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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftfeder für Fahrwerke von Fahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Luftfedern, die zwischen Fahrwerk und Fahrzeugkarosserie eingespannt sind und einen Luftfederbalg aufweisen, der wiederum zwischen einem Luftfederdeckel und einem Abrollkolben gasdicht befestigt ist, sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Die Luftfeder steht im Betrieb unter einem inneren Überdruck. Der Luftfederbalg rollt unter Last und bei Federbewegungen unter Bildung einer Rollfalte auf der Außenkontur des Luftfederkolbens ab.
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Eine derartige Luftfeder offenbart beispielsweise die
DE 102 38 666 A1 . Um das Abrollverhalten des Luftfederbalgs auf dem Abrollkolben zu verbessern und die bei der Kompression auftretenden Schwingungsübertragungen über den Rollbalg zu vermindern, ist die Anlagefläche des Abrollkolbens durch ein Federelement gebildet.
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Bei Luftfedern im PKW-Bereich werden möglichst dünnwandige Luftfederbälge eingesetzt, da diese einen hohen Abrollkomfort sicherstellen. Um bei diesen eine genügende Tragfähigkeit des Gesamtsystems zu erreichen, werden die Luftfederbälge mit Außenführungen versehen, nämlich mit einer den Luftfederbalg umgebenden rohrförmigen Hülse als Stützkörper. So lässt sich beispielsweise ein dünner Luftfederbalg mit einer dünnen Leichtmetallhülse oder einer Kunststoffhülse als Stützkörper auf hohe Innendrücke und damit hohe Tragfähigkeiten bei gleichzeitig verbessertem Harshness-Verhalten optimieren. Als Harshness wird hierbei ein überlagertes, raues und hartes Federungsverhalten bei Schwingungen höherer Frequenz und kleiner Amplitude verstanden. Die Außenführung der Luftfeder kann hierbei entweder an den Luftfederdeckel verklemmt oder an dem Luftfederbalg befestigt sein.
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Des Weiteren ist es aus der
DE 10 2012 220 317 A1 bekannt, zur Verbesserung des Harshness-Verhaltens einer mit einer Außenführung versehenen Luftfeder ein Elastomerelement an einem Abrollkolben der Luftfeder vorzusehen. Das Elastomerelement ist hierbei zwischen einem ersten, äußeren Kolbenteil, das die Abrollfläche für einen Luftfederbalg bereitstellt, und einem hierzu koaxialen zweiten, inneren Kolbenteil des Luftfederabrollkolbens angeordnet.
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Aus der
DE 38 78 658 T2 ist überdies eine Luftfederaufhängung für Kraftfahrzeuge bekannt, die einen starren Luftfederkanister als Hauptteil einer unter Druck stehenden Luftkammer umfasst. Der Luftfederkanister weist eine zylindrische Seitenwand, eine obere Wand und einen ringförmigen Boden auf, an dem ein Ende eines aus elastomerem Material gebildeten, flexiblen Luftfederbalgs gasdicht angeschlossen ist. Mit seinem anderen Ende des allgemein rohrförmig gestalteten Luftfederbalgs ist dieser an einem Luftfederkolben festgeklemmt, auf dem er unter Ausbildung einer Rollfalte abrollen kann. Der Luftfederbalg ist im Bereich seiner Befestigung am Luftfederkanister von einer Außenführung umgeben, die sich allerdings lediglich über eine Bogenlänge von 90 ° bis 180 ° um den Luftfederbalg erstreckt. Des Weiteren ist der Luftfederkanister vom Kraftfahrzeugchassis durch ein elastomeres, konisches Ringteil getrennt, um Fahrhärten und Lärm in dem Aufhängungssystem zu reduzieren.
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Die
DE 29 36 222 A1 beschreibt außerdem ein Aufhängungsfederbein für Fahrzeuge mit einem hydraulischen Stoßdämpfer und einer diesen umgebenden Schraubenfeder, wobei das Federbein unter Zwischenschaltung eines elastomeren Puffers an einem Fahrzeugaufbau angebunden ist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Luftfeder zu schaffen, die insbesondere hinsichtlich ihres Harshness-Verhaltens hohen Komfortanforderungen genügt, das heißt ein weiches Federungsverhalten bei einer Anregung mit hoher Frequenz und kleiner Amplitude zeigt, leicht baut und einfach und kostengünstig herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Luftfeder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Erfindungsgemäß weist eine Luftfeder für Fahrwerke von Fahrzeugen einen Luftfederdeckel und einen Luftfederabrollkolben auf, die zwischen Fahrzeugaufbau (gefederte Masse) und Fahrwerk (ungefederte Masse), zum Beispiel einem Radträger oder einem Radführungslenker, des Fahrzeugs eingespannt sind. Des Weiteren weist die Luftfeder einen Luftfederbalg aus elastomerem Material auf, der einen mit Druckluft gefüllten Arbeitsraum wenigstens teilweise begrenzt und der unter Ausbildung einer Rollfalte an dem Luftfederabrollkolben abrollt. Der Luftfederbalg ist mittels eines ersten Klemmelements mit einem ersten Ende an dem Luftfederdeckel und mittels eines zweiten Klemmelements mit einem zweiten Ende an dem Luftfederabrollkolben befestigt, insbesondere jeweils gasdicht mit dem Luftfederdeckel bzw. dem Luftfederabrollkolben verbunden. Ferner weist die Luftfeder eine am Luftfederdeckel befestigte, rohrförmige Außenführung auf, an welcher der Luftfederbalg mit einer dem Arbeitsraum abgewandten Außenseite wenigstens abschnittsweise anliegt und bei Federbewegungen der Luftfeder abrollt. Gemäß der Erfindung ist die Außenführung unter Zwischenschaltung eines elastomeren Isolationselements, beispielsweise eines elastischen Gummipuffers, an einem zur Befestigung am Fahrzeugaufbau oder am Fahrwerk ausgebildeten Montageteil befestigt.
