DE102011115986A1

DE102011115986A1 - Luftfeder für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011115986A1
Application number: DE102011115986A
Authority: DE
Inventors: Marco Willems
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2013-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Befestigungsteil (12), ein axial beabstandet zum ersten Befestigungsteil (12) angeordneter, als Hohlkörper ausgebildeter Abrollkolben (14), einen Rollbalg (18), der unter Bildung einer Rollfalte (16) mit seinen Enden fest am Befestigungsteil (12) und Abrollkolben (14) festgelegt ist, sowie einen zwischen dem Befestigungsteil (12), Abrollkolben (14) und dem Rollbalg (18) ausgebildeten volumenvariablen Luftfederraum (22). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Abrollkolben (14) ein den Luftfederraum (22) fluiddicht begrenzendes Trennelement (20, 26) angeordnet ist, über das bei Erreichen eines im Luftfederraum (22) herrschenden, vorbestimmten Druckes (p1) – Grenzdruck – eine Volumenveränderung des Luftfederraums (22) erfolgt, wobei der Grenzdruck (p1) größer als ein um einen gewählten Arbeitspunkt der Luftfeder (10) im Luftfederraum (22) herrschende Arbeitsdruck (p2) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder für ein Kraftfahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
Bekanntlich basiert die Federwirkung einer Luftfeder auf der Komprimierung von Luft in einem abgeschlossenen Luftvolumen. Durch ein Abrollen eines Elastomerbalges auf einem Abrollkolben wird das Volumen während des Einfedervorgangs verkleinert, der Druck steigt an, was in Kombination mit der wirksamen Fläche der Luftfeder zu einer Federkraft führt.
Es ist weiterhin bekannt, dass die Federcharakteristik einer Luftfeder u. a. vom wirksamen Luftfedervolumen abhängig ist, nämlich je größer das Luftfedervolumen der Luftfeder, desto geringer ist der Anstieg der Federrate über den Federweg.
Die DE 10 2004 011 466 A1 offenbart eine Luftfeder deren Luftfederraumvolumen bedarfsweise mittels eines Zusatzvolumen veränderbar ist. Hierzu ist das Zusatzvolumen über eine Verbindung, die ein dynamisches Ventilsystem umfasst, mit der Luftkammer verbunden. Als nachteilig erweist sich hierbei, dass das Ventilsystem eine aufwendige Regelung benötigt und zudem aufgrund der Durchströmung des Ventilsystems Drosselverluste zu verzeichnen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Luftfeder gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass unter Vermeidung der genannten Nachteile eine vereinfachte Einstellung der Federhärte über eine Volumenänderung ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
In bekannter Art und Weise umfasst die Luftfeder für ein Kraftfahrzeug einen Rollbalg der unter Bildung einer Rollfalte mit seinen Enden an einem Befestigungsteil sowie einem axial beabstandet zum Befestigungsteil angeordneten, als Hohlkörper ausgebildeter Abrollkolben festgelegt ist. Zwischen dem Befestigungsteil, dem Abrollkolben und dem Rollbalg ist ein volumenvariabler Luftfederraum ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist in dem Abrollkolben ein den Luftfederraum fluiddicht begrenzendes Trennelement angeordnet, über das bei Erreichen eines im Luftfederraum herrschenden, vorbestimmten Druckes, nachfolgend als Grenzdruck bezeichnet, eine Volumenveränderung des Luftfederraums erfolgt. Hierbei ist der zu wählende Grenzdruck deutlich größer als ein um einen Arbeitspunkt der Luftfeder im Luftfederraum herrschende Arbeitsdruck. Unter dem Begriff Arbeitspunkt bzw. Betriebspunkt der Luftfeder ist nachfolgend zu verstehen, dass sich die im Kraftfahrzeug eingebaute Luftfeder in ”Neutralstellung”, d. h. weder im eingefederten noch im ausgefederten Zustand, befindet. Ein Ein- bzw. Ausfedern der Luftfeder bedingt somit eine Druckerhöhung bzw. eine Druckverminderung des im Luftfederraum herrschenden Arbeitsdruckes.
Die erfindungsgemäße Luftfeder erweist sich als vorteilhaft, da nunmehr die Volumenveränderung in Abhängigkeit des sich beim Ein-/Ausfedern ändernden Arbeitsdruckes im Luftfederraum erfolgt. Aufgrund dieser druckgesteuerten Volumenveränderung ist eine weiterführende aufwendig Regelung/Steuerung nicht mehr erforderlich. Weiterhin ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein ”Überströmen” von Luft nicht mehr erforderlich, da nunmehr erfindungsgemäß bei Erreichen des Grenzdruckes ein kontinuierlich wachsendes Luftvolumen – Einfedervorgang – bzw. ein kontinuierlich abnehmendes Luftvolumen – Ausfedern – innerhalb der Luftfeder zur Verfügung gestellt ist.
Somit wird bei der erfindungsgemäßen Luftfeder durch eine druckgesteuerte Volumenänderung die Grundfederrate der Luftfeder um den Betriebspunkt durch ein kleines Zusatzvolumen angehoben. Das freigegebene Volumen ist dabei direkt vom in der Luftfeder wirkenden Druck abhängig. Durch das dadurch größere Arbeitsvolumen der Luftfeder bei höheren Drücken als im Arbeitspunkt, werden die dynamischen Spitzendrücke reduziert und die Progression in der Kennlinie der Luftfeder reduziert.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das Trennelement als eine dehnbare, fluiddichte Membran ausgebildet, über die ein vom Luftfederraum abgekoppeltes, von dem Abrollkolben und der Membran begrenztes Zusatzvolumen gebildet ist. Das Zusatzvolumen ist mit einem Ausgangdruck beaufschlagt, der dem vorbestimmten Grenzdruck entspricht. Diese Ausführungsform erweist sich als vorteilhaft, da die Membran hinsichtlich Leichtbau optimale Eigenschaften zeigt. Die Eigenschaftsverbesserung kann auf diesem Wege mit wenig Mehrgewicht des Luftfedermoduls erreicht werden.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist das Trennelement als ein fluiddicht und axial verschiebbar im Abrollkolben gelagerter Trennkolben ausgebildet, der durch ein Federelement vorgespannt und über einen Endanschlag in axialer Richtung gehalten ist. Der Trennkolben ist hierbei über das Federelement mit einer Vorspannkraft vorgespannt ist, die einer bei Grenzdruck im Arbeitsvolumen herrschenden, aus dem Grenzdruck resultierenden Druckkraft entspricht. Bei dieser Ausführungsform erweist sich als vorteilhaft, dass sich über das Federelement der Gegendruck, ab welchem die Volumenänderung einsetzt, einfach einstellen lässt.
Vorzugsweise ist hierbei das Federelement als eine Spiralfeder ausgebildet. Aufgrund ihrer kompakten Bauform ist durch die Verwendung von Spiralfedern als Federelement eine bauraumsparende Konstruktion ermöglicht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
In der Zeichnung bedeutet:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Luftfeder, und
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Luftfeder.
In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich oder sinnvoll ist.
1 zeigt eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Luftfeder.
Die Luftfeder 10 weist ein erstes Befestigungsteil 12 sowie einen axial beabstandet zum Befestigungsteil 12 angeordneten, als Hohlkörper ausgebildeten Abrollkolben 14 auf. Unter Bildung einer Rollfalte 16 ist ein Rollbalg 18 mit seinen Enden am ersten Befestigungsteil 12 und Abrollkolben 14 befestigt. Beim Ein- bzw. Ausfedern rollt der Rollbalg 16 an der äußeren Mantelfläche des Abrollkolbens 14 ab.
Wie 1 weiter zu entnehmen ist, ist im Innern des Abrollkolbens 14 eine dehnbare Membran 20 angeordnet. Die Membran 20 ist fluiddicht ausgebildet, so dass die Luftfeder 10 einen durch das Befestigungsteil 12, den Rollbalg 18, den Abrollkolben 14 sowie die Membran 20 begrenzten Luftfederraum 22 und ein durch die Membran 20 sowie den Abrollkolben 14 begrenztes Zusatzvolumen 24 aufweist.
Das Zusatzvolumen 24 ist mit einem Ausgangsdruck p₃ beaufschlagt, der um ein vielfaches größer ist, als der Arbeitsdruck p₂ der Luftfeder 10 im Luftfederraum 22 um den gewählten Betriebspunkt, vgl. obere gestrichelte Darstellung der Membran 20. Der gewählte Ausgangsdruck p₃ des Zusatzvolumens 24 entspricht einem vorher festgelegten Grenzdruck p₁, ab dem eine kontinuierliche Volumenzunahme des Luftfederraums 22 stattfinden soll.
Während des Einfedervorgangs steigt der Druck im Luftfederraum 22 durch die Volumenreduzierung basierend auf dem Abrollen des Rollbalgs 18 auf dem Abrollkolben 14 an. Bei Erreichen des vorher festgelegten Grenzdrucks p₁ im Luftfederraum 22 wird das Zusatzvolumen 24 durch den steigenden Druck komprimiert und die Membran 20 weicht zurück, vgl. zweite und dritte Darstellung der Membran. Somit wird das effektive Volumen des Luftfederraums 22 vergrößert und die Progression in der Kennlinie der Luftfederrate reduziert.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Innern des Abrollkolbens 14 ein Trennkolben 26 fluiddicht und axial verschiebbar angeordnet. Der Trennkolben 26 ist durch eine Spiralfeder 28 vorgespannt und über einen Endanschlag 30 in axiale Richtung gehalten.
Die Vorspannkraft F_V entspricht dabei der bei Grenzdruck p₁ im Luftfederraum 22 herrschenden, aus dem Grenzdruck resultierenden Druckkraft F_D.
Steigt nun durch ein Einfedervorgang der Druck im Luftferraum 22 über den Grenzdruck p₁, wird der Trennkolben 26 zurückgedrängt. Als Folge davon vergrößert sich das effektive Volumen des Luftfederraums 22, was wiederum die gewünschte Reduktion der Progression in der Kennlinie der Luftfederrate bedingt.
Bezugszeichenliste

10: Luftfeder
12: Befestigungsteil
14: Abrollkolben
16: Rollfalte
18: Rollbalg
20: Membran
22: Luftfederraum
24: Zusatzvolumen
26: Trennkolben
28: Federelement/Spiralfeder
30: Endanschlag

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 102004011466 A1 [0004]

Claims

Luftfeder (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend – ein Befestigungsteil (12); – ein axial beabstandet zum ersten Befestigungsteil (12) angeordneter, als Hohlkörper ausgebildeter Abrollkolben (14); – einen Rollbalg (18), der unter Bildung einer Rollfalte (16) mit seinen Enden fest am Befestigungsteil (12) und Abrollkolben (14) festgelegt ist, sowie – einen zwischen dem Befestigungsteil (12), Abrollkolben (14) und dem Rollbalg (18) ausgebildeten volumenvariablen Luftfederraum (22), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abrollkolben (14) ein den Luftfederraum (22) fluiddicht begrenzendes Trennelement (20, 26) angeordnet ist, über das bei Erreichen eines im Luftfederraum (22) herrschenden, vorbestimmten Druckes (p₁) – Grenzdruck – eine Volumenveränderung des Luftfederraums (22) erfolgt, wobei der Grenzdruck (p₁) größer als ein um einen gewählten Arbeitspunkt der Luftfeder (10) im Luftfederraum (22) herrschende Arbeitsdruck (p₂) ist.
Luftfeder (10) nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement als eine dehnbare, fluiddichte Membran (20) ausgebildet ist, über die ein vom Luftfederraum (22) abgekoppeltes, von dem Abrollkolben (14) und der Membran (20) begrenztes Zusatzvolumen (24) gebildet ist, wobei das Zusatzvolumen (24) mit einem dein Grenzdruck (p₁) entsprechenden Ausgangsdruck (p₃) beaufschlagt ist.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement als ein fluiddicht und axial verschiebbar im Abrollkolben (14) gelagerter Trennkolben (26) ausgebildet ist, der durch ein Federelement (28) vorgespannt und über ein Endanschlag (30) in axiale Richtung (a) gehalten ist, wobei der Trennkolben (26) über das Federelement (28) mit einer Vorspannkraft (F_V) vorgespannt ist, die einer bei Grenzdruck (p₁) im Luftfederraum (22) herrschenden, aus dem Grenzdruck (p₁) resultierenden Druckkraft (F_D) entspricht.
Luftfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement als eine Spiralfeder (28) ausgebildet ist.