Rotor (2) und Gehäuse (1) in Verbindung stehen aufweist. Der Rotor (2) und das Gehäuse (1) sind in ihrer Form so beschaffen, dass sich bei einer relativen Verdrehung des Rotors (2) zum Gehäuse (1), die Querschnittsfläche/n der dazwisehenliegenden Schläuche (3) verkleinert. Die Schläuche (3) sind verschlossen und weisen einen Anschluss (4) beispielsweise Luftanschluss auf. Über die Anschlüsse (4) können die Schläuche mehr oder weniger mit Druck beaufschlagt werden und damit die Torsionsluftfeder beeinflusst werden. Die 1 zeigt beispielsweise einen Rotor (2) bestehend aus einem Rundprofil und am Umfang des Rotors (2) vier gleichmäßig verteilte, im Querschnitt halbkreisförmige, parallel zur Rotorachse (2) verlaufende Vertiefungen. Diese Vertiefungen stehen im ruhelosen, unbelastenden Zustand den Ecken des beispielsweise quadratischen Gehäuseprofils (1) entgegen. Daraus ergibt sich im Querschnitt gesehen, in jeder Ecke eine annähernd kreisförmige Fläche. In diese Freiräume, sind die Schläuche (3) parallel zum Rotor eingelegt. Die Schläuche (3) können hierbei im druckbeaufschlagten Zustand gleichzeitig die Lagerung des Rotors (2) im Gehäuse (1) mit übernehmen. Denkbar ist auch eine zusätzliche Lagerung des Rotors (2) jeweils an seinen Enden in bekannter Weise. Eine Verdrehung des Rotors (2) zum Gehäuse (3) ist bei 1 sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn möglich. Durch den über seine Außenwand in ständigem Kontakt stehenden Schlauch (3) mit dem Rotor (2) einerseits und dem Gehäuse (1) andererseits, entsteht beim Verdrehen des Rotors (2) zum Gehäuse (1) eine Rollbewegung des Schlauches (3) über seine Längsachse. Eine Reib- bzw. Scherbeanspruchung auf den Schlauch (3) entsteht nicht. Während der Verdrehung des Rotors (2) zum Gehäuse (1) entsteht eine Walkbewegung auf den Schlauch (3). Im belastenden sprich verdrehten Zustand gemäß 3 hat sich somit der Schlauch (3) so am Rotor (2) abgerollt, dass er nun hauptsächlich auf den äußeren Rotordurchmesser einwirkt, und somit am größtmöglichen Hebelarm auf den Rotor (2) wirkt. Gleichzeitig wird der Schlauch (3) in einen engeren Raum hineingezwungen, wodurch eine Volumenverkleinerung und ein daraus resultierender Druckanstieg im Schlauch (3) entsteht. Durch die konstruktive Auslegung des Gehäuseprofils (1) und des Rotors (2) in ihrer Querschnittsform und Querschnittsgröße kann die Federcharakteristik und die Federstärke beeinflusst werden. Über die Veränderung der Torsionsluftfederlänge kann zusätzlich die Federstärke beeinflusst werden. Zusätzlich ist eine Veränderung der Federeigenschaften durch die Verwendung unterschiedlicher Schlauchmaterialien mit beispielsweise unterschiedlichen Gewebeeinlagen sowie unterschiedlichen Schlauchdecken und Schlauchseelen möglich. Auch über unterschiedliche Schlauchwandstärken ist eine Beeinflussung der Federeigenschaften möglich. Denkbar ist hier beispielsweise eine Verbesserung der Notlaufeigenschaft oder der Federhärte bei zunehmender Dicke der Schlauchwand.
  • Eine erfindergemäße Verwendung der Torsionsluftfeder als Fahrzeugachse, wird in 5 dargestellt. Hier dient das Gehäuse (1) als tragender Achskörper, der fest mit dem Fahrzeug verbunden wird und in dem jeweils an den Enden ein mehr oder weniger langer Rotor (2) sowie Schläuche (3) eingefügt sind. An den aus dem Gehäuseende jeweils herausstehenden Rotorenden ist jeweils eine Achslenker (4) mit Achsschenkel (5) zur Lagerung des Rades angebracht. Die zwei eingesteckten Rotoren bilden hier jeweils eine Halbachse. Aus DE 4129916 C1 und AT 395129B sind auch jeweils Torsionsfederachsen mit ähnlichem Aufbau bekannt. Die Torsionsluftfeder unterscheidet sich erfindergemäß dahingehend, dass die eigentlichen Federelemente nicht aus Gummisträngen sondern aus Schläuchen, die mit Druck beaufschlagt werden können besteht.
  • Eine erfindergemäße Verwendung der Torsionsluftfeder als Stabilisator, wird in 4 dargestellt. Bezugnehmend auf 4 ist mit der Ziffer (1) das Gehäuse der Torsionsluftfeder dargestellt, dass hier in einen Stabilisator der bekannten Bauweise eingesetzt wurde. Die auf der Zeichnung 4 gezeigte rechte Halbseite (5) des Stabilisators ist dabei mit dem Gehäuse (1) verbunden. Die linke Halbseite (4) des Stabilisators ist mit dem Rotor (2) verbunden. Der Stabilisator ist mit zwei Lagerstellen (6) in üblicher Weise gelagert und mit seinen beiden Enden (7) jeweils an einem nicht dargestellten linken bzw. rechten Radführungselement des zweispurigen Kraftfahrzeuges angebunden oder angelenkt.
  • In den Zeichnung sind beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Torsionsluftfeder dargestellt. Es zeigen:
  • 1 die Torsionsluftfeder in der Seitenansicht;
  • 2 die Torsionsluftfeder gemäß 1 in einem gegenüber 1 um 90° zur Seitenansicht versetzten Querschnitt, in der neutralen Stellung;
  • 3 ein Querschnitt gemäß 2, jedoch bei Belastung;
  • 4 eine Torsionsluftfeder in der Verwendung als Stabilisator,
  • 5 eine Torsionsluftfederhalbachse;
  • 6 eine Torsionsluftfeder im Querschnitt gemäß 2 jedoch mit einem runden äußeren Gehäuse;
  • 7 eine Torsionsluftfeder gem. 6, jedoch mit sechs Schläuchen;
  • 8 eine Torsionsluftfeder im Querschnitt gemäß 2 jedoch mit einem vierkantigen Rotorquerschnitt, wobei über das Gehäuse (2) weitere Schläuche (5) und über diese Schläuche ein weiteres Gehäuse (4) gelagert ist, um somit einen größeren Verdrehwinkel zu ermöglichen.
  • 9 eine Torsionsluftfeder im Querschnitt gemäß 2 jedoch mit einem quadratischen Rotorquerschnitt;
  • 10 eine Torsionsluftfeder im Querschnitt gemäß 2 jedoch mit einem dreieckigen Gehäusequerschnitt und einem dreieckigen Rotorquerschnitt;

Claims (15)

  1. Torsionsluftfeder, welche ein Gehäuse, einen sich in dem selben erstreckenden Rotor wobei der Rotor entweder an seinen Enden in bekannter Bauweise im Gehäuse gelagert ist, oder die Lagerung des Rotors von den Schläuchen übernommen wird, oder die Lagerung des Rotors direkt am Gehäuse erfolgt, sowie einen oder eine Mehrzahl, sich parallel zur Rotorachse erstreckenden und mit Rotor und Gehäuse in Verbindung stehenden Schlauch/Schläuche aufweist, der/die verschlossen sind und über einen Anschluss mit Druck beaufschlagt werden können, wobei der Rotor und das Gehäuse in ihrer rechtwinkeligen Querschnittsfläche zur Rotorachse so beschaffen sind, dass sich bei einer Verdrehung des Rotors zum Gehäuse, der Schlauch oder die Schläuche über ihre mit Rotor und Gehäuse im Kontakt stehende Außenwand mitgenommen werden, wobei der/die Schlauch/Schläuche dadurch, in sich verengende Räume gezwungen werden, wodurch eine Volumenverkleinerung im Schlauch oder den Schläuchen entsteht.
  2. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 1 als Lager für den Peitschenstock eines Webstuhls.
  3. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 1 als Torsionsluftfederachse, wobei das Achsrohr gleichzeitig als Gehäuse der Torsionsluftfeder dient und wobei der Rotor und die Schläuche jeweils als Halbachse von außen ins Achsrohr eingeschoben sind, wobei auf dem äußeren Ende jeder Halbachse ein Lenker mit je einem Achsschenkel für die Lagerung eines Rades befestigt ist.
  4. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 3, wobei der Rotor und die Schläuche nicht als zwei Halbachsen sondern durchgehend ausgeführt sind.
  5. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 3, wobei die zwei als Halbachsen ausgelegten Rotoren über einen Drehstab verbunden sind.
  6. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 3, wobei die zwei als Halbachsen ausgelegten Rotoren über eine Dritte Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 1 verbunden sind, wobei die dritte Torsionsluftfeder als Stabilisator dient.
  7. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 3, wobei im Achsrohr eine Luftversorgungseinheit und/oder ein oder zwei Höhensensor/en die von den Rotoren angelenkt werde, angebracht sind.
  8. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 3, wobei zwischen Achsrohr und Achsschenkel Stoßdämpfer in bekannter Weise verbaut sind, wobei diese auch einen Anschlagbegrenzer aufweisen können.
  9. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 1, wobei ein Anschlagbegrenzer den Drehwinkel des Rotors zum Gehäuse begrenzt und somit ein überdrehen der Torsionsluftfeder verhindert.
  10. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 1 als Stabilisator, wobei die Torsionsluftfeder in einen Stabilisator der bekannten Bauweise so eingesetzt wird, dass die eine Seite des Halbstabilisators mit dem Gehäuse der Torsionsluftfeder und die andere Halbseite des Stabilisators mit dem Rotor der Torsionsluftfeder verbunden ist.
  11. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 1 als Stabilisator eines Kraftfahrzeugs, dass in bekannter Bauweise am Fahrzeug gelagert ist, wobei an dem Gehäuse über einen Schenkel das eine Radführungselement und an dem Rotor über einen Schenkel das andere Radführungselement des zweispurigen Kraftfahrzeugs angebunden oder angelenkt ist.
  12. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 10, wobei eine Zwangsverriegelung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse für den drucklosen Zustand eingebaut ist.
  13. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 1 als Schwingungslager.
  14. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 1, wobei über das Gehäuse weitere Schläuche und über diese Schläuche ein Weiteres Gehäuse gelagert ist, um somit einen größeren Verdrehwinkel zu ermöglichen.
  15. Verwendung der Torsionsluftfeder nach Patentanspruch 3 als Liftachse, wobei die Achslenker in bekannter Bauweise mit Luftbälgen gefedert werden, zum Anliften der Achse die Torsionsluftfeder mit Druck beaufschlagt wird um den Rotor in seine neutrale Stellung zu drehen, gleichzeitig werden die Luftbälge entlüftet.
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