DE102010043753A1

DE102010043753A1 - Balgfeder mit progressiver Federcharakteristik

Info

Publication number: DE102010043753A1
Application number: DE102010043753A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schuler; Klaus Stretz; Karin Sundermann; Hendrik MARQUAR; Michael Zutzmann; Josef Renn
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-11-12
Also published as: DE102010043753B4

Abstract

Balgfeder, umfassend einen Wellkörper, der aus einem axial elastischen Werkstoff besteht, wobei die Balgfeder mindestens ein Zusatzelement aufweist, das ab einem definierten Federweg der Balgfeder wirksam wird und deren Federrate erhöht. Das Zusatzelement wird von mindestens einem Ringelement gebildet, das in eine Welle des Wellkörpers eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft eine Balgfeder mit progressiver Federcharakteristik gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Für Fahrzeuge ohne Niveauregulierung wird in der Regel eine Schraubendruckfeder eingesetzt, die den Fahrzeugzeugaufbau abstützt. Vielfach besteht der Wunsch, die Federcharakteristik progressiv auszuführen, beispielsweise für eine große Zuladung.
Um diese Anforderung zu erfüllen ist es bereits aus der DE 25 09 934 A1 bekannt, eine Schraubendruckfeder mit einer Oberflächenbeschichtung auszuführen. Wenn die Federwindungen auf Block gehen, dann setzt die Elastizität der Beschichtung ein und sorgt für einen steilen Anstieg der Federkraftcharakteristik.
Ein ähnlicher Weg wird in der FR 1 046 237 A1 beschrieben. Abweichend wird keine Beschichtung eingesetzt, sondern eine spiralförmige Elastomerfeder, die ein Rinnenprofil zur Aufnahme der Spiralfeder aufweist.
Die DE 616 971 zeigt eine Feder, die einen Gummiblock aufweist, in dem eine Schraubendruckfeder eingebettet ist. Derartige Feder verfügen in der Regel nur über einen vergleichsweise kleinen Federweg.
Die DE 28 45 243 A1 betrifft einen Faltenbalg für ein Kolben-Zylinder-Aggregat. Der Faltenbalg soll bei Kompression eine zusätzliche Stützkraft erzeugen. Dabei ist die Wandung des Faltenbalgs außerhalb der Biegeradien verstärkt ausgeführt und bildet einen axial elastischen Block. Wie im Zusammenhang mit der 2 ausgeführt wird, soll der Faltenbalg im Bereich der Konstruktionslage keine Haltekräfte ausüben. Ein derartiger Faltenbalg lässt sich jedoch aufgrund der komplizierten Innenkontur nur schwer spritztechnisch herstellen, da die verstärkten Wandungsbereiche zu Hinterschneidungen führen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Balgfeder mit einer progressiven Federcharakteristik zu realisieren, bei der die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme behoben sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Zusatzelement von mindestens einem Ringelement gebildet wird, das in eine Welle des Wellkörpers eingreift.
Erst ab einem definierten Einfederungsweg wird das mindestens eine Zusatzelement wirksam. Es kann als separater Körper hergestellt und nach Bedarf eingesetzt werden, d. h. man kann eine Standardfeder vorsehen und diese Standardfeder durch Verwendung von mindestens einem Zusatzelement auf einen Anwendungsfall abstimmen.
Das Zusatzelement kann plastisch sein, um z. B. die nutzbare Federlänge der Standardfeder zu verkürzen. Alternativ kann Zusatzelement auch elastisch ausgeführt sein, um ab einem definierten Einfederungszustand die Federrate zu erhöhen.
Um die Montage mehrerer Zusatzelemente zeitlich abzukürzen kann vorgesehen sein, dass mehrere Zusatzelemente z. B. durch eine Hülse zu einer Baueinheit verbunden sind. Es liegt dann ein Schlauch mit einer Rippenaußenkontur vor.
Zusätzlich kann das Zusatzelement ein Querschnittsprofil aufweisen, das innerhalb einer Welle des Wellkörpers einen Freiraum zur Innenwandung der Welle begrenzt. Es bildet sich dann ein mit Luft gefüllter Raum, der ebenfalls die Federrate der Balgfeder beeinflusst.
Sofern das Zusatzelement einen Entlüftungskanal für den Freiraum aufweist, kann mit der Balgfeder je nach Abstimmung auch eine Dämpfwirkung erzielt werden.
Alternativ kann auch der Wellkörper einen Entlüftungskanal für den Freiraum aufweisen.
Bei einer weiteren Variante ist das Zusatzelement zwischen zwei axial beabstandeten Stützscheiben verspannt, die sich axial innerhalb des Wellkörpers abstützen. Das elastische Zusatzelement wird ab einem definierten Einfederungsweg zwischen den beiden Stützscheiben verspannt. Der große Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Zusatzelement keiner Anschlagfläche an einem Schwingungsdämpfer bedarf. Die Anschlagfläche wird von einer Stützscheibe bereitgestellt.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 Balgfeder mit mehrerer ringförmigen Zusatzelementen
2–4 Zusatzelemente mit einer verbindenden Hülse
5 Zusatzelement mit Stützscheiben
Die 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Balgfeder 1 in der Bauform eines Wellkörpers 3 aus einem elastischen Werkstoff, z. B. einem Kunststoff, der ggf. eine Armierung aufweisen kann. Als Armierung kann eine Kunststoff- oder auch eine Metalleinlage verwendet werden. Abweichend zu der dargestellten Ausführung kann der Wellkörper 3 unterschiedliche Durchmesser im Wellenprofil aufweisen, also einer Kegelform folgen oder Einschnürungen aufweisen. Die Darstellung gemäß 1 ist nur beispielhaft zu bewerten.
In mindestens einer Welle 5 der Balgfeder 1 ist innenseitig ein ringförmiges Zusatzelement 7 angeordnet. Damit ist das mindestens eine Zusatzelement 7 vor äußeren Einflüssen durch den Wellkörper 3 geschützt. Das Zusatzelement 7 ist in der Regel elastisch ausgeführt. Man kann jedoch auch starre Zusatzelemente 7 verwenden, um einen bestimmten Längenabschnitt der Balgfeder 1 von der Federwirkung abzukoppeln. Diese Maßnahme ist dann besonders interessant, wenn man eine Standardfeder im Hinblick auf den Federweg und die damit verbundenen Federrate auf verschiedene Anwendungsfälle anpassen will.
Um die Montage zu vereinfachen, können mehrere Zusatzelemente 7 über eine verbindende Hülse 9 zu einer Baueinheit zusammengefasst werden, wie in der rechten Schnitthälfte der 1 dargestellt ist.
Die 2 bis 4 zeigen eine Balgfeder 1 mit mehreren ringförmigen Zusatzelementen 7, die ebenfalls über eine Hülse 9 verbunden sind. Der Unterschied zur 1 besteht darin, dass das Zusatzelement 7 ein Querschnittsprofil aufweist, das innerhalb einer Welle 5 des Wellkörpers 3 zumindest im entspannten Zustand einen Freiraum 11 zur Innenwandung der Welle 5 begrenzt. Der Freiraum 11 ist mit Umgebungsluft gefüllt. Bei einer Federbewegung der Balgfeder 1 wird die Luft innerhalb des Freiraums 11 durch das in den Freiraum verdrängte Volumen des Zusatzelements 7 komprimiert, 3. Sofern das Zusatzelement einen Entlüftungskanal für den Freiraum aufweist, kann die Luft entweichen und übt je nach Ausgestaltung des Entlüftungskanals 13 eine Dämpf- oder Federwirkung aus. Alternativ kann auch der Wellkörper 3 einen Entlüftungskanal 13 für den Freiraum 11 aufweisen.
Die 5 zeigt eine Variante, bei der ein ringförmiges Zusatzelement 7 verwendet wird dessen Form vom Profil des Wellkörpers 3 weitgehend unabhängig sein kann. In der dargestellten beispielhaften Ausführung erstreckt sich das Zusatzelement 7 axial über mehrere Wellen 5 und ist axial zwischen zwei beabstandeten ringförmigen Stützscheiben 15 verspannt. Durchgangsöffnungen 17; 19 in dem Zusatzelement 7 und in den Stützscheiben 15 dienen der Durchführung einer nicht dargestellten Stange eines beliebigen Kolben-Zylinder-Aggregats. Die Stützscheiben 15 sind im Verhältnis zum Zusatzelement 7 starr anzusehen, können aber auch elastisch wie eine Tellerfeder sein. Zur leichteren Montage können die Stützscheiben radial geschlitzt und damit im Durchmesser reduzierbar sein.
Bei einer Federbewegung wird zuerst ein erster außerhalb von den Stützscheiben 15 abgegrenzter Längenabschnitt 21 des Wellkörpers 3 gestaucht. Sobald eine Federweggrenze des ersten Längenabschnitts 21 erreicht ist, wird bei weiterer Einfederung der Balgfeder 1 der Abstand zwischen den beiden Stützscheiben 15 verringert, wodurch das Zusatzelement 7 zusammengedrückt wird. Dadurch steigt die wirksame Federkraft der Balgfeder 1 deutlich an. Wie man aus der Darstellung entnehmen kann, benötigt das Zusatzelement 7 keine Anschlagfläche an einem äußeren Bauteil, z. B. einer Stirnfläche eines Kolben-Zylinder-Aggregats. Das Zusatzelement 7 bildet mit den Stützscheiben 15 eine unabhängige Feder
Bezugszeichenliste

1: Balgfeder
3: Wellkörper
5: Welle
7: Zusatzelement
9: Hülse
11: Freiraum
13: Entlüftungskanal
15: Stützscheiben
17; 19: Durchgangsöffnungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2509934 A1 [0003]
FR 1046237 A1 [0004]
DE 616971 [0005]
DE 2845243 A1 [0006]

Claims

Balgfeder (1), umfassend einen Wellkörper (3), der aus einem axial elastischen Werkstoff besteht, wobei die Balgfeder (1) mindestens ein Zusatzelement (7) aufweist, das ab einem definierten Federweg der Balgfeder (1) wirksam wird und deren Federrate erhöht, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement (7) von mindestens einem Ringelement gebildet wird, das in eine Welle (5) des Wellkörpers (3) eingreift.
Balgfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement (7) elastisch ausgeführt ist.
Balgfeder nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zusatzelemente (7) durch eine Hülse (9) zu einer Baueinheit verbunden sind.
Balgfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement ein Querschnittsprofil aufweist, das innerhalb einer Welle des Weltkörpers einen Freiraum zur Innenwandung der Welle begrenzt.
Balgfeder nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement (7) einen Entlüftungskanal (13) für den Freiraum (11) aufweist.
Balgfeder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellkörper (3) einen Entlüftungskanal (13) für den Freiraum (11) aufweist.
Balgfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement (7) zwischen zwei axial beabstandeten Stützscheiben (15) verspannt ist, die sich axial innerhalb des Wellkörpers (3) abstützen.