DE102015007743A1

DE102015007743A1 - Schublager und druckluftbeaufschlagter Stoßdämpfer

Info

Publication number: DE102015007743A1
Application number: DE102015007743.0A
Authority: DE
Inventors: Joszef Kondor; Daniela Hadwiger
Original assignee: Anvis Deutschland GmbH
Current assignee: Anvis Deutschland GmbH
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2035-06-18
Also published as: US20160369839A1; CN106257072A; CN106257072B; US9829036B2; DE102015007743B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schublager sowie einen druckluftbeaufschlagten Stoßdämpfer, das Schublager aufweisend: eine Innenhülse; eine Außenhülse; und einen Elastomerkörper, welcher die Innenhülse und die Außenhülse verbindet und konfiguriert ist, einen druckluftbeaufschlagbaren Raum des Stoßdämpfers zu begrenzen, wobei der Elastomerkörper als Konusfeder ausgebildet ist, die sich zwischen einem Innenhülsenanschlussbereich der Innenhülse und einem Außenhülsenanschlussbereich der Außenhülse erstreckt, und wobei die Innenhülse und/oder die Außenhülse an bzw. nahe einem axialen Endabschnitt des Innenhülsenanschlussbereichs und/oder des Außenhülsenanschlussbereichs einen radial vorspringenden Abstützvorsprung zum Abstützen des Elastomerkörpers in Axialrichtung aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schublager für druckluftbeaufschlagte Stoßdämpfer und einen druckluftbeaufschlagten Stoßdämpfer.
Luftfederbeine werden in Fahrzeugen zur Abfederung von Bodenunebenheiten und zur Dämpfung der durch die Bodenunebenheiten verursachten Schwingungen bzw. Vibrationen eingesetzt. Bei den Luftfederbeinen erstreckt sich die Dämpferstange durch den Luftfederraum des Luftfederbalgs, und der Luftfederraum wird fahrzeugseitig mittels einer Dämpferkopf-Lagerung bzw. Dämpferkopf-Dichtung begrenzt und abgedichtet. Die Verbindung des Luftfederbeins an den Fahrzeugaufbau erfolgt über die Dämpferkopf-Lagerung.
Die Dämpferkopf-Lagerung hat insbesondere die Funktion, den Luftfederraum, insbesondere im Bereich des Durchtritts der Kolbenstange durch den Federkopfflansch mit Dämpferlager, luftdicht abzudichten und zugleich axiale und radiale Kräfte von der Dämpferstange federnd und dämpfend aufzunehmen und über das Lagergehäuse an den Fahrzeugaufbau weiterzuleiten. Hierzu werden in der Dämpferkopf-Lagerung Elastomerbauteile eingesetzt.
Die Dichtfunktion kann in der Dämpferkopf-Lagerung integriert sein, d. h. die Dämpferstangenabstützung und die Abdichtung kann in einem Teil realisiert sein. Bei diesem Konzept ergibt sich durch das hierzu erforderliche Design jedoch eine sehr starke Beeinflussung der Lagereigenschaften durch den im Federbein vorhandenen und durch die Fahrtbedingungen stark schwankenden Luftdruck, was unvorteilhaft ist.
Alternativ kann die Dichtfunktion vor oder nach dem eigentlichen Stützlager (Axiallager) hauptsächlich durch ein Schublager realisiert werden, welches jedoch bedingt durch die hohen abzudichtenden Luftdrücke (bis über 20 bar) eine hohe radiale Steifigkeit aufweist. Wegen der hohen radialen Steifigkeit des Schublagers können durch die Anordnung des Schublagers im System Querkräfte auf die Dämpferstange des Stoßdämpfers bei kardanischen Belastungen erzeugt werden. Damit werden nicht nur die Dämpfungseigenschaften des Dämpfers negativ beeinflusst sondern auch seine Dauerlaufeigenschaften herabgesetzt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schublager für einen druckluftbeaufschlagten Stoßdämpfer bereitzustellen, welches den Luftfederraum geeignet, insbesondere möglichst luftdicht, abdichtet und dabei eine geringe radiale Steifigkeit aufweist, sowie einen verbesserten druckluftbeaufschlagten Stoßdämpfer mit einem solchen Schublager bereitszustellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird ein Schublager für einen druckluftbeaufschlagten Stoßdämpfer bereitgestellt, aufweisend: eine Innenhülse; eine Außenhülse; und einen Elastomerkörper, welcher die Innenhülse und die Außenhülse verbindet und konfiguriert ist, einen druckluftbeaufschlagbaren Raum des Stoßdämpfers zu begrenzen. Der Elastomerkörper ist als Konusfeder ausgebildet, die sich zwischen einem Innenhülsenanschlussbereich der Innenhülse und einem Außenhülsenanschlussbereich der Außenhülse erstreckt. Die Innenhülse und/oder die Außenhülse weist an bzw. nahe einem axialen Endabschnitt des Innenhülsenanschlussbereichs und/oder des Außenhülsenanschlussbereichs einen radial vorspringenden Abstützvorsprung zum Abstützen des Elastomerkörpers in Axialrichtung auf.
Bei dem Schublager handelt es sich insbesondere um ein Schublager für eine Dämpferkopf-Lagerung bzw. Dämpferkopf-Dichtung eines druckluftbeaufschlagten Stoßdämpfers bzw. eines Luftfederbeins. Das Schublager kann ringförmig ausgebildet sein, so dass es zwischen einer Dämpferstange des Stoßdämpfers und einem Lagergehäuse bzw. Lagerdeckel der Dämpferkopf-Lagerung angeordnet werden kann (montierter Zustand) und radiale Kräfte von der Dämpferstange federnd und/oder gedämpft an das Lagergehäuse weiterleiten kann. Die Größe des Schublagers ist nicht beschränkt und ist abhängig von der Größe des druckluftbeaufschlagten Stoßdämpfers. Das Schublager kann beispielsweise eine axiale Länge von etwa 40 mm bis etwa 60 mm aufweisen. Es sind jedoch auch größere axiale Längen denkbar. Der Durchmesser des Schublagers kann beispielsweise etwa 45 mm bis etwa 75 mm aufweisen.
Die Innenhülse kann eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen, wobei der Innendurchmesser der Innenhülse groß genug dimensioniert ist, dass ein hierfür vorgesehener Abschnitt der Dämpferstange durch die Innenhülse geführt werden kann. Falls die Innenhülse einen Abstützvorsprung aufweist, weicht die Form in dem Bereich des Abstützvorsprungs von der zylindrischen Form vorzugsweise ab. Insbesondere kann sich der Außendurchmesser der Innenhülse im Bereich des Abstützvorsprungs kontinuierlich und/oder stufenweise zu einem axialen Ende der Innenhülse hin vergrößern. Der Innendurchmesser der Innenhülse kann im Bereich des Abstützvorsprungs konstant sein. Die Innenhülse hat insbesondere die Funktion, die radialen Kräfte von der Dämpferstange gleichmäßig in den Elastomerkörper einzuleiten. Vorzugsweise stellt die Innenhülse die nötige axiale Steifigkeit des Schublagers bereit, so dass dieses zwischen einer Innenhülse eines Axiallagers und einer Auflagekante der Dämpferstange verspannt bzw. geklemmt werden kann, um axiale Kräfte von der Dämpferstange im Wesentlichen ungefedert und/oder ungedämpft an das Axiallager weiterzuleiten. Die Innenhülse ist daher vorzugsweise aus Metall, besonders bevorzugt aus hochfestem Stahl, ausgebildet. Ferner erstreckt sich die Innenhülse vorzugsweise über die im Wesentlichen gesamte axiale Länge des Schublagers, und/oder die axialen Stirnflächen der Innenhülse sind vorzugsweise frei von weiterem (insbesondere elastomerem) Material. Um die Dichtfunktion zu verbessern kann jedoch auch elastomeres Material vorzugsweise umlaufend an einer axialen Stirnfläche der Innenhülse vorgesehen sein, insbesondere angespritzt sein. Die Innenhülse kann eine Materialstärke von etwa 1,5 bis etwa 10 mm, vorzugsweise eine Materialstärke von etwa 2 mm bis etwa 8 mm, besonders bevorzugt eine Materialstärke von etwa 2 mm bis etwa 6 mm aufweisen.
Die Innenfläche der Innenhülse kann ausgebildet sein, um direkt, oder mit elastomerem Material dazwischen, an der Außenfläche der Dämpferstange anzuliegen. Die Innenfläche der Innenhülse kann frei von elastomerem Material sein. Die Innenfläche der Innenhülse kann einen Aufnahmebereich für einen O-Ring aufweisen, wie beispielsweise eine umlaufende Aufnahmerille, insbesondere wenn keine Dichtungsgeometrie an der Innenhülse ausgebildet ist.
Die Außenhülse kann zumindest teilweise eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen, wobei die Außenhülse im Wesentlichen koaxial zu der Innenhülse angeordnet ist. Falls die Außenhülse einen Abstützvorsprung aufweist, weicht die Form in dem Bereich des Abstützvorsprungs von der zylindrischen Form ab. Die Außenhülse hat insbesondere die Funktion, die radialen Kräfte von der Innenhülse über den Elastomerkörper gleichmäßig an das Lagergehäuse weiterzuleiten. Ferner kann die Außenhülse zur axialen Steifigkeit des Schublagers beitragen. Die Festigkeitsanforderungen an die Außenhülse sind nicht so hoch wie bei der Innenhülse, so dass zur Kostenersparnis Aluminium oder auch ein Kunststoff als Material verwendet werden kann. Die Außenhülse kann eine Materialstärke von etwa 1 bis etwa 4 mm, vorzugsweise eine Materialstärke von etwa 1 mm bis etwa 3 mm, besonders bevorzugt eine Materialstärke von etwa 1,5 mm bis etwa 2,5 mm aufweisen.
Die Außenfläche der Außenhülse kann ausgebildet sein, um direkt, oder mit elastomerem Material dazwischen, an einer Innenwand des Lagergehäuses anzuliegen. Die Außenfläche der Außenhülse kann teilweise oder vollständig mit elastomerem Material bedeckt sein, wobei dieses elastomere Material eine Dichtungsgeometrie ausbilden kann. Die Außenfläche der Außenhülse kann jedoch auch frei von elastomerem Material des Elastomerkörpers sein. Die axiale Stirnfläche der Außenhülse kann eine vorzugsweise umlaufende Dichtlippe aus elastomerem Material aufweisen. Die Außenfläche der Außenhülse kann einen Aufnahmebereich für einen O-Ring aufweisen, wie beispielsweise eine umlaufende Aufnahmerille, insbesondere wenn keine Dichtungsgeometrie oder Dichtlippe an der Außenhülse ausgebildet ist.
Der Elastomerkörper erstreckt sich zumindest zwischen der Innenhülse und der Außenhülse und verbindet diese insbesondere federnd und/oder dämpfend miteinander. Der Elastomerkörper begrenzt ferner den druckluftbeaufschlagbaren bzw. druckluftbeaufschlagten Raum des Stoßdämpfers bzw. dichtet diesen luftdicht gegenüber der Umgebung (dem Umgebungsdruck) ab. Der druckluftbeaufschlagte Raum des Stoßdämpfers kann ein Luftfederraum einer Luftfeder bzw. eines Luftfederbeins sein. Das Schublager kann durch Umspritzen des Elastomerkörpers um bzw. an die Innenhülse und/oder die Außenhülse, insbesondere in einem gemeinsamen Werkzeug, hergestellt werden. Hierbei können Dichtlippen und/oder Dichtungsgeometrien aus elastomerem Material zusammen mit dem Elastomerkörper umspritzt bzw. angespritzt werden.
Der Elastomerkörper ist als Konusfeder ausgebildet, die sich zwischen dem Innenhülsenanschlussbereich der Innenhülse und dem Außenhülsenanschlussbereich der Außenhülse erstreckt. Die Konusfeder hat im Wesentlichen die Form eines ausgehöhlten Kegels oder Kegelstumpfs. Der Außendurchmesser und/oder der Innendurchmesser der Konusfeder nehmen bevorzugt zur Spitze hin ab. Im Bereich der breiten Basis ist die Konusfeder mit der Außenhülse verbunden und im Bereich der Spitze ist die Konusfeder mit der Innenhülse verbunden. Die Verbindungsfläche der Innenhülse mit der Konusfeder ist der Innenhülsenanschlussbereich, welcher sich umlaufend entlang der Außenfläche der Innenhülse erstreckt. Die Verbindungsfläche der Außenhülse mit der Konusfeder ist der Außenhülsenanschlussbereich, welcher sich umlaufend entlang der Innenfläche der Außenhülse erstreckt.
Die axiale Länge der Konusfeder ist vorzugsweise kleiner oder gleich der axialen Länge der Außenhülse, so dass die Konusfeder vollständig innerhalb des Schublagers bzw. der Außenhülse untergebracht werden kann. Hierzu kann der Außenhülsenanschlussbereich höher angeordnet sein als der Innenhülsenanschlussbereich. Die Konusfeder kann entsprechend nach oben hin aufweitend (Spitze nach unten) angeordnet sein.
Wenn in der vorliegenden Beschreibung oder in den Ansprüchen Richtungs- oder Positionsangaben wie „höher”, „tiefer”, „oben”, „unten” oder dergleichen verwendet werden, so bezieht sich dies auf das Schublager im wie vorgesehen montierten Zustand. Im wie vorgesehen montierten Zustand erstreckt sich die Dämpferstange von dem Dämpferzylinder im Wesentlichen nach oben und durch die Innenhülse des Schublagers, wobei der druckluftbeaufschlagte Raum bzw. Luftfederraum unter dem Schublager angeordnet ist. Das untere axiale Ende des Schublagers ist also dem Luftfederraum zugewandt, und das obere axiale Ende des Schublagers ist dem Luftfederraum abgewandt.
Die Innenhülse und/oder die Außenhülse weist an oder nahe einem axialen Endabschnitt des Innenhülsenanschlussbereichs und/oder des Außenhülsenanschlussbereichs einen radial vorspringenden Abstützvorsprung zum axialen Abstützen des Elastomerkörpers auf. Radial vorspringend bedeutet, dass der Abstützvorsprung in radialer Richtung in den Zwischenraum zwischen der Innenhülse und der Außenhülse vorspringt. Hierbei kann der Abstützvorsprung zumindest teilweise radial in den Elastomerkörper hineinragen. Der Innenhülsenanschlussbereich bzw. der Außenhülsenanschlussbereich kann zumindest teilweise auf dem Abstützvorsprung angeordnet sein. Der Abstützvorsprung kann zumindest teilweise außerhalb des Innenhülsenanschlussbereichs bzw. des Außenhülsenanschlussbereichs ausgebildet sein. Der Abstützvorsprung ist derart relativ zum Elastomerkörper, also zum Innenhülsenanschlussbereich bzw. zum Außenhülsenanschlussbereich, angeordnet, so dass eine axiale Abstützung des Elastomerkörpers gewährleistet werden kann. Hierfür ist der Abstützvorsprung an oder nahe einem (oberen oder unteren) axialen Endabschnitt des Innenhülsenanschlussbereichs bzw. des Außenhülsenanschlussbereichs ausgebildet.
Der Abstützvorsprung ist vorzugsweise einstückig mit der Innenhülse bzw. der Außenhülse ausgebildet und kann beispielsweise spanend erzeugt werden. Zur gleichmäßigen Kraftübertragung kann der Abstützvorsprung im Bereich des Innenhülsenanschlussbereichs bzw. des Außenhülsenanschlussbereichs im Querschnitt gekrümmt und/oder geneigt und/oder konkav gewölbt sein. Der Abstützvorsprung kann im Bereich des Innenhülsenanschlussbereichs jedoch auch zumindest abschnittsweise konvex gewölbt sein. Insbesondere kann die Fläche des Innenhülsenanschlussbereichs bzw. des Außenhülsenanschlussbereichs im Bereich des Abstützvorsprungs zumindest abschnittsweise im Wesentlichen senkrecht oder in einem steilen Winkel (z. B. vorzugsweise in einem Winkelbereich von etwa 90° bis etwa 60°) zur Erstreckungsrichtung (Anstellrichtung) der Konusfederwand ausgerichtet sein. Mit Erstreckungsrichtung der Konusfederwand ist insbesondere die mittlere Erstreckungsrichtung der Konusfederwand in einer Schnittebene durch die Symmetrieachse der Konusfeder gemeint. Die Erstreckungsrichtung der Konusfederwand erstreckt sich in einer Schnittebene durch die Symmetrieachse der Konusfeder also insbesondere von der Mitte des Innenhülsenanschlussbereichs zur Mitte des Außenhülsenanschlussbereichs.
Durch die Abstützung des Elastomerkörpers mittels des Abstützvorsprungs wird eine Verlagerung des Elastomerkörpers in axialer Richtung, insbesondere beim Anliegen eines Drucks, zumindest bereichsweise verhindert bzw. erschwert.
Durch die Ausbildung des Elastomerkörpers als Konusfeder kann die radiale Steifigkeit des Elastomerkörpers deutlich gesenkt werden, und es kann eine gute Verdrehbarkeit der Innenhülse gegenüber der Außenhülse quer zur Axialrichtung erzeugt werden. Bei sinkender Materialdicke und/oder Materialsteifigkeit der Konusfeder tritt jedoch bedingt durch die hohen Drücke im Luftfederraum, besonders bei Belastungsspitzen während der Fahrt, ein sogenannter Balloneffekt auf, bei dem die Elastomerwand der Konusfeder sich aufbläst und platzen kann. Durch den Abstützvorsprung kann die Angriffsfläche für den Luftdruck in axialer Richtung verringert werden, und es kann eine Verlagerung des Elastomerkörpers, insbesondere ein Aufblasen davon, wirksam verhindert werden. Der Abstützvorsprung kann derart ausgebildet werden, dass bei Druckspitzen im Luftfederraum der Elastomerkörper bzw. die Konusfeder durch den Luftdruck im Wesentlichen lediglich gegen die Innenhülse gepresst wird.
Vorteilhafterweise wird durch den Abstützvorsprung also ermöglicht, dass Schublager mit sehr geringen radialen Steifigkeiten bereitgestellt werden können, da Konusfedern mit geringer Materialdicke und/oder geringer Materialsteifigkeit vorgesehen werden können. Durch die geringen radialen Steifigkeiten des Schublagers können die von dem Schublager auf die Dämpferstange wirkenden Querkräfte reduziert werden, was zu besseren Dämpfungseigenschaften und einer längeren Lebensdauer des Stoßdämpfers führt. Ferner passt sich das Schublager durch die geringeren radialen Steifigkeiten besser an die Bewegungen der Dämpferstange an, so dass eine bessere Abdichtung des Luftfederraums gewährleistet ist.
Ein zusätzlicher Vorteil der Ausbildung des Elastomerkörpers als Konusfeder ist, dass die axiale Steifigkeit über die Geometrie (d. h. Länge, Dicke, Anstellungswinkel) und über die Materialsteifigkeit (Gummihärte) eingestellt werden kann, ohne die radiale Steifigkeit wesentlich zu verändern, insbesondere ohne die radiale Steifigkeit wesentlich zu erhöhen.
Vorzugsweise ist der Abstützvorsprung im Wesentlichen umlaufend an der Innenhülse und/oder an der Außenhülse ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Querschnittskontur des Abstützvorsprungs entlang des Umfangs der Innenhülse bzw. der Außenhülse im Wesentlichen konstant. Der Abstützvorsprung kann jedoch auch lediglich abschnittsweise entlang des Umfangs der Innenhülse bzw. der Außenhülse angeordnet sein, solange die Abstützfunktion gewährleistet ist.
Vorzugsweise ist der Abstützvorsprung an einem oberen axialen Endabschnitt des Innenhülsenanschlussbereichs und/oder des Außenhülsenanschlussbereichs ausgebildet.
Durch die Anordnung des Abstützvorsprungs an einem oberen axialen Endabschnitt des Innenhülsenanschlussbereichs und/oder des Außenhülsenanschlussbereichs kann eine optimale axiale Abstützung des Elastomerkörpers gegenüber dem von unten (vom Luftfederraum) wirkenden Luftdruck gewährleistet werden.
Vorzugsweise ist der Abstützvorsprung an einem axialen Endabschnitt der Innenhülse und/oder der Außenhülse ausgebildet.
Durch die Anordnung des Abstützvorsprungs an einem axialen Endabschnitt der Innenhülse und/oder der Außenhülse kann der Raum innerhalb des Schublagers (zwischen der Innenhülse und der Außenhülse) optimal ausgenutzt werden, so dass ein kompaktes Schublager hergestellt werden kann. Besonders bevorzugt ist der Abstützvorsprung an einem oberen axialen Endabschnitt der Innenhülse und/oder der Außenhülse ausgebildet. Die Anordnung des Abstützvorsprungs an dem oberen axialen Endabschnitt ermöglicht das Vorsehen einer verbreiterten oberen axialen Stirnfläche der Innenhülse und/oder der Außenhülse, welche gut als Dichtfläche dienen kann. Zur Verbesserung der Dichtfunktion kann eine Elastomerschicht bzw. Dichtlippe auf der verbreiterten oberen axialen Stirnfläche angeordnet sein.
Vorzugsweise ist der Elastomerkörper als Konusfeder ausgebildet, welche sich nach oben hin aufweitet, wobei der Abstützvorsprung an einem oberen axialen Endabschnitt der Außenhülse ausgebildet ist.
Die nach oben hin aufweitende Anordnung der Konusfeder (die breite Basis der Konusfeder zeigt nach oben, weg vom Luftfederraum, und die Spitze der Konusfeder zeigt nach unten) in Kombination mit dem Abstützvorsprung an dem oberen axialen Endabschnitt der Außenhülse ist besonders vorteilhaft, da bei hohen Luftdrücken im Luftfederraum die Wand der Konusfeder durch den Abstützvorsprung in Richtung der Innenhülse geleitet werden kann, wo sie sich gut abstützen kann. Hierdurch kann eine Beschädigung der Konusfeder und somit des Schublagers, insbesondere ein Aufplatzen, noch effektiver verhindert werden.
Vorzugsweise weist das Schublager eine radiale Steifigkeit von zwischen etwa 10 N/mm bis etwa 100 N/mm, vorzugsweise zwischen etwa 30 N/mm und 60 N/mm auf. Die axiale Steifigkeit des Schublagers kann zwischen etwa 20 N/mm und etwa 200 N/mm, vorzugsweise zwischen etwa 70 N/mm und etwa 130 N/mm liegen.
Durch die besonders niedrige radiale Steifigkeit können die bereits beschriebenen vorteilhaften Effekte erzielt werden, wobei dies durch das Vorsehen des Abstützvorsprungs auch bei Luftdrücken im Luftfederraum von bis zu 20 bar oder mehr ohne Gefahr einer Beschädigung des Schublagers möglich ist.
Vorzugsweise beträgt die radiale Vorspringmenge bzw. die radiale Vorspringlänge des Abstützvorsprungs zwischen etwa 1/3 bis etwa 3/5 des radialen Abstands zwischen der Innenhülse und der Außenhülse, vorzugsweise etwa die Hälfte des radialen Abstands zwischen der Innenhülse und der Außenhülse.
Die radiale Vorspringmenge des Abstützvorsprungs bezeichnet die Länge bzw. Höhe des Abstützvorsprungs senkrecht zur zylindrischen Innenfläche der Außenhülse oder zur zylindrischen Außenfläche der Innenhülse. Die radiale Vorspringmenge ist vorzugsweise so konfiguriert, dass bei hinreichender Abstützfunktion weiterhin eine hinreichend große radiale Relativbewegung zwischen Innenhülse und Außenhülse möglich ist, ohne dass der Abstützvorsprung mit der gegenüberliegenden Hülse in Kontakt tritt. Falls ein Abstützvorsprung sowohl auf der Innenhülse als auch auf der Außenhülse ausgebildet ist, kommen sich diese bei einer Relativbewegung zwischen Innenhülse und Außenhülse nicht in die Quere, da diese, bedingt durch die Form der Konusfeder, in axialer Richtung auf verschiedenen Höhen ausgebildet sind.
Vorzugsweise beträgt die Materialstärke der Innenhülse und/oder der Außenhülse zwischen etwa 1/5 und etwa 1/3 der Differenz zwischen dem Innenradius der Innenhülse und dem Außenradius der Außenhülse, vorzugsweise etwa 1/4 der Differenz zwischen dem Innenradius der Innenhülse und dem Außenradius der Außenhülse.
Die Materialstärke der Innenhülse und der Außenhülse wird vorzugsweise so gewählt, dass eine möglichst geringe Angriffsfläche des Luftdrucks auf den Elastomerkörper gegeben ist, wobei dennoch eine hinreichend große radiale Relativbewegung zwischen Innenhülse und Außenhülse möglich ist, ohne dass die Wand der Konusfeder beidseitig von der Innenhülse und der Außenhülse eingeklemmt wird und eine weitere Relativbewegung verhindert.
Vorzugsweise ist die Fläche des Innenhülsenanschlussbereichs in etwa gleich der Fläche des Außenhülsenanschlussbereichs.
Indem die Fläche des Innenhülsenanschlussbereichs in etwa gleich der Fläche des Außenhülsenanschlussbereichs eingestellt wird, ist der Kraftfluss in der Konusfeder gleichmäßig. Vorteilhafterweise kann hierdurch die Konusfeder mit geringem Materialaufwand und mit hoher Lebensdauer hergestellt werden.
Vorzugsweise weist die Innenhülse und/oder die Außenhülse eine Dichtlippe auf, welche vorzugsweise auf einer axialen Stirnfläche der Innenhülse und/oder der Außenhülse ausgebildet ist.
Die Dichtlippe kann zusammen mit dem Elastomerkörper in einem Werkzeug durch Umspritzen der Innenhülse und/oder der Außenhülse hergestellt werden. Vorzugsweise ist die Dichtlippe an einer oberen axialen Stirnfläche der Außenhülse ausgebildet.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein druckluftbeaufschlagter Stoßdämpfer bereitgestellt, aufweisend: einen Luftfederbalg, welcher einen Luftfederraum zumindest teilweise begrenzt; eine Dämpferkopf-Lagerung zum Abdichten des Luftfederraums gegenüber der Umgebung; und eine Dämpfereinheit aufweisend eine Dämpferstange, wobei die Dämpferkopf-Lagerung ein vorstehend beschriebenes Schublager aufweist, und sich die Dämpferstange durch die Innenhülse des Schublagers hindurch erstreckt.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschreiben. Es versteht sich, dass einzelne Merkmale der Ausführungsformen zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden können. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Schublagers gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine vergrößerte Schnittansicht des Schublagers aus 1;
3 eine Schnittansicht eines Schublagers gemäß einer zweiten Ausführungsform im montierten Zustand an einer Dämpferstange und in einem Lagergehäuse; und
4 eine Schnittansicht eines Schublagers gemäß einer dritten Ausführungsform.
1 zeigt eine Schnittansicht eines Schublagers 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Schublager 1 ist im Wesentlichen ringförmig und axialsymmetrisch ausgebildet, und die Figuren zeigen jeweils einen Schnitt durch die Symmetrieachse des Schublagers 1. Das Schublager 1 weist eine im Wesentlichen zylindrische Innenhülse 2 sowie eine dazu konzentrisch angeordnete, im Wesentlichen zylindrische Außenhülse 4 auf. Die Innenhülse 2 ist über einen Elastomerkörper 6 mit der Außenhülse 4 verbunden.
Der Elastomerkörpers 6 ist als Konusfeder ausgebildet und erstreckt sich zwischen dem Innenhülsenanschlussbereich 8 der Innenhülse 2 und dem Außenhülsenanschlussbereich 10 der Außenhülse 4. Die Konusfeder ist ausgelegt, Kräfte zwischen der Dämpferstange und dem Lagergehäuse über die Innenhülse 2 und die Außenhülse 4 federnd und/oder dämpfend aufzunehmen. Zur Einstellung der Eigenschaften der Konusfeder können Länge, Dicke, Anstellungswinkel und/oder die Materialsteifigkeit der Konusfeder variiert werden. In der gezeigten Ausführungsform ist die Konusfeder nach oben hin aufweitend angeordnet, d. h. die breite Basis der Konusfeder ist dem luftdruckbeaufschlagbaren Raum bzw. Luftfederraum abgewandt, und die Spitze der Konusfeder ist dem Luftfederraum zugewandt.
Die Innenhülse 2 ist in der ersten Ausführungsform im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Schublagers 1 ausgebildet und weist an beiden axialen Enden freigelegte Stirnflächen auf. Die dem druckluftbeaufschlagbaren Raum zugewandte Stirnfläche stützt sich beim Montieren an einer Auflagekante der Dämpferstange auf. Zum Ausbilden einer Abstützkante kann das entsprechende axiale Ende der Innenhülse 2 einen radial nach innen vorstehenden Abschnitt aufweisen.
Die Außenfläche der Innenhülse 2 kann vollständig mit elastomerem Material bedeckt sein, also auch außerhalb des Innenhülsenanschlussbereichs. Dieses elastomere Material kann mit dem Elastomerkörper 6 zusammenhängend ausgebildet sein. In ähnlicher Weise kann die Innenfläche der Außenhülse 4 vollständig mit elastomerem Material bedeckt sein, also auch außerhalb des Außenhülsenanschlussbereichs, wobei dieses elastomere Material mit dem Elastomerkörper 6 zusammenhängend ausgebildet sein kann.
In der gezeigten Ausführungsform ist die obere axiale Stirnfläche der Außenhülse 4 ebenfalls zumindest teilweise mit elastomerem Material bedeckt, und bildet eine Außenhülsendichtfläche 12. Die Außenhülsendichtfläche 12 tritt im montierten Zustand mit einer entsprechenden Dichtfläche des Lagergehäuses in Kontakt. Auf ähnliche Weise kann auch die obere axiale Stirnfläche der Innenhülse 2 eine Innenhülsendichtfläche 14 ausbilden, wobei dies abhängig von der Abstützfläche ist. Die Anordnung der Dichtflächen) auf der oberen axialen Stirnseite der Außenhülse bzw. der Innenhülse hat den Vorteil, dass der von dem Luftfederraum (von unten) wirkende Luftdruck das Schublager 1 nach oben drückt und hierdurch die Abdichtwirkung verstärkt wird. In der gezeigten Ausführungsform weist die Innenhülse 2 auf etwa mittlerer axialer Höhe an der Innenseite eine umlaufende Dichtring-Ausnehmung 16 auf, welche durch einen Abschnitt vergrößerten Innendurchmessers ausgebildet wird. Die Dichtring-Ausnehmung 16 ist derart ausgebildet, dass darin ein umlaufendes Dichtungssystem, beispielsweise ein O-Ring 18, angeordnet werden kann, welcher relativ zur im Wesentlichen zylindrischen Innenfläche der Innenhülse 2 radial nach innen vorsteht. Falls die obere axiale Stirnfläche der Innenhülse 2 als Innenhülsendichtfläche 14 ausgebildet ist, können die Dichtring-Ausnehmung 16 und der O-Ring 18 weggelassen werden.
An dem oberen axialen Endabschnitt bzw. Endbereich der Außenhülse ist ein zumindest teilweise umlaufender, radial nach innen vorspringender Abstützvorsprung 20 ausgebildet. Ein Teil des Außenhülsenanschlussbereichs 10 ist auf einem Abschnitt des Abstützvorsprungs 20 angeordnet. In anderen Worten ist der Abstützvorsprung 20 an dem oberen Endabschnitt des Außenhülsenanschlussbereichs 10 angeordnet. Der Abstützvorsprung 20 ist konfiguriert, den Elastomerkörper 6 in axialer Richtung abzustützen, insbesondere wenn der vom Luftfederraum (von unten) wirkende Luftdruck auf die Wand der Konusfeder wirkt. Durch den Abstützvorsprung 20 wird ein Aufblasen der Konusfederwand (Balloneffekt) verhindert. Vielmehr wird durch den Abstützvorsprung 20 die Konusfederwand bei hohen Luftdrücken gegen die Außenwand der Innenhülse 2 geleitet bzw. abgelenkt, wo die Konusfederwand sich abstützen kann. Ferner kann durch die Anordnung des Abstützvorsprungs 20 an dem oberen axialen Endabschnitt der Außenhülse 4 die Außenhülsendichtfläche 12 vergrößert werden, was die Abdichtwirkung verbessert.
2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Schublagers aus 1, anhand welcher im Folgenden die Konfiguration des Abstützvorsprungs 20 näher beschrieben wird.
Der Abstützvorsprung 20 ist an dem oberen axialen Endabschnitt 42 der Außenhülse ausgebildet. Mit axialer Endabschnitt ist hierbei ein Bereich am axialen Ende der Hülse gemeint. Der axiale Endabschnitt kann eine axiale Länge aufweisen, die etwa der radialen Vorspringmenge bzw. Vorspringlänge R_AV des Abstützvorsprungs 20 oder der Materialdicke D_AH der Außenhülse 4 entspricht. Die Vorspringmenge R_AV ist gegenüber der radialen Höhe des im Wesentlichen zylindrischen Abschnitts der Innenfläche der Außenhülse 4 gemessen. Die Vorspringmenge R_AV kann in etwa der Materialdicke D_AH entsprechen. Die Vorspringmenge R_AV kann jedoch auch beispielsweise 0,5 bis 2 Mal der Materialdicke D_AH betragen. Die Vorspringmenge R_AV kann insbesondere zwischen etwa 1/3 bis etwa 3/5 des radialen Abstands R_IHAI zwischen der Innenhülse 2 und der Außenhülse 4 betragen, vorzugsweise etwa die Hälfte von R_IHAH betragen.
Der Abstützvorsprung 20 ist ferner an dem oberen axialen Endabschnitt des Außenhülsenanschlussbereichs 10 ausgebildet, wobei der axiale Endabschnitt die Hälfte oder mehr der gesamten axialen Länge des Außenhülsenanschlussbereichs 10 umfassen kann. Der Innenhülsenanschlussbereich 8 ist im Wesentlichen durchgehend senkrecht und/oder zylindrisch angeordnet, da die Innenhülse 2 gemäß dieser Ausführungsform keinen Abstützvorsprung aufweist. Hingegen weist der Außenhülsenanschlussbereich 10 neben einem senkrechten zylindrischen Abschnitt 44 insbesondere einen geneigten Abschnitt 46 auf, wobei zwischen dem senkrechten 44 und dem geneigten Abschnitt 46 ein im Wesentlichen gekrümmter Abschnitt 48 ausgebildet ist.
Der geneigte 46 und der gekrümmte 48 Abschnitt sind dem Abstützvorsprung 20 zuzuordnen. In anderen Worten weist der Abstützvorsprung 20 (im Querschnitt) einen geneigten Abschnitt 46 und einen gekrümmten Abschnitt 48 auf. Um eine möglichst gute Abstützung des Elastomerkörpers 6 zu erhalten ist der geneigte Abschnitt 46 des Abstützvorsprungs 20 in einem steilen Winkel α zur Erstreckungsrichtung ER_KF der Konusfederwand ausgerichtet bzw. angeordnet. Mit Erstreckungsrichtung ER_KF der Konusfederwand ist die Erstreckungsrichtung in einer Schnittebene durch die Symmetrieachse der Konusfeder, quer zur Wanddicke der Konusfederwand gemeint. Der Winkel α kann beispielsweise zwischen etwa 60° und etwa 90° liegen, wobei stets der kleinste Winkel zu messen ist. Der Abstützvorsprung 20 muss jedoch nicht zwingend einen im Wesentlichen linearen geneigten Abschnitt 46 aufweisen, und die Querschnittsform kann zur Spitze des Abstützvorsprungs 20 hin (insbesondere durchgehend) gekrümmt sein, solange der Abstützvorsprung 20 zumindest abschnittsweise in einem steilen Winkel α zur Erstreckungsrichtung ER_KF der Konusfederwand ausgerichtet bzw. angeordnet ist.
Die dem Elastomerkörper 6 bzw. der Konusfederwand zugewandte Seite bzw. Fläche des Abstützvorsprungs 20 kann wie vorstehend beschrieben geformt sein. Andererseits kann die dem Elastomerkörper 6 bzw. der Konusfederwand abgewandte Seite bzw. Fläche des Abstützvorsprungs 20, also außerhalb des Außenhülsenanschlussbereichs 10, im Wesentlichen plan ausgeformt sein und/oder bündig mit der im Wesentlichen planen axialen Stirnfläche der Außenhülse 4 abschließen.
3 zeigt ein Schublager 1' gemäß einer zweiten Ausführungsform im montierten Zustand an einer Dämpferstange 22 und in einem Lagergehäuse 24. Im montierten Zustand ist die Dämpferstange 22 durch die innere, im Wesentlichen zylindrische Ausnehmung des Schublagers 1' hindurchgeführt, und die Abstützkante der Innenhülse 2' liegt auf der Auflagekante der Dämpferstange 22 auf. Das Schublager 1' ist im montierten Zustand ferner in eine im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmung des Lagergehäuses 24 eingeführt. Das Schublager 1' gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Schublager 1 der ersten Ausführungsform darin, dass die Innenhülse 2' bei der zweiten Ausführungsform in axialer Richtung länger ausgebildet ist als die Außenhülse 4, und nach oben vorsteht. Die Innenhülse 2' ist zwischen der Auflagekante der Dämpferstange 22 und einer Innenhülse 26 eines Axiallagers 28 (Stützlager) festgeklemmt bzw. eingespannt. Hierzu erstreckt sich die Dämpferstange 22 durch die innere, im Wesentliche zylindrische Ausnehmung der Innehülse 26 des Axiallagers 28. Durch die axial verlängerte Innenhülse 2' des Schublagers 1' kann die axiale Länge der Innenhülse 26 des Axiallagers 28 verkürzt werden. An einem Endabschnitt der Dämpferstange 22 ist ein Gewindeabschnitt 30 ausgebildet, so dass die Innenhülse 26 des Axiallagers 28 und die Innenhülse 2' des Schublagers 1' zwischen einer Mutter 32 und der Auflagekante der Dämpferstange 22 festgeklemmt bzw. eingespannt werden kann.
An der Innenhülse 26 des Axiallagers 28 ist ein Axial-Elastomerkörper 34 angeordnet, welcher die Innenhülse 26 des Axiallagers 28 mit dem Lagergehäuse 24 verbindet. Der Axial-Elastomerkörper 34 hat die Funktion, axiale Kräfte von der Dämpferstange 22 über die Innenhülse 26 federnd und/oder dämpfend aufzunehmen und an das Lagergehäuse 24 weiterzuleiten. Der Axial-Elastomerkörper 34 ist zwischen einer axialen Auflagefläche 36 des Lagergehäuses 24 und einem Deckelelement 38 des Lagergehäuses 24 angeordnet. Durch das Festspannen der beiden Innenhülsen 2', 26 mittels der Mutter 32 ist somit die Dämpferkopf-Lagerung an der Dämpferstange 22 befestigt.
Das Lagergehäuse 24 weist an dem dem druckluftbeaufschlagbaren Raum bzw. Luftfederraum P1 zugewandten axialen Ende außen einen Montageabschnitt 40 zum Montieren eines Luftfederbalgs (nicht gezeigt) auf. Die Dichtlippe bzw. Außenhülsendichtfläche 12 und der O-Ring 18 in der Dichtring-Ausnehmung 16 dichten den druckluftbeaufschlagbaren Raum P1 im Inneren des Lagergehäuses 24 und des Luftfederbalgs gegenüber der Umgebung (dem Umgebungsdruck) P0 ab. In dem druckluftbeaufschlagbaren Raum P1 kann ein Anschlagskörper (nicht gezeigt) angeordnet sein, welcher in einem Bereich des Lagergehäuses 24 an dem dem druckluftbeaufschlagbaren Raum P1 zugewandten axialen Ende des Schublagers 1' an das Lagergehäuse 24 angeklipst ist.
4 zeigt eine Schnittansicht eines Schublagers 1'' gemäß einer dritten Ausführungsform. Im Unterschied zur ersten und zweiten Ausführungsform weist das Schublager 1'' gemäß der dritten Ausführungsform sowohl einen Abstützvorsprung 20 an der Außenhülse 4'' als auch einen Abstützvorsprung 20 an der Innenhülse 2'' auf. Die Abstützvorsprünge 20 können als in etwa senkrecht zur Außenhülse 4'' bzw. zur Innenhülse 2'' abgeknickte Abschnitte ausgebildet sein. Der Abstützvorsprung 20 der Außenhülse 4'' und der Abstützvorsprung 20 der Innenhülse 2'' sind an entgegengesetzten axialen Enden des Schublagers 1'' ausgebildet. Die Außenhülsendichtfläche 12 und die Innehülsendichtfläche 14 sind jeweils durch die axial äußere Seiten der jeweiligen Abstützvorsprünge 20 ausgebildet. Zur besseren Abdichtung kann elastomeres Material auf der Außenhülsendichtfläche 12 und/oder auf der Innenhülsendichtfläche 14 vorgesehen sein, wobei dieses elastomere Material zusammenhängend mit dem Elastomerkörper 6 ausgebildet sein kann. Durch das Vorsehen der Innenhülsendichtfläche 14 am unteren axialen Ende der Innenhülse 2'' können die Dichtring-Ausnehmung und der O-Ring weggelassen werden, wodurch Kosten gespart werden können.
Bezugszeichenliste

1, 1', 1'': Schublager
2, 2', 2'': Innenhülse
4, 4'': Außenhülse
6: Elastomerkörper
8: Innenhülsenanschlussbereich
10: Außenhülsenanschlussbereich
12: Außenhülsendichtfläche
14: Innenhülsendichtfläche
16: Dichtring-Ausnehmung
18: O-Ring
20: Abstützvorsprung
22: Dämpferstange
24: Lagergehäuse
26: Innenhülse des Axiallagers
28: Axiallager
30: Gewindeabschnitt
32: Mutter
34: Axial-Elastomerkörper
36: axiale Auflagefläche des Lagergehäuses
38: Deckelelement
40: Montageabschnitt
42: axialer Endabschnitt der Außenhülse
44: senkrechter Abschnitt
46: geneigter Abschnitt
48: gekrümmter Abschnitt
P0: Umgebung
P1: druckluftbeaufschlagter Raum
R_AV: Vorspringmenge des Abstützvorsprungs
D_AH: Materialdicke der Außenhülse
R_IHAH: radialer Abstand zwischen Innenhülse und Außenhülse
ER_KF: Erstreckungsrichtung der Konusfederwand
α: Winkel zwischen ER_KF und dem geneigten Abschnitt

Claims

Schublager (1; 1'; 1'') für einen druckluftbeaufschlagten Stoßdämpfer, aufweisend: eine Innenhülse (2; 2'; 2''); eine Außenhülse (4; 4''); und einen Elastomerkörper (6), welcher die Innenhülse (2; 2'; 2'') und die Außenhülse (4; 4'') verbindet und konfiguriert ist, einen druckluftbeaufschlagbaren Raum (P1) des Stoßdämpfers zu begrenzen, wobei der Elastomerkörper (6) als Konusfeder ausgebildet ist, die sich zwischen einem Innenhülsenanschlussbereich (8) der Innenhülse (2; 2'; 2'') und einem Außenhülsenanschlussbereich (10) der Außenhülse (4; 4'') erstreckt, und wobei die Innenhülse (2; 2') und/oder die Außenhülse (4; 4'') an bzw. nahe einem axialen Endabschnitt des Innenhülsenanschlussbereichs (8) und/oder des Außenhülsenanschlussbereichs (10) einen radial vorspringenden Abstützvorsprung (20) zum Abstützen des Elastomerkörpers (6) in Axialrichtung aufweist.
Schublager (1; 1'; 1'') nach Anspruch 1, wobei der Abstützvorsprung (20) im Wesentlichen umlaufend an der Innenhülse (2; 2'; 2'') und/oder an der Außenhülse (4; 4'') ausgebildet ist.
Schublager (1; 1'; 1'') nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abstützvorsprung (20) an einem oberen axialen Endabschnitt des Innenhülsenanschlussbereichs (8) und/oder des Außenhülsenanschlussbereichs (10) ausgebildet ist.
Schublager (1; 1'; 1'') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Abstützvorsprung (20) an einem axialen Endabschnitt der Innenhülse (2; 2'; 2'') und/oder der Außenhülse (4; 4'') ausgebildet ist.
Schublager (1; 1'; 1'') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Elastomerkörper (6) als Konusfeder ausgebildet ist, welche sich nach oben hin aufweitet, und wobei der Abstützvorsprung (20) an einem oberen axialen Endabschnitt (42) der Außenhülse (4; 4'') ausgebildet ist.
Schublager (1; 1'; 1'') nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine radiale Steifigkeit von zwischen etwa 10 N/mm bis etwa 100 N/mm, vorzugsweise zwischen etwa 30 N/mm und 60 N/mm.
Schublager (1; 1'; 1'') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die radiale Vorspringmenge (R_AV) des Abstützvorsprungs (20) zwischen etwa 1/3 bis etwa 3/5 des radialen Abstands (R_IHAH) zwischen der Innenhülse (2; 2'; 2'') und der Außenhülse (4; 4'') beträgt, vorzugsweise etwa die Hälfte des radialen Abstands (R_IHAH) zwischen der Innenhülse (2; 2'; 2'') und der Außenhülse (4; 4'') beträgt.
Schublager (1; 1'; 1'') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Materialstärke der Innenhülse (2; 2'; 2'') und/oder der Außenhülse (4; 4'') zwischen etwa 1/5 und etwa 1/3 der Differenz zwischen dem Innenradius der Innenhülse (2; 2'; 2'') und dem Außenradius der Außenhülse (4; 4'') beträgt, vorzugsweise etwa 1/4 der Differenz zwischen dem Innenradius der Innenhülse (2; 2'; 2'') und dem Außenradius der Außenhülse (4; 4'') beträgt.
Schublager (1; 1'; 1'') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fläche des Innenhülsenanschlussbereichs (8) in etwa gleich der Fläche des Außenhülsenanschlussbereichs (10) ist.
Schublager (1; 1'; 1'') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Innenhülse (2; 2'; 2'') und/oder die Außenhülse (4; 4'') eine Dichtlippe (12) aufweist, welche vorzugsweise auf einer axialen Stirnfläche der Innenhülse (2; 2'; 2'') und/oder der Außenhülse (4; 4'') ausgebildet ist.
Druckluftbeaufschlagter Stoßdämpfer, aufweisend: einen Luftfederbalg, welcher einen Luftfederraum (P1) zumindest teilweise begrenzt; eine Dämpferkopf-Lagerung zum Abdichten des Luftfederraums (P1) gegenüber der Umgebung (P0); und eine Dämpfereinheit aufweisend eine Dämpferstange (22), wobei die Dämpferkopf-Lagerung ein Schublager (1; 1'; 1'') nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist, und sich die Dämpferstange (22) durch die Innenhülse (2; 2') des Schublagers (1; 1'; 1'') hindurch erstreckt.