DE102010014559A1

DE102010014559A1 - Luftfeder

Info

Publication number: DE102010014559A1
Application number: DE102010014559A
Authority: DE
Inventors: Marco Willems
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-04-10
Filing date: 2010-04-10
Publication date: 2011-10-13
Also published as: WO2011124325A3; KR20130006688A; EP2558743A2; WO2011124325A2; CN102834640A; CN102834640B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder, insbesondere für gefederte Radaufhängungen von Kraftfahrzeugfahrwerken, mit einem einen Luftfederkolben (8) mit einem Luftfederdeckel (4) zu einer dichten Luftkammer (12) verbindenden zylindrischen Luftfederrollbalg (10) aus elastomerem Werkstoff, der sich unter Veränderung des Luftkammervolumens zwischen einem Niveau bei eingefedertem Luftfederkolben (8) und einem Niveau bei ausgefedertem Luftfederkolben (8) und unter Bildung einer Rollfalte mit seiner äußeren Mantelfläche luftfederkolbenseitig am Luftfederkolben (8) und luftfederdeckelseitig an einer Außenführung (14) abwälzt, wobei die Außenführung (14) einen Elastomerschlauch (16) mit einer Verstärkungseinlage aufweist. Die Außenführung (14) umfasst eine in den Elastomerschlauch (16) integrierte, bei eingefedertem Luftfederkolben auf Zug belastbare Spiralfeder und die ist sowohl mit dem Luftfederdeckel (4) als auch mit dem Luftfederboden (6) verbunden ist, wobei die axiale Baulänge der Außenführung (14) entsprechend der Federbewegung der Luftfeder (2) variabel ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder, insbesondere für gefederte Radaufhängungen von Kraftfahrzeugfahrwerken, mit einem, einen Luftfederkolben mit einem Luftfederdeckel zu einer dichten Luftkammer verbindenden zylindrischen Luftfederrollbalg aus elastomerem Werkstoff, der sich unter Veränderung des Luftkammervolumens zwischen einem Niveau bei eingefedertem Luftfederkolben und einem Niveau bei ausgefedertem Luftfederkolben und unter Bildung einer Rollfalte mit seiner äußeren Mantelfläche luftfederkolbenseitig am Luftfederkolben und luftfederdeckelseitig an einer Außenführung abwälzt, wobei die Außenführung einen Elastomerschlauch mit einer Verstärkungseinlage aufweist.
Luftfederbälge müssen die aus dem Innendruck resultierenden axialen und auch die radialen Kräfte aufnehmen. Für freistehende Luftfedern ohne Außenführung werden daher Gewebelagen in das Matrixmaterial, beispielsweise Elastomermaterial, der Außenführung eingebracht, die in einem Winkel zueinander stehen. Je flacher dieser Winkel ist, desto mehr radiale Kräfte kann der Luftfederbalg aufnehmen. Bei außen geführten Luftfedern wird eine axiale Fadenlage bevorzugt, die nur axiale Kräfte aufnehmen kann. Die radialen Kräfte werden hierbei durch eine Außenführung aufgenommen, wobei bei einem Axialfadenbalg die Fadenbewegung innerhalb des Matrixmaterials deutlich geringer ist, so dass die entstehende Harshness deutlich abnimmt.
Eine Luftfeder der eingangs genannten Art ist aus der DE 103 23 332 bekannt. Bei dieser Luftfeder ist nachteilig, dass zur axialen Verformung der Außenführung im Bereich der Konstruktionslage zusätzliche Arbeit zum Einfedervorgang aufgewendet werden muss, da Bereiche der Außenführung axial zusammengedrückt werden müssen. Da die Verstärkungseinlage keinen Beitrag zu einer Zugentlastung liefert, muss für diesen Zweck eine Zuganschlagfeder vorgesehen werden, die gewöhnlich innerhalb des Dämpfers verbaut wird.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder bereitzustellen, bei der die Arbeit, die die Außenführung beim Einfedervorgang aufbringen muss, auf ein Minimum herabgesetzt wird und eine in der Konstruktion einfachere Ausführung der Luftfeder erreicht wird.
Dazu ist die erfindungsgemäße Luftfeder dadurch gekennzeichnet, dass die Außenführung eine in den Elastomerschlauch integrierte, bei eingefedertem Luftfederkolben auf Zug belastbare Spiralfeder aufweist, und dass die Außenführung sowohl mit dem Luftfederdeckel als auch mit dem Luftfederboden verbunden ist, wobei die axiale Baulänge der Außenführung entsprechend der Federbewegung der Luftfeder variabel ist. Durch diese Ausgestaltung der Luftfeder wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die zur axialen Verformung der Außenführung im Bereich der Konstruktionslage aufzubringende Arbeit herabgesetzt wird, und dass gleichzeitig die Konstruktion durch Weglassen der üblichen Zuganschlagfeder vereinfacht wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftfeder ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Spiralfeder als auch der Elastomerschlauch unter Vorspannung in die Außenführung integriert sind, wobei die Vorspannung und die Federrate bzw. die Federsteifigkeit der Spiralfeder und die die Vorspannung und die Federrate bzw. die Federsteifigkeit des Elastomerschlauchs so gewählt sind, dass sich die Federraten der Spiralfeder und des Elastomerschlauches an einem zwischen dem Niveau bei eingefedertem Luftfederkolben und dem Niveau bei ausgefedertem Luftfederkolben liegenden Normalniveau um die Außenführung herum aufheben, wodurch das Ansprechverhalten der aus dem Elastomerschlauch und der Spiralfeder gebildeten Gesamtfeder deutlich verbessert wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftfeder ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Spiralfeder so gewählt ist, dass die Spiralfeder bei dem eingefederten Niveau des Luftfederkolbens auf Druck, bei ausgefederten Niveau des Luftfederkolbens auf Zug und bei dem Normalniveau des Luftfederkolbens auf Druck belastet ist, und dass die Vorspannung des Elastomerschlauches so gewählt ist, dass der Elastomerschlauch bei dem eingefederten Niveau des Luftfederkolbens ohne Vorspannung, bei ausgefederten Niveau des Luftfederkolbens auf Zug und bei dem Normalniveau des Luftfederkolbens auf Zug belastet ist. Diese Ausgestaltung sorgt in vorteilhafter Weise für eine weitere Herabsetzung der bei dem Einfedervorgang geleisteten Arbeit der Außenführung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftfeder ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerschlauch eine Elastomermatrix bildet, die eine glatte Oberfläche für das Abrollen des Luftfederrollbalgs bildet, so dass der Luftfederbalg eine verlängerte Lebensdauer erhält, weil die mechanische Beanspruchung bei den Federvorgängen herabgesetzt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftfeder ist dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfederrollbalg eine Axialfadenverstärkung aufweist. Da die reine Axialfadenverstärkung des Luftfederbalgs unter dem Gesichtspunkt der Harshness optimal ist, ist es ein Vorteil der erfindungsgemäßen Außenführung, dass eine derartige Ausgestaltung des Luftfederbalgs ermöglicht wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Luftfeder im ausgefederten Zustand;
2 zeigt eine schematische Darstellung der Außenführung und des Luftfederbalgs im ausgefederten Zustand, wobei die übrigen Teile der Luftfeder weggelassen sind;
3 zeigt die erfindungsgemäße Luftfeder im eingefederten Zustand;
4 zeigt Außenführung und den Luftfederbalg im eingefederten Zustand.
1 zeigt schematisch die wesentlichen Teile einer Luftfeder 2, die einen Luftfederdeckel 4 und einen Luftfederboden 6 aufweist, der im Falle einer Luftfeder 2 für eine Kraftfahrzeuganwendung mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist. An dem Luftfederboden 6 ist der Luftfederkolben 8 gelagert, der zusammen mit einem Luftfederbalg 10 eine volumenvariable Luftkammer 12 bildet.
Der Luftfederbalg 10 ist einerseits an dem Luftfederdeckel 4 und andererseits an dem innenseitigen Ende des Luftfederkolbens 8 befestigt. Der Luftfederbalg 10 ist durch eine Außenführung 14 radial nach außen abgestützt.
Die Außenführung 14 umfasst einen Elastomerschlauch 16 als Matrixmaterial sowie eine Spiralfeder 18, die in den Elastomerschlauch 16 integriert ist. Die Außenführung 14, die aus dem Elastomerschlauch 16 und der integrierten Spiralfeder besteht, ist sowohl mit dem Luftfederdeckel 4 als auch mit dem Luftfederboden 6 verbunden.
Sowohl die Spiralfeder 18 als auch der Elastomerschlauch sind unter Vorspannung in die Außenführung 14 integriert, wobei die Vorspannung und die Federrate der Spiralfeder 18 und die die Vorspannung und die Federraten des Elastomerschlauchs 16 so gewählt sind, dass sich die Federraten der Spiralfeder 18 und des Elastomerschlauches 16 an einem zwischen dem Niveau bei eingefedertem Luftfederkolben und dem Niveau bei ausgefedertem Luftfederkolben liegenden Normalniveau um die Außenführung 14 herum aufheben. Dabei ist die Vorspannung der Spiralfeder 18 so gewählt, dass die Spiralfeder bei dem eingefederten Niveau des Luftfederkolbens 8 auf Druck, bei ausgefederten Niveau des Luftfederkolbens 8 auf Zug und bei dem Normalniveau des Luftfederkolbens 8 auf Druck belastet ist. Ferner ist die Vorspannung des Elastomerschlauches 16 so gewählt, dass der Elastomerschlauch 16 bei dem eingefederten Niveau des Luftfederkolbens 8 ohne Vorspannung, bei ausgefederten Niveau des Luftfederkolbens 8 auf Zug und bei dem Normalniveau des Luftfederkolbens 8 auf Zug belastet ist.
Bei der Spiralfeder 18 handelt es sich um eine dünne Spiralfeder aus Kunststoff oder Metall mit niedriger Federsteifigkeit, und der Elastomerschlauch 16 besteht aus einer dünnen Elastomermatrix, so dass die Werte der Federsteifigkeit alle dem Elastomerschlauch 16 und der Spiralfeder 18 aufeinander entsprechend abgestimmt werden können.
Da der Elastomerschlauch 16 als Elastomermatrix ausgebildet ist, bietet der Elastomerschlauch 16 auf seiner Innenseite eine glatte Oberfläche für das abrollen des Luftfederbalgs 10.
In der schematischen Darstellung von 2 ist die Spiralfeder 18 in dem Elastomerschlauch 16 deutlich erkennbar dargestellt. Der Luftfederrollbalg 10 hat eine reine Axialfadenstruktur, die jedoch in der Draufsicht von 2 nicht dargestellt ist.
Die 3 und 4 zeigen die Luftfeder 2 nach 1 bzw. die schematische Darstellung nach 2 bei dem eingefederten Zustand der Luftfeder 2. Aus dem Vergleich der 1 und 3 ist ersichtlich, dass die axiale Baulänge der Außenführung 14 entsprechend der Federbewegung der Luftfeder 2 bzw. des Luftfederkolbens 8 variabel ist. Die axiale Baulänge der Außenführung 14 ist in 1 deutlich länger als in 3, und die Längendifferenz wird durch den Elastomerschlauch 16 und die Spiralfeder 18 gemeinsam aufgenommen.
Beim Einfedern der Luftfeder 2 werden die Abstände der einzelnen Spiralwindungen der Spiralfeder 18 dichter zueinander bewegt, und das dazwischenliegende Elastomermaterial wird entsprechend zusammengedrückt. Beim Ausfedern vergrößert sich der Abstand zwischen den einzelnen Windungen der Spiralfeder 18, und das Elastomermaterial des Elastomerschlauchs 16 wird gedehnt. Durch die Wahl der Federkonstanten der beiden Materialien der Außenführung 14 kann der Kraftaufwand, um die axiale Baulänge der Außenführung zu variieren, auf ein Minimum herabgesetzt werden.
Bezugszeichenliste

2: Luftfeder
4: Luftfederdeckel
6: Luftfederboden
8: Luftfederkolben
10: Luftfederbalg
12: Luftkammer
14: Außenführung
16: Elastomerschlauch
18: Spiralfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10323332 [0003]

Claims

Luftfeder, insbesondere für gefederte Radaufhängungen von Kraftfahrzeugfahrwerken, mit einem, einen Luftfederkolben (8) mit einem Luftfederdeckel (4) zu einer dichten Luftkammer (12) verbindenden zylindrischen Luftfederrollbalg (10) aus elastomerem Werkstoff, der sich unter Veränderung des Luftkammervolumens zwischen einem Niveau bei eingefedertem Luftfederkolben und einem Niveau bei ausgefedertem Luftfederkolben und unter Bildung einer Rollfalte mit seiner äußeren Mantelfläche luftfederkolbenseitig am Luftfederkolben (8) und luftfederdeckelseitig an einer Außenführung (14) abwälzt, wobei die Außenführung (14) einen Elastomerschlauch (16) mit einer Verstärkungseinlage aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenführung (14) eine in den Elastomerschlauch (16) integrierte, bei eingefedertem Luftfederkolben auf Zug belastbare Spiralfeder aufweist, und dass die Außenführung (14) sowohl mit dem Luftfederdeckel (4) als auch mit dem Luftfederboden (6) verbunden ist, wobei die axiale Baulänge der Außenführung (14) entsprechend der Federbewegung der Luftfeder (2) variabel ist.
Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Spiralfeder (18) als auch der Elastomerschlauch unter Vorspannung in die Außenführung (14) integriert sind, wobei die Vorspannung und die Federrate der Spiralfeder (18) und die die Vorspannung und die Federraten des Elastomerschlauchs (16) so gewählt sind, dass sich die Federraten der Spiralfeder (18) und des Elastomerschlauches (16) an einem zwischen dem Niveau bei eingefedertem Luftfederkolben (8) und dem Niveau bei ausgefedertem Luftfederkolben (8) liegenden Normalniveau um die Außenführung (14) herum aufheben.
Luftfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Spiralfeder (18) so gewählt ist, dass die Spiralfeder bei dem eingefederten Niveau des Luftfederkolbens (8) auf Druck, bei ausgefederten Niveau des Luftfederkolbens (8) auf Zug und bei dem Normalniveau des Luftfederkolbens (8) auf Druck belastet ist, und dass die Vorspannung des Elastomerschlauches (16) so gewählt ist, dass der Elastomerschlauch (16) bei dem eingefederten Niveau des Luftfederkolbens (8) ohne Vorspannung, bei ausgefederten Niveau des Luftfederkolbens (8) auf Zug und bei dem Normalniveau des Luftfederkolbens (8) auf Zug belastet ist.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerschlauch (16) eine Elastomermatrix bildet, die eine glatte Oberfläche für das Abrollen des Luftfederrollbalgs (10) bildet.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfederrollbalg (10) eine Axialfadenverstärkung aufweist.