DE102010026002A1

DE102010026002A1 - Luftfeder

Info

Publication number: DE102010026002A1
Application number: DE201010026002
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. Frey; Heinz-Peter Dipl.-Ing. Stiel; Joachim Dipl.-Ing. Wirtz
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Frey Joachim Dipl-Ing De; Stiel Heinz-Peter Dipl-Ing De; Wirtz Joachim Dipl-Ing De
Priority date: 2010-07-03
Filing date: 2010-07-03
Publication date: 2011-03-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten Anschluss (8) und einem zweiten Anschluss (10), wobei erster Anschluss (8) und zweiter Anschluss (10) zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem karosserieseitigen Teil und einem achsseitigen Teil vorgesehen sind, und einem zwischen erstem Anschluss (8) und zweitem Anschluss (10) angeordneten elastomeren Rollbalg (4), der einen Luftfederraum (6) einschließt, wobei wenigstens einer von erstem Anschluss und zweitem Anschluss als Abrollkolben (10) ausgebildet ist, entlang dessen der Rollbalg (4) beim Einfedern und Ausfedern abrollen kann, wobei wenigstens der andere von erstem Anschluss und zweitem Anschluss als elastisches Lager (8) ausgebildet ist. Zur Vereinfachung der Montage ist vorgesehen, dass das elastische Lager (8) ein Elastomerpolster (12) aufweist, welches radial außenliegend einen im Wesentlichen zylindrischen Rand hat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder, insbesondere für ein Kraftfahrzeug und insbesondere eine Luftfeder für ein Fahrwerk. Die Luftfeder weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf. Einer der Anschlüsse dient zur Herstellung einer Verbindung der Luftfeder mit einem karosserieseitigen Teil eines Fahrzeuges, der andere Anschluss zur Herstellung einer Verbindung mit achsseitigen Teil des Fahrzeuges.
Luftfedern, die zur Abstützung von PKW-Aufbauten dienen, werden von der Bewegung der Achsen neben der eigentlichen Druckkraft mit verschiedenen Zug- und Torsionsbelastung beaufschlagt. Diese Belastungen führen zu einer reduzierten Betriebsfestigkeit des Federbalges.
Aus DE 10 2004 033 199 A1 ist eine Luftfeder, insbesondere eine Kraftfahrzeugluftfeder, mit einem elastomeren Rollbalg bekannt, welcher einerseits an einem ersten Befestigungsteil und andererseits an einem zweiten Befestigungsteil jeweils luftdicht angebunden ist. Das erste Befestigungsteil ist als Abrollkolben ausgebildet, an dem der Rollbalg bei einer im wesentlichen axial ausgerichteten Federbewegung unter Ausbildung einer ersten Rollfalte abrollt. Das zweite Befestigungsteil ist zweiteilig aus einem Lagerteil und einem Zwischenteil aufgebaut, wobei das Lagerteil und das Zwischenteil luftdicht mit einem umlaufenden Federlagerring aus Elastomermaterial verbunden sind. Dabei ist der umlaufende Federlagerring als Konuslagerring ausgebildet, der im Querschnitt gesehen schräg gegenüber der Axialrichtung der Luftfeder um einen Anstellwinkel angestellt ist, sodass die Konusverjüngung des Konuslagerrings vom Rollbalg weggerichtet ist. Dies soll bewerkstelligen, dass das Zwischenteil gegenüber dem Lagerteil kardanisch bewegbar ist. Das Lager ist so dimensioniert, dass es in etwa dem Wirkdurchmesser der Luftfeder entspricht und deshalb keine Federkraft übertragen muss.
Die aus der in DE 10 2004 033 199 A1 bekannte Luftfeder muss aus fertigungstechnischen Gründen mehrteilig aufgebaut sein. Sie muss daher zusammengebaut und abgedichtet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Anzahl der Bauteile für ein Luftfederlager sowie den Montage- und Dichtungsaufwand zu verringern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Belastung des Federbalges im Betrieb zu reduzieren, um dessen Lebensdauer zu erhöhen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Luftfeder gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Luftfeder sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Luftfeder weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf. Einer der Anschlüsse dient zur Herstellung einer Verbindung der Luftfeder mit einem karosserieseitigen Teil eines Fahrzeuges, der andere Anschluss zur Herstellung einer Verbindung mit achsseitigen Teil des Fahrzeuges. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Kraftfahrzeug sein, sodass die erfindungsgemäße Luftfeder insbesondere eine Kraftfahrzeugluftfeder sein kann.
Zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss ist ein elastomerer Rollbalg angeordnet. Der Rollbalg schließt ein Luftvolumen ein, das einen Luftfederraum definiert. Beim Einleiten einer äußeren Kraft wird die Luft im Luftfederraum entsprechend der thermodynamischen Gesetze in Abhängigkeit vom Druck komprimiert, was zu einer Volumenverringerung im Rollbalg führt. Einer der Anschlüsse ist dementsprechend als Abrollkolben ausgebildet, entlang dessen der Rollbalg beim Einfedern und Ausfedern abrollen kann.