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Die Außenführung ist also elastisch am Montageteil der Luftfeder angebunden. Da der Luftfederdeckel wiederum an der Außenführung befestigt ist, ist dieser über die Außenführung damit ebenfalls elastisch an dem Montageteil angebunden. Das Montageteil ist im Wesentlichen starr je nach Einbaulage der Luftfeder am Fahrzeug mit dem Fahrzeugaufbau (Normallage) oder dem Fahrwerk (Überkopflage) verbunden. Hierzu stellt es entsprechende, allgemein bekannte Befestigungsvorrichtungen bereit.
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Die über das elastomere Isolationselement bewirkte elastische Anbindung der Außenführung am Montageteil stellt zur Elastizität des Luftfederbalgs eine zusätzliche Elastizität bereit, die das Harshness-Verhalten der erfindungsgemäßen Luftfeder deutlich verbessert, insbesondere bei einer Anregung der Luftfeder mit hoher Frequenz und kleiner Amplitude. Die Luftfeder zeigt somit bei dieser Art der Schwingung ein deutlich weicheres Federverhalten. Zudem baut die Luftfeder aufgrund des einzig zusätzlich vorzusehenden Isolationselements leicht und lässt sich einfach und kostengünstig herstellen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die in axialer Richtung der Außenführung wirksame Elastizität des Isolationselements größer als die in derselben Richtung wirksame Elastizität des Luftfederbalgs. Hierdurch lässt sich das Harshness-Verhalten der Luftfeder weiter verbessern, da das Isolationselement im Wesentlichen die zwischen der ungefederten und gefederten Masse des Fahrzeugs auftretenden Schwingungen hoher Frequenz und kleiner Amplitude aufnimmt bzw. dämpft.
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Ein konstruktiv einfach zu realisierender Aufbau der Luftfeder ergibt sich gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wenn die Außenführung direkt und unmittelbar an das Isolationselement angrenzt.
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Beispielsweise können die Außenführung und das Isolationselement stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sein, zum Beispiel verklebt oder vulkanisiert sein und dergleichen. Auf ähnliche Weise kann auch eine Verbindung zwischen dem Isolationselement und dem Montageteil hergestellt sein.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Isolationselement ringförmig ausgebildet ist. Somit lässt sich das Gewicht der Luftfeder reduzieren, da das Isolationselement lediglich an der Anbindungsschnittstelle zwischen der rohrförmigen Außenführung und dem Isolationselement Material bereitstellt.
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Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenführung mit einem axialen Endabschnitt an dem Isolationselement befestigt, wobei der axiale Endabschnitt wenigstens teilweise in das Isolationselement eingelassen ist, wodurch eine formschlüssige Verbindung, möglicherweise zusätzlich zu einer stoffschlüssigen Verbindung, zwischen dem Endabschnitt der Außenführung und dem Isolationselement gebildet wird, die eine hinsichtlich der aufzunehmenden Schwingungen optimale Krafteinleitung von der Außenführung in das Isolationselement ermöglicht. Insbesondere lässt sich auf diese Weise eine optimale Krafteinleitung sowohl in axialer Richtung der Außenführung als auch in radialer Richtung der Außenführung in das Isolationselement erzielen.
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Vorzugsweise kann das Isolationselement einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, so dass es mit einer ersten axialen Seite am Montageteil anliegen kann und der axiale Endabschnitt der Außenführung an einer zweiten, der ersten axialen Seite gegenüberliegenden axialen Seite des Isolationselements anliegen bzw. in diesem aufgenommen sein kann.
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Alternativ kann der axiale Endabschnitt der Außenführung auch flanschartig ausgebildet sein, so dass der flanschartige, abgewinkelte axiale Endabschnitt der Außenführung zum Beispiel in radialer Richtung, das heißt seitlich, gegen eine Seiteninnenfläche des Isolationselements anliegen bzw. in dieser eingelassen sein kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Luftfederdeckel derart an das Isolationselement angrenzt, dass das Isolationselement den Luftfederdeckel und das Montageteil zueinander zur Ausbildung eines von dem Luftfederdeckel, dem Montageteil und dem Isolationselement begrenzten Hohlraums beabstandet. Beispielsