DE102006036248A1

DE102006036248A1 - Luftfeder für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102006036248A1
Application number: DE102006036248A
Authority: DE
Inventors: Joachim Jeischik
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-07
Also published as: US8474798B2; WO2008015034A1; EP2049815B1; EP2049815A1; US20100237549A1

Abstract

Luftfeder oder Luftdämpfer, insbesondere für Fahrwerke von Fahrzeugen, wobei die Luftfeder mindestens einen mit Druckluft gefüllten Arbeitsraum aufweist, der mindestens teilweise durch einen Rollbalg begrenzt wird, der an seinen Enden an Anschlussteilen befestigt und an mindestens einem seiner Enden mit einer im Verhältnis zum restlichen Rollbalgkörper dickeren Wand versehen ist, wobei der Rollbalg an mindestens einem seiner verstärkten Enden einen durchgehend vulkanisierten Lagenumschlag aufweist, der in einer solchen Länge zurückgestülpt ist, dass nach Zusammenbau der Luftfeder mindestens ein durch Fahrwerkskräfte hoch belasteter Bereich des Rollbalges in den Bereich des Lagenumschlages fällt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder oder einen Luftdämpfer für Fahrwerke von Fahrzeugen, wobei die Luftfeder mindestens einen mit Druckluft gefüllten Arbeitsraum aufweist, der mindesten teilweise durch einen Rollbalg begrenzt wird, wobei der Rollbalg mindestens teilweise auf Abrollkonturen abrollt, an seinen Enden an Anschlussteilen reib- und/oder formschlüssig befestigt und an mindestens einem seiner Enden partiell mit einer im Verhältnis zum restlichen Rollbalgkörper dickeren Wand und/oder zusätzlichen Materiallagen versehen ist.
Rollbälge von Luftfedern sind nicht nur durch Klemmkräfte an den Einspannstellen hoch belastet, sondern auch in den Bereichen, in denen die Rollbälge senkrecht zu ihrer Achse wirkende Kräfte aufnehmen müssen, also etwa Radführungskräfte. Solche Kräfte bewirken eine leichte Auslenkung des Balges senkrecht zu seiner Achse und belasten damit gerade die „freien" die Querschnitte des Rollbalges außerhalb der Einspannbereiche. Bei dünnen Rollbälgen kann dies problematisch werden.
Dünne Rollbälge sind aber zur Steigerung eines komfortablen Federungsverhaltens und zur Reduktion des so genannten Harshness-Verhaltens oft gewünscht. Der Fachmann versteht unter dem Begriff „Harshness" ein überlagertes, etwas raues, hartes Federungsverhalten bei Schwingungen höherer Frequenz und geringer Amplitude, das durch die Abhängigkeiten von den für Luftfeder- und Dämpfereinheiten gebräuchlichen Bauweisen, Materialien, Eigendämpfungen, Trägheiten etc. entsteht.
Im Hinblick auf die für dünne Rollbälge kritischen Klemmkräfte offenbart die WO 2004/067989 A1 eine Luftfeder mit einem Rollbalg, bei welchem beide Endbereiche mit kurzen Lagenumschlägen versehen bzw. zurückgestülpt oder „umgebuckt" sind. Dieses Zurückstülpen erfolgt jedoch erst nach der Vulkanisation des Rollbalges. Bei einem möglichst dünnen und damit komfortabel federnden Rollbalg liegt der Grund für diesen Umschlag darin, dass der Rollbalg im Einspannbereich an die Anschlussteile, also im Einspannbereich des Deckels oder des Abrollkolbens, verdickt, d.h. verdoppelt werden soll. Dies wiederum ist bei einem dünnen Balg erforderlich, um bei hohen Klemmkräften keine Materialschäden durch Quetschungen durch die Spannringe zu riskieren. Bei dieser Luftfeder wird der Lagenumschlag erst nach der Vulkanisation des Balges und nur im Einspannbereich an letzterem angebracht. Eine Verstärkung der restlichen Rollbalglänge findet nicht statt.
Um auch bei dünnen Wandstärken die erforderlichen Festigkeiten zu erreichen, werden Rollbälge üblicherweise als gewebeverstärkte Gummibälge hergestellt, wobei in der Gummimatrix des Rollbalges mehrere Gewebe- oder Cordlagen übereinander angeordnet sein können, deren Fäden in unterschiedlichen Winkeln den Rollbalg umlaufen. Oft verwendet man Lagen mit sich kreuzenden Fäden (bezogen auf den fertigen Rollbalg).
Eine weitere Möglichkeit, ein komfortables Federungsverhalten und geringere „Harshness" mit dünneren Rollbälge zu erreichen, besteht darin, die Rollbälge bzw. die Luftfedern oder -dämpfer mit so genannten Außenführungen zu versehen, nämlich mit einem den Rollbalg umgebenden rohrförmigen „Stützkorsett" oder Stützkörper. So lässt sich beispielsweise ein dünner Rollbalg mit einem dünnen Leichtmetallrohr als Stützkörper umgeben.
Die Außenführungen können dabei mit dem Luftfederdeckel direkt verbunden sein, so dass der Rollbalg einerseits an der Außenseite des Abrollkolbens und andererseits an der Innenoberfläche der Außenführung abrollen kann. Die für die Rollfalte verbleibende Differenz zwischen Innendurchmesser der Außenführung und Außendurchmesser des Abrollkolbens ist dabei relativ gering. Damit entsteht das Problem, dass senkrecht zur Achse des Rollbalges wirkende Kräfte kaum aufgenommen werden können, da auch nur geringste Auslenkungen des Balges im Zwischenraum (Innendurchmesser der Außenführung – Außendurchmesser des Abrollkolbens) bereits den Rollbalg auf Dauer schädigen können.
Eine Lösung für dieses technische Problem besteht darin, dass die Außenführung nicht am Luftfederdeckel befestigt ist, sondern mit etwas Abstand zu letzterem am Rollbalg als solchen. Dies geschieht beispielsweise durch einen Klemmring auf der Innenseite des Rollbalges, der die den Rollbalg umgebende Außenführung an ihrem oberen Ende fest auf den Rollbalg klemmt. Der senkrechte Abstand zwischen Luftfederdeckel und Außenführung, d.h. das nicht von der Außenführung umgebende deckelnahe Teilstück des Rollbalges kann nun als „Gelenk" genutzt werden, dass die Schwenkbarkeit des Luftfederbalges trotz Außenführung ermöglich und damit wieder die durch senkrecht zur Achse des Rollbalges wirkende Kräfte erzeugten Auslenkungen zulässt. Im Fachbereich ist dieses Teilstück des Rollbalges als „Kardanikfalte" oder „Kardanikgelenk" bekannt.
Natürlich ist diese Kardanikfalte stark belastet, so dass zur partiellen Verstärkung des Rollbalges bereits bei seiner Herstellung zusätzliche Materiallagen, nämlich Gewebe- und/oder Gummilagen im Bereich der später nach und durch den Zusammenbau der Luftfeder entstehenden Kardanikfalte vorgesehen werden. Das Auflegen zusätzlicher Gewebe- und/oder Gummilagen ist jedoch nur bei einer Einzelfertigung von Rollbälgen möglich und auch dort mit erheblichem zusätzlichen Fertigungsaufwand verbunden. Bei einer kontinuierlichen Fertigung von Rollbälgen „am Strang" besteht bisher nur die Möglichkeit, entweder auf eine Verstärkung der Kardanikfalte zu verzichten, oder aber den gesamten Rollbalgstrang zu verstärken. Letzteres ist, wie oben bereits geschildert, aus Gründen des Komforts und der „Harshness" ungewünscht.
Für die Erfindung bestand daher die Aufgabe, eine Luftfeder oder einen Luftdämpfer mit einem möglichst dünnen Rollbalg bereitzustellen, der in einem kontinuierlichen Herstellungsprozess zu fertigen ist und trotzdem in einzelnen Bereichen Verstärkungen oder Wandverdickungen aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart. Ebenfalls ist ein Verfahren zur Herstellung offenbart.
Dabei weist der Rollbalg an mindestens einem seiner verstärkten Enden mindestens einen durchgehend vulkanisierten Lagenumschlag auf, der in einer solchen Länge zurückgestülpt und vulkanisiert ist, dass nach Zusammenbau der Luftfeder mindestens ein durch Fahrwerkskräfte hoch belasteter Bereich des Rollbalges in den Bereich des Lagenumschlages fällt. Der Lagenumschlag erfolgt also in der Herstellung des Rollbalges vor der Vulkanisation, wodurch eine durchgehend vulkanisierte Luftfederwand mit einer über die Wandstärke des Balges in der Gummimatrix fixierten Festigkeitsträgerstruktur entsteht. Ein solcher hochfester Lagenumschlag lässt sich sowohl bei Rollbälgen aus einer Einzelfertigung als auch bei Rollbälgen aus einer kontinuierlichen Fertigung realisieren und wird sehr genau nur bis in die in aller Regel einem Ende des Rollbalges nahe liegenden Bereiche zurückgeschlagen/zurückgestülpt, die einer besonders hohen Belastung unterliegen. Dadurch erreicht man auf der einen Seite ein komfortables Federungsverhalten und geringere „Harshness" mit dünnen Rollbälgen und auf der anderen Seite genügend Festigkeit in hoch belasteten Bereichen durch einen gezielten und vulkanisierten Lagenumschlag. Denkbar ist es auch, dass bei besonders dünnen Rollbälgen zwei übereinander angeordnete Lagenumschläge – und damit in der Herstellung aufeinander folgende Lagenumschläge – ausgebildet sind. In jedem Fall wird der Rollbalg bei der Herstellung nach dem oder den Lagenumschlägen in der Wärme ausvulkanisiert.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Luftfeder eine am Rollbalg befestigte und zu einem Anschlussteil beabstandete Außenführung aufweist, der Lagenumschlag an dem der Befestigung der Außenführung nahe liegenden Ende des Rollbalges angeordnet und in einer solchen Länge zurückgestülpt ist, dass nach Zusammenbau der Luftfeder der Bereich des Rollbalges zwischen Anschlussteil und Außenführung in den Bereich des Lagenumschlages fällt. Damit lässt sich die Wanddicke des Rollbalgs im vorgeschilderten Sinne weiter verbessern und lediglich der Bereich der so genannten „Kardanikfalte" zwischen einem Anschlussteil und der Außenführung gezielt verstärken.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Lagenumschlag bis in den Befestigungsbereich der Außenführung reicht. Damit kann die durch den Lagenumschlag erzeugte Verstärkung zusätzlich für die Verstärkung des geklemmten Bereiches des Rollbalges zwischen Außenführung und Innenklemmring genutzt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Lagenumschlag nach innen erfolgt. Hierdurch ergibt sich bei Rollbälgen aus bestimmten Lagerkombinationen nach dem Vulkanisieren ein besonders sanfter und gleichmäßiger Übergang zwischen verstärkten Bereichen und den restlichen Bereichen des Rollbalgs.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Lagenumschlag über die gesamte Länge des Rollbalges reicht. Dies kann dann geschehen, wenn der Balgrohling aus Fertigungs- oder Konstruktionsgründen besonders dünn ausgeführt werden soll. Ein solcher Rollbalg erhält durch die – ggf. mehrfachen – Stülpungen oder Faltungen erst seine eigentliche Konstruktionswanddicke sowie seine verstärkten Bereiche.
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
1 eine erfindungsgemäße Luftfeder für ein Kraftfahrzeug
2 den Rollbalg der in 1 dargestellten Luftfeder in Form einer Prinzipskizze.
Die 1 zeigt eine Luftfeder 1 für ein Kraftfahrzeug, die einen mit Druckluft gefüllten Arbeitsraum 2 aufweist, der mindesten teilweise durch den Rollbalg 3 begrenzt wird, der eine Rollfalte 3a bildet. Der Rollbalg 3 rollt beim Ein- und Ausfedern des Fahrzeuges sowohl auf der rotationssymmetrischen Kontur 4 des Abrollkolbens 5 als auch auf der Innenoberfläche 6 der Außenführung 7 ab. An seinen Enden 8, 9 ist der Rollbalg mit Klemmringen 10, 11 an den Anschlussteilen befestigt, nämlich mit seinem oberen Ende am Luftfederdeckel 12 und mit seinem unteren Ende am Abrollkolben 5.
Die Luftfeder 1 weist einen zentrisch angeordneten Hydraulikdämpfer 13 auf, wobei dessen Kolbenstange 14 über und mit dem Luftfederdeckel 12 mit der hier nicht näher dargestellten Karosserie verbunden ist und der Dämpferzylinder 15 über den unteren Anschlussflansch 16 mit einem hier ebenfalls nicht näher dargestellten Radträger des Fahrwerks.
Bei Luftdämpfern, d.h. bei Systemen, bei denen sowohl die Federung als auch die Dämpfung pneumatisch erfolgt, wird übrigens der Hydraulikdämpfer durch einen zweiten Arbeitsraum, den Dämpfungsraum, ersetzt, der mit dem Arbeitsraum 2 über Strömungsventile verbunden ist.
Die Außenführung 7 ist mit einem Abstand zum Luftfederdeckel 12 direkt am Rollbalg 3 befestigt. Dies geschieht durch den Klemmring 17 auf der Innenseite des Rollbalges 3, der die den Rollbalg umgebende Außenführung 7 an ihrem oberen Ende festklemmt. Der Abstand zwischen Luftfederdeckel 12 und oberem Rand der Außenführung 7, d.h. das nicht von der Außenführung umgebende deckelnahe Teilstück 18 des Rollbalges 3 bildet die „Kardanikfalte".
2 zeigt den Rollbalg 3 aus der 1 in Form einer Prinzipskizze. Dabei der weist der Rollbalg an seinem dem Luftfederdeckel 12 nahe liegenden Ende 8 einen verstärkten Teil auf, nämlich einen nach außen geschlagenen und vulkanisierten Lagenumschlag 19. Der Lagenumschlag 19 ist in einer solchen Länge zurückgestülpt, dass nach Zusammenbau der Luftfeder der Lagenumschlag 19 bis in den Befestigungsbereich der Außenführung 7, d.h. bis unter den Klemmring 17 reicht.

1: Luftfeder
2: Arbeitsraum
3: Rollbalg
3a: Rollfalte
4: Rotationssymmetrische Kontur
5: Abrollkolben
6: Innenoberfläche der Außenführung
7: Außenführung
8: Oberes Rollbalgende
9: Unteres Rollbalgende
10: Klemmring am Luftfederdeckel
11: Klemmring am Abrollkolben
12: Luftfederdeckel
13: Hydraulikdämpfer
14: Kolbenstange
15: Dämpferzylinder
16: Anschlussflansch
17: Klemmring für Außenführung
18: Kardanikfalte
19: Lagenumschlag

Claims

Luftfeder oder Luftdämpfer, insbesondere für Fahrwerke von Fahrzeugen, wobei die Luftfeder (1) mindestens einen mit Druckluft gefüllten Arbeitsraum (2) aufweist, der mindesten teilweise durch einen Rollbalg (3) begrenzt wird, wobei der Rollbalg mindestens teilweise auf Abrollkonturen (4) abrollt, an seinen Enden an Anschlussteilen (5, 12) reib- und/oder formschlüssig befestigt und an mindestens einem seiner Enden partiell mit einer im Verhältnis zum restlichen Rollbalgkörper dickeren Wand und/oder zusätzlichen Materiallagen verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollbalg (3) an mindestens einem seiner verstärkten Enden (8) mindestens einen durchgehend vulkanisierten Lagenumschlag (19) aufweist, der in einer solchen Länge zurückgestülpt ist, dass nach Zusammenbau der Luftfeder mindestens ein durch Fahrwerkskräfte hoch belasteter Bereich (18) des Rollbalges (3) in den Bereich des Lagenumschlages fällt.
Luftfeder oder Luftdämpfer Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder eine am Rollbalg (3) befestigte und zu einem Anschlussteil (12) beabstandete Außenführung (7) aufweist, der Lagenumschlag (19) an dem der Befestigung der Außenführung nahe liegenden Ende (8) des Rollbalges (3) angeordnet und in einer solchen Länge zurückgestülpt ist, dass nach Zusammenbau der Luftfeder der Bereich (18) des Rollbalges zwischen Anschlussteil und Außenführung in den Bereich des Lagenumschlages fällt.
Luftfeder oder Luftdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagenumschlag (19) bis in den Befestigungsbereich der Außenführung (7) reicht.
Luftfeder oder Luftdämpfer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagenumschlag nach innen erfolgt.
Luftfeder oder Luftdämpfer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagenumschlag über die gesamte Länge des Rollbalges reicht.
Verfahren zur Herstellung Rollbalges für eine Luftfeder oder einen Luftdämpfer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollbalg als mit Festigkeitsträgern versehener schlauchförmiger Gummikörper hergestellt und an mindestens einem Ende mit mindestens einem Lagenumschlag versehen wird, wobei die Vulkanisation des Rollbalges nach dem Lagenumschlag erfolgt.