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Die Erfindung betrifft eine Luftfeder für ein Kraftfahrzeug, die folgende Bestandteile enthält:
- – einen Deckel mit einem ersten Befestigungsbereich,
- – einen Abrollkolben, der an seinem oberen Ende einen zweiten Befestigungsbereich aufweist,
- – einen Schlauchrollbalg, der im ersten Befestigungsbereich an dem Deckel und im zweiten Befestigungsbereich an dem Abrollkolben befestigt ist, wobei zumindest die Befestigung am Abrollkolben mit einem Spannring erfolgt.
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Derartige Luftfedern für Kraftfahrzeuge sind seit langem bekannt und werden zur Niveauregulierung insbesondere in Personenkraftwagen eingebaut. Luftfedern für Lastkraftwagen weisen üblicherweise keinen Schlauchrollbalg, sondern einen Balg mit Wulstkernen auf. Der Balg einer Lkw-Luftfeder wird über einen ersten Wulstkern luftdicht mit dem Deckel der Luftfeder und über einen zweiten Wulstkern luftdicht mit dem Abrollkolben der Luftfeder verbunden. Eine Lkw-Luftfeder soll ein möglichst starkes Ausfedern unter hohem Luftdruck zulassen, damit z. B. die voll beladene Ladefläche eines Lkw an einer Laderampe angehoben werden kann. Hierbei besteht die Gefahr, dass sich der Balg der Luftfeder von dem Deckel oder insbesondere von dem Abrollkolben der Luftfeder löst. Dieser Gefahr wird dadurch vorgebeugt, dass der Wulstkern am Deckel als umbördelt wird und der Wulstkern am Abrollkolben mit einem Spannteller verschraubt wird. Dadurch ist der Balg fest mit dem Deckel bzw. dem Abrollkolben verbunden. Der Aufbau einer Lkw-Luftfeder ist jedoch wegen der Wulstkerne im Balg und der Umbördelung am Deckel und der Verschraubung am Abrollkolben aufwendig und damit teuer.
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Man hat deshalb versucht, Lkw-Luftfedern genauso aufzubauen wie Pkw-Luftfedern, d. h. in der Luftfeder einen Schlauchrollbalg zu verwenden, der mit Hilfe jeweils eines Spannringes sowohl am Deckel als auch am Abrollkolben der Luftfeder befestigt ist. Eine mechanisch besonders belastbare Klemmung wird hierbei dadurch erreicht, dass der jeweilige Spannring sowohl am Deckel als auch am Abrollkolben der Luftfeder in ein Tiefbett eingreift. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei einer großen Ausfederung einer derartigen Luftfeder, die keinen Endanschlag hat, die Gefahr besteht, dass sich der Schlauchrollbalg aus dem Klemmbereich am Abrollkolben herauszieht und die Luftfeder schlagartig undicht wird und in sich zusammen sackt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich der Spannring bei einer großen Ausfederung der Luftfeder und hohem Luftdruck in der Luftfeder radial nach außen verformen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder mit einem Schlauchrollbalg zu schaffen, die eine große Ausfederung unter hohem Druck in der Luftfeder zulässt.
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Die Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Luftfeder einen Sicherungsring aufweist, der den Spannring umfasst und der einen Teil enthält, der nach oben über den Abrollkolben hinausragt, wobei dieser Teil einen nach radial innen gerichteten Vorsprung enthält und wobei das obere Ende des zweiten Befestigungsbereiches und der Vorsprung derart zusammenwirken, dass der Schlauchrollbalg dazwischen verklemmt ist.
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Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass ein maximales Ausfedern der Luftfeder auch bei hohem Luftdruck in der Luftfeder möglich ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Sicherungsring eine radiale Ausdehnung des Spannringes auch bei hohem Luftdruck in der Luftfeder unterbindet. Dies ist ferner darauf zurückzuführen, dass der Schlauchrollbalg im Befestigungsbereich am Abrollkolben nicht ausschließlich zwischen dem Spannring und dem Abrollkolben verklemmt ist, sondern zusätzlich zwischen dem Vorsprung des Sicherungsringes und dem oberen Ende des zweiten Befestigungsbereiches. Die Klemmung in diesem Bereich ist einerseits darauf zurückzuführen, dass der Schlauchrollbalg den Vorsprung des Sicherungsringes umschlingt. Die Klemmung in diesem Bereich ist andererseits darauf zurückzuführen, dass durch den Vorsprung eine in Richtung des Abrollkolbens gerichtete Kraft entsteht, die sich mit einer Erhöhung des Luftdruckes in der Luftfeder vergrößert. Durch den Vorsprung wird also eine Klemmung geschaffen, die sich mit steigendem Luftdruck in der Luftfeder selbst verstärkt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Luftfeder keinen Endanschlag benötigt, der ein maximales Ausfedern der Luftfeder verhindert. Vielmehr wird ein maximales Ausfedern der Luftfeder aufgrund des Sicherungsringes möglich. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist schließlich darin zu sehen, dass der Abrollkolben durch den Teil des Sicherungsringes, der über den Abrollkolben hinausragt, verlängert wird. Hierbei kann das Maß der Verlängerung über die axiale Ausdehnung des Sicherungsringes eingestellt werden. Somit ist es möglich, einen standardisierten Abrollkolben mit unterschiedlich langen Sicherungsringen zu versehen, so dass unterschiedlich lange Abrollflächen für den Schlauchrollbalg entstehen. Dies erlaubt die Herstellung unterschiedlicher Luftfedern mit unterschiedlich langen Abrollflächen unter Verwendung eines Standardkolbens.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist der zweite Befestigungsbereich als Tiefbett mit einem kegelstumpfförmigen Querschnitt ausgebildet und weist einen nach radial außen gerichteten Kragen auf, der mit dem Vorsprung derart zusammenwirkt, dass der Schlauchrollbalg dazwischen verklemmt ist. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Verwendung eines Tiefbettes am Abrollkolben eine besonders feste Klemmung des Schlauchrollbalges zwischen Spannring und Abrollkolben erlaubt. Ein weiterer Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass zwischen dem nach außen gerichteten Kragen des Befestigungsbereiches und dem Sicherungsring eine feste zusätzliche Klemmung entsteht.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 schließt sich an den radial außen gerichteten Kragen des Tiefbettes ein nach radial innen gerichteter Kragen an, der parallel zu einer nach innen gerichteten Fläche des Vorsprunges verläuft. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der Klemmbereich zwischen dem zweiten Befestigungsbereich und dem Sicherungsring in seiner Fläche vergrößert ist. Ein weiterer Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass sich die Selbstverstärkung der Klemmung zwischen dem radial nach innen gerichteten Kragen und dem Vorsprung weiter verbessert, wenn die Luftfeder maximal ausgefedert ist und in der Luftfeder ein hoher Luftdruck herrscht.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 entspricht der Außendurchmesser des Sicherungsringes dem Außendurchmesser des Abrollkolbens. Hierbei ist der Abrollkolben vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der Sicherungsring und der Abrollkolben über ihre gesamte Länge eine Abrollfläche mit konstantem Außendurchmesser erzeugen, so dass die Rollfalte des Schlauchrollbalges besonders gut an dem Sicherungsring und dem Abrollkolben abrollen kann. Dies führt zu einer Federkennlinie mit einem gleichmäßigen Verlauf.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 entspricht der Außendurchmesser des Sicherungsringes an seinem unteren Ende dem Außendurchmesser des Abrollkolbens und nimmt zum oberen Ende hin zu. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Luftfeder bei nicht maximaler Ausfederung, bei der die Rollfalte des Schlauchrollbalges noch an der Mantelfläche des Sicherungsrings anliegt, eine große druckwirksame Fläche und damit eine hohe Tragkraft hat. Die hohe Tragkraft kann in der Luftfeder wird hierbei mit einem niedrigen Luftdruck erreicht.
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Gemäß einer Weiterbildung der Luftfeder nach Anspruch 6 ist der Außendurchmesser des ersten Befestigungsbereiches größer als der Außendurchmesser des zweiten Befestigungsbereiches. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass auch bei einer großen Ausfederung der Luftfeder durch den Luftdruck in der Luftfeder Kräfte erzeugt werden, die in Richtung des Abrollkolbens wirken und somit die Klemmung des Schlauchrollbalges zwischen dem Sicherungsring und dem zweiten Befestigungsbereich vergrößern.
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Der Spannring und der Sicherungsring können einteilig ausgebildet sein. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 sind der Spannring und der Sicherungsring jedoch als zwei Ringe ausgebildet und in axialer Richtung der Luftfeder relativ zueinander verschiebbar. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Verschiebbarkeit des Sicherungsringes zum Spannring eine sich selbst verstärkende Klemmung zwischen dem Sicherungsring und dem zweiten Befestigungsbereich ermöglicht.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 wird der Schlauchrollbalg im Klemmbereich zwischen dem zweiten Befestigungsbereich und dem Sicherungsring in seiner Dicke um 0% bis 30% reduziert. Hierbei erfolgt die Reduzierung der Dicke des Schlauchrollbalges in dem Maß, wie es der Schlauchrollbalg ohne Beschädigungen zulasst. Eine Reduzierung der Dicke des Schlauchrollbalges in dem genannten Maß ist aufgrund kompressibler Gewebeeinlagen, die in den Schlauchrollbalg eingearbeitet sind, möglich.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 9 sind der Spannring und der Sicherungsring aus einem einzigen Teil gefertigt. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der Spannring und der Sicherungsring in einem einzigen Verfahren gleichzeitig hergestellt werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt:
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1 eine Luftfeder im eingefederten Zustand,
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2 einen Ausschnitt aus der 1,
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3 eine Luftfeder im ausgefederten Zustand,
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4 einen Ausschnitt aus der 3.
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1 zeigt eine Luftfeder 2 im Querschnitt. Die Luftfeder 2 enthält einen Deckel 4 mit einem ersten Befestigungsbereich 6 und einem Abrollkolben 8, der an seinem oberen Ende einen zweiten Befestigungsbereich 10 aufweist (als oberes Ende des Abrollkolbens 8 wird das Ende des Abrollkolbens verstanden, das dem Deckel 4 der Luftfeder zugewandt ist. Diese Zuordnung wird auch für andere Bauteile verwendet, d. h. das obere Ende eines Bauteiles bezeichnet das Ende des Bauteiles, das dem Deckel 4 der Luftfeder zugewandt ist; dementsprechend wird als unteres Ende des Bauteils dasjenige Ende bezeichnet, das dem Deckel 4 der Luftfeder abgewandt ist). Darüber hinaus enthält die Luftfeder 2 einen Schlauchrollbalg 12, der im ersten Befestigungsbereich 6 an dem Deckel 4 und im zweiten Befestigungsbereich 10 an dem Abrollkolben 8 befestigt ist. Die Befestigung des Schlauchrollbalges 12 erfolgt in beiden Befestigungsbereichen 6, 10 in an sich bekannter Art und Weise jeweils mit Hilfe eines radial verpressten Spannringes 14, 16. Hierbei sind beide Befestigungsbereiche 6, 10 als Tiefbett mit einem kegelstumpfförmigen Querschnitt ausgebildet. Die Tiefe des jeweiligen Tiefbettes ist dabei so bemessen, dass der Spannring 14, 16 in radialer Richtung nicht oder nur zum Teil über den Kragen 18 des Tiefbettes am Deckel 4 bzw. über den Kragen 20 des Tiefbettes am Abrollkolben 8 hinausragt.
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Über die oben genannten Bestandteile hinaus enthält die Luftfeder 2 eine Ausfederunterstützung in Form eines Sicherungsringes 22, der den Spannring 16 umfasst. Der lichte Innendurchmesser des Sicherungsringes 22 entspricht im Bereich des Spannringes 16 dem Außendurchmesser des Spannringes 16. Der Sicherungsring 22 enthält einen Teil 24, der nach oben über den Abrollkolben 8 hinausragt und einen nach radial innen gerichteten Vorsprung 28 aufweist.
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Der 1 ist zu entnehmen, dass der Schlauchrollbalg 12 im eingefederten Zustand der Luftfeder 2 den Sicherungsring 22 komplett umschlingt (d. h. sowohl seine nach radial innen gerichtete Oberfläche als auch seine nach radial außen gerichtete Oberfläche; insbesondere wird auch den Vorsprung 28 umschlungen) und unter Ausbildung einer Rollfalte 26 auf dem Abrollkolben 8 abrollt. Während des Ausfederns der Luftfeder 2 bewegt sich die Rollfalte 26 nach oben. Die Rollfalte 26 des Schlauchrollbalges 12 rollt an der radial äußeren Oberfläche des Sicherungsringes 22 entlang, bevor sie in ihren maximal ausgefederten Zustand (siehe 3) übergeht. Die radial äußere Oberfläche des Sicherungsringes 22 wird also auch als Abrollfläche für die Rollfalte 26 genutzt. Bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Abrollkolben 8 (außerhalb des zweiten Befestigungsbereichs 10) als Zylinderrohr mit einem Außendurchmesser D ausgebildet. Der Sicherungsring 22 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel den gleichen Außendurchmesser D auf, so dass die gesamte Abrollfläche der Rollfalte 26 zylinderförmig ist.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus 1. Das obere Ende des zweiten Befestigungsbereiches 10 und der Vorsprung 28 wirken derart zusammen, dass der Schlauchrollbalg 12 zwischen dem oberen Ende des zweiten Befestigungsbereiches 10 und dem Sicherungsring 22 bzw. dem Vorsprung 28 eingeklemmt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt dies dadurch, dass der zweite Befestigungsbereich 10 als Tiefbett ausgebildet ist und einen nach radial außen gerichteten Kragen 20 aufweist. Der Vorsprung 28 weist an seinem unteren Ende eine nach radial innen gerichtete schräge Fläche 30 auf. Der Schlauchrollbalg 12 wird zwischen der Stirnfläche 32 des Kragens 20 und dem Sicherungsring 22 bzw. der schrägen Fläche 30 des Sicherungsringes 22 eingeklemmt. Hierbei wird der Schlauchrollbalg im gesamten Klemmbereich, d. h. zwischen dem Spannring 16 und dem zweiten Befestigungsbereich bzw. zwischen dem Kragen 20 und dem Sicherungsring 22, in seiner Dicke bevorzugt um 0% bis 30% reduziert.
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3 zeigt die in der 1 gezeigte Luftfeder im ausgefederten Zustand. Im ausgefederten Zustand weist die Luftfeder 2 keine Rollfalte mehr auf. Vielmehr hat sich der Schlauchrollbalg 12 komplett vom Abrollkolben 8 bzw. von dem Sicherungsring 22 abgehoben. Hierbei bildet der Schlauchrollbalg 12 die in der 3 gezeigte Form aus, da der Außendurchmesser D1 des ersten Befestigungsbereiches 6 größer ist als der Außendurchmesser D2 des zweiten Befestigungsbereiches 10. Dies hat zur Folge, dass der Schlauchrollbalg 12 auf der oberen Stirnfläche 34 des Sicherungsringes 22 aufliegt. Durch den hohen Luftdruck in der Luftfeder 2 wird daher auf die Stirnfläche 34 und auf die durch den Vorsprung 28 entstehende nach radial innen gerichtete Fläche 30 des Sicherungsringes 22 eine Kraft ausgeübt, die in Richtung des Abrollkolbens 8 wirkt. Durch diese Kraft wird der Sicherungsring 22 nach unten gedrückt und die Klemmung verstärkt. Hierbei können sich der Spannring 16 und der Sicherungsring 22 in axialer Richtung der Luftfeder relativ zueinander verschieben. Die Verschiebung des Sicherungsringes 22 nach unten kann solange erfolgen, bis das untere Ende des Sicherungsringes 22 auf der Schulter 36 des Abrollkolbens 8 aufsetzt. Durch die Verschiebung des Sicherungsringes 22 relativ zum Spannring 16 wird die Klemmung des Schlauchrollbalges 12 zwischen dem zweiten Befestigungsbereich 10 und dem Sicherungsring 22 verstärkt, die Klemmung ist also selbst verstärkend ausgebildet. Die Verstärkung der Klemmung nimmt mit zunehmendem Luftdruck in der Luftfeder 2 zu. Da der Luftdruck mit zunehmender Ausfederung der Luftfeder 2 ansteigt, ist die Selbstverstärkung der Klemmung umso größer, je stärker die Luftfeder ausgefedert ist. Eine weitere Sicherung des Schlauchrollbalges 12 findet dadurch statt, dass auch im ausgefederten Zustand der Luftfeder 2 der Vorsprung 28 des Sicherungsringes 22 noch umschlungen ist.
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4 zeigt einen Ausschnitt aus der in der 3 gezeigten Luftfeder, wobei der zweite Befestigungsbereich 10 und der Sicherungsring 22 folgende Änderungen aufweist. An den nach radial außen gerichteten Kragen 20 des zweiten Befestigungsbereichs 10 schließt sich ein nach radial innen gerichteter Kragen 38 an. Der nach radial innen gerichtete Kragen 38 verläuft parallel zu der nach radial innen gerichteten Fläche 30 des Sicherungsringes 22. Durch den nach radial innen gerichteten Kragen 38 wird erreicht, dass sich der Klemmbereich zwischen dem zweiten Befestigungsbereich 10 und dem Sicherungsring 22 um die nach radial außen gerichtete Fläche des Kragens 38 vergrößert, wodurch der Schlauchrollbalg 12 besser verklemmt ist. Der 4 ist ferner zu entnehmen, dass der Außendurchmesser des Sicherungsringes 22 an seinem unteren Ende dem Außendurchmesser des Abrollkolbens 8 entspricht und zum oberen Ende hin zunimmt. Dadurch wird erreicht, dass die Größe der druckwirksamen Fläche des Schlauchrollbalges während des Abrollen des Schlauchrollbalges an dem Sicherungsring 22 ungefähr erhalten bleibt und die Luftfeder 2 somit bei konstantem Innendruck immer die gleiche Tragkraft aufweist.
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Die Spannringe 14, 16 und der Sicherungsring 22 bestehen bevorzugt aus Metall. Alternativ können die Spannringe 14, 16 und/oder der Sicherungsring 22 auch aus Kunststoff bestehen und somit im Spritzgießverfahren hergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Luftfeder
- 4
- Deckel
- 6
- erster Befestigungsbereich
- 8
- Abrollkolben
- 10
- zweiter Befestigungsbereich
- 12
- Schlauchrollbalg
- 14
- Spannring
- 16
- Spannring
- 18
- Kragen
- 20
- Kragen
- 22
- Sicherungsring
- 24
- Teil
- 26
- Rollfalte
- 28
- Vorsprung
- 30
- Fläche
- 32
- Stirnfläche
- 34
- Stirnfläche
- 36
- Schulter
- 38
- Kragen