Da Luftfedern insbesondere bei Kraftfahrzeugen beim Ein- und Ausfedern axial tordiert werden, ist der andere Anschluss als elastisches Lager ausgebildet, welches Torsionskräfte aufnehmen kann und damit Torsionen des Rollbalgs verringert. Dies verringert materialermüdende Scherbelastungen im Rollbalg.
Im Rahmen der Erfindung weist das elastische Lager ein Elastomerpolster auf, welches tordierbar ist und somit die Torsionskräfte aufnehmen kann. Das elastische Lager gemäß der vorliegend beschriebenen Erfindung weist radial außenliegend einen im wesentlichen zylindrischen Rand auf. Auf diese Weise ist das elastische Lager einem Vulkanisierwerkzeug zugänglich und kann mit dem Vulkanisieren soweit fertiggestellt werden, dass eine aufwendige Montage des elastischen Lagers nach dem Vulkanisieren vermieden wird. Das Lager lässt sich auf diese Weise besser abdichten und kann insgesamt aufgrund des geringeren Abdichtaufwandes kostengünstiger hergestellt werden. Weiterhin werden mögliche Leckagequellen vermieden und das Bauteil wird robuster.
Gemäß einer ersten möglichen Weiterbildung kann das Elastomerpolster eine Stahleinlage aufweisen. Auf diese Weise lässt sich die Steifigkeit in radialer Richtung erhöhen. Desweiteren kann auf diese Weise der Einsatz unterschiedlicher Materialien für das Elastomerpolster ermöglicht werden und eine höhere Tordierbarkeit gegeben sein.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung kann das Elastomerpolster konisch oder zylindrisch ausgebildet sein. Die jeweils bevorzugte Geometrie des Elastomerpolsters wird vom Einsatzzweck bestimmt. Dadurch, dass das Elastomerpolster im Rahmen der vorliegenden Erfindung beide Geometrien aufweisen kann, ist die Erfindung vielfältig anwendbar.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung der Erfindung kann das Elastomerpolster derart dimensioniert sein, dass es einen Wirkdurchmesser der Luftfeder überdeckt, d. h. dass der innere Durchmesser des Elastomerpolsters kleiner, der äußere Durchmesser des Elastomerpolsters größer ist als der Wirkdurchmesser der Luftfeder.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung der Erfindung kann das das Elastomerpolster im elastischen Lager von zwei Bauteilen eingefasst sein, die im Wesentlichen gleiche Durchmesser haben, sodass eine Öffnung zum Elastomerpolster in radialer Richtung definiert wird. Dadurch kann die Zugänglichkeit für ein Vulkanisierwerkzeug weiter erhöht werden. Von Vorteil kann sein, wenn das Elastomerpolster einen ähnlichen Durchmesser aufweist, also nur geringfügig kleiner ist, bevorzugt zwischen 90% und 100% des Durchmessers der beiden Bauteile.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung weist das Elastomerpolster eine Torsionssteifigkeit zwischen 1 Nm/° und 10 Nm/° aufweist, bevorzugt 3 Nm/°, auf. Auf diese Weise kann der Rollbalg effektiv entlastet werden.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung kann das Elastomerpolster eine axiale Steifigkeit zwischen 6 KN/mm und 15 KN/mm aufweisen, bevorzugt ca. 8 KN/mm. Es hat sich überraschend gezeigt, dass diese Steifigkeit einen positiven Einfluss auf die Fahrwerksauslegung eines Fahrzeuges hat.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung kann das Elastomerpolster eine radiale Steifigkeit zwischen 1 KN/mm und 5 KN/mm aufweisen, bevorzugt 2 bis 4 KN/mm, besonders bevorzugt 3 KN/mm. Es hat sich überraschend gezeigt, dass diese Steifigkeit einen positiven Einfluss auf die Fahrwerksauslegung eines Fahrzeuges hat.
Durch geeignete Wahl von Ringbreite und Höhe des Elastomerpolsters lassen sich die Federraten des Lagers in den Raumrichtungen und um die Raumachsen so einstellen, das der Anschlußring des Luftfederbalgs aufgrund der angreifenden Kräfte nachgeben kann und so die Belastungen auf die im Luftfederbalg enthaltenen Fäden reduziert werden.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung kann das Elastomerpolster derart angeordnet sein, dass es im Einbauzustand der Luftfeder druckbelastet ist. Die Federvorspannung des Elastomerpolsters unterstützt dann die Bereitstellung der Torsionsfähigkeit.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung kann das Elastomerpolster in axialer Richtung innerhalb des Druckraums oder außerhalb des Druckraums angeordnet sein. Die jeweils bevorzugte Anordnung des Elastomerpolsters wird vom Einsatzzweck bestimmt. Dadurch, dass das Elastomerpolster im Rahmen der vorliegenden Erfindung beide Anordnungen aufweisen kann, ist die Erfindung vielfältig anwendbar.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung kann das elastische Lager einen Ausgleichsring aufweisen, der zwischen Rollbalg und Elastomerpolster angeordnet ist. Ein derartiger Ausgleichsring erleichtert den Anschluss des Rollbalgs.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigen schematisch:
1 eine erfindungsgemäße Luftfeder im Querschnitt gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine erfindungsgemäße Luftfeder im Querschnitt gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine erfindungsgemäße Luftfeder im Querschnitt gemäß einer dritten Ausführungsform;
4 eine erfindungsgemäße Luftfeder im Querschnitt gemäß einer vierten Ausführungsform;
5 eine erfindungsgemäße Luftfeder im Querschnitt gemäß einer fünften Ausführungsform;
6 eine erfindungsgemäße Luftfeder im Querschnitt gemäß einer sechsten Ausführungsform sowie
7 eine erfindungsgemäße Luftfeder im Querschnitt gemäß einer sechsten Ausführungsform.
In den nachfolgenden Figuren werden unterschiedliche bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Luftfedern gezeigt. Zur Vereinfachung werden gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die im Zusammenhang mit 1 erfolgende detaillierte Beschreibung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Luftfeder 2 lässt sich auf die weiteren beschriebenen Ausführungsformen übertragen, sofern nicht dort auf die jeweiligen Unterschiede hingewiesen wird.
Eine erfindungsgemäße Luftfeder 2 gemäß 1 weist einen Rollbalg 4 auf, der einen Luftfederraum 6 einschließt.
Der Rollbalg 4 ist einerseits an einem als erster Anschluss dienendes elastisches Lager 8 mittels einer Schelle 9 festgelegt. Andererseits ist der Rollbalg 4 an einem als Abrollkolben 10 ausgebildeten zweiten Anschluss mittels einer Schelle 11 festgelegt. Die Festlegung an dem elastischen Lager 8 und an dem Abrollkolben 10 ist jeweils luftdicht ausgeführt, sodass keine Luft über die jeweiligen Befestigungen entweichen kann.
Ausüben einer axialen Kraft auf die Luftfeder 4 führt aufgrund des abgeschlossenen Volumens des Luftfederraumes 6 und der geltenden physikalischen Rahmenbedingungen, vereinfacht der allgemeinen Gasgleichung, zu einer Kompression des Luftfederraumes 6. Dies hat zur Folge, dass der Rollbalg 4 beim Einfedern teilweise kollabiert.
An dem Abrollkolben 10 kann der kollabierende Rollbalg 2 bei einer im Wesentlichen axial ausgerichteten Federbewegung der Luftfeder 2 unter Ausbildung einer Rollfalte abrollen. Der Abrollbereich des Abrollkolbens 10 kann wie dargestellt im Wesentlichen zylindrisch sein, eine konusförmige Ausbildung oder eine komplexere Formgebung sind abhängig von den Anforderungen ebenfalls möglich.
Das elastische Lager 8 weist ein Elastomerpolster 12 auf, welches zwischen einem Anschlussstück 14 und einer Zentrierscheibe 16 angeordnet ist. Das Elastomerpolster 12 ist zylindrisch bzw. hohlzylindrisch ausgebildet. Das Elastomerpolster 12 ist hinsichtlich seiner Wirkung außerhalb des Federbereichs des Luftfederraumes 6 angeordnet. Dies wird dadurch erreicht, dass das Anschlussstück 14 in 1 zur Kraftaufnahme ausgebildet ist. Damit trägt das Elastomerpolster 12 im Wesentlichen nichts zur Federung bei, sondern dient vor allem zur Aufnahme von Torsionsbewegungen.
Das elastische Lager 8 und das Elastomerpolster 12 sind so ausgebildet, dass sie radial außenliegend offen sind. Erreicht wird dies dadurch, dass Anschlussstück 14 und Zentrierscheibe 16 ähnliche Durchmesser haben. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Bereich, in dem das Elastomerpolster 12 angeordnet ist, für ein Vulkanisierwerkzeug zugänglich ist und das Elastomerpolster 12 einvulkanisiert werden kann und mit Anschlussstück 14 und Zentrierscheibe 16 eine sehr robuste und luftdichte Verbindung eingeht. Das Elastomerpolster 12 hat einen ähnlichen Durchmesser wie Anschlussstück 14 und Zentrierscheibe 16.
Damit wird erreicht, dass das elastische Lager 8 zusammengebaut und anschließend eine Abdichtung durch Vulkanisieren erzielt werden kann. Aufwendige Dichtungen lassen sich mit der erfindungsgemäßen Luftfeder 2 vermeiden. Desweiteren wird die Stabilität der erfindungsgemäßen Luftfeder 2 erhöht.
Die Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet sich von 1 dadurch, dass in das Elastomerlager 12 eine Stahleinlage 18 eingebracht ist, die die Stabilität des Elastomerpolsters 12 erhöht.
In der Ausführungsform nach 3 ist das Elastomerpolster 12 konisch ausgebildet, jedoch weisen Zentrierscheibe 16 und Anschlussstück 14 im Bereich des Elastomerpolsters 12 gleiche Durchmesser auf.
Die Ausführungsform nach 4 entspricht im Wesentlichen der aus 3, wobei im Unterschied dazu in das Elastomerpolster 12 eine Stahleinlage 18 eingebracht ist, die die Stabilität des Elastomerpolsters 12 erhöht und den Einsatz unterschiedlicher Materialien für das Elastomerpolster ermöglichen.
Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen gemäß den 5 bis 7 ist das Elastomerpolster 12 ebenfalls in Reihe geschaltet, wobei sich die vorherrschenden Traganteile der Luftfeder 2 aufteilen. Das Elastomerpolster 12 wird daher durch die immanente Belastung vorgespannt, was sich positiv auf Dichtheit und Torsionsfähigkeit auswirken kann.
In der Ausführungsform nach 5 ist das Elastomerpolster 12 zylindrisch ausgebildet.
Die Ausführungsform nach 6 zeigt die erfindungsgemäße Luftfeder 2 in Einbaulage, bei der die Zentrierscheibe 16 topfartig ausgebildet ist und in einer karosserieseitigen Federaufnahme 20 angeordnet ist. Der Rollbalg 4 ist zum Schutz von einem Faltenbalg 22 umgeben, der den Rollbalg 4 vor mechanischer Beschädigung und Schmutz schützt.
Weiterhin ist es denkbar, dass das Lager 8 am Anschlussstück 14 angeordnet ist.
In der Ausführungsform nach 7 ist das Elastomerpolster 12 konisch ausgebildet, dennoch weisen Zentrierscheibe 16 und Anschlussstück 14 im Bereich des Elastomerpolsters 12 gleiche Durchmesser auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004033199 A1 [0003, 0004]

Claims

Luftfeder, insbesondere Luftfeder (2) für ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten Anschluss (8) und einem zweiten Anschluss (10), wobei erster Anschluss (8) und zweiter Anschluss (10) zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem karosserieseitigen Teil und einem achsseitigen Teil vorgesehen sind, und einem zwischen erstem Anschluss (8) und zweitem Anschluss (10) angeordneten elastomeren Rollbalg (4), der einen Luftfederraum (6) einschließt, wobei wenigstens einer von erstem Anschluss und zweitem Anschluss als Abrollkolben (10) ausgebildet ist, auf dem der Rollbalg (4) beim Einfedern und Ausfedern abrollen kann, wobei wenigstens der andere von erstem Anschluss und zweitem Anschluss als elastisches Lager (8) mit einem Elastomerpolster (12) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Lager (8) im Bereich des Elastomerpolsters (12) radial außenliegend einen im Wesentlichen zylindrischen Rand hat.
Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerpolster (12) eine Stahleinlage (18) aufweist.
Luftfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerpolster (12) konisch oder zylindrisch ausgebildet ist.
Luftfeder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerpolster (12) von zwei Bauteilen eingefasst ist, die im Wesentlichen gleiche Durchmesser haben.
Luftfeder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerpolster (12) vulkanisiert ist.
Luftfeder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerpolster (12) einen Wirkdurchmesser der Luftfeder (2) überdeckt.
Luftfeder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerpolster (12) eine Torsionssteifigkeit zwischen 1 Nm/° und 10 Nm/° aufweist, bevorzugt 3 Nm/° und/oder das Elastomerpolster (12) eine axiale Steifigkeit zwischen 6 KN/mm und 15 KN/mm aufweist, bevorzugt ca. 8 KN/mm, und/oder dass das Elastomerpolster (12) eine radiale Steifigkeit zwischen 1 KN/mm und 5 KN/mm aufweist, bevorzugt 2 bis 4 KN/mm, besonders bevorzugt 3 KN/mm.
Luftfeder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerpolster (12) derart angeordnet ist, dass es im Einbauzustand der Luftfeder (2) druckbelastet ist.
Luftfeder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerpolster (12) in axialer Richtung innerhalb des Druckraums (6) oder außerhalb des Druckraums (6) angeordnet ist.
Luftfeder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Lager (8) einen Ausgleichsring (14) aufweist, der zwischen Rollbalg (4) und Elastomerpolster (12) angeordnet ist.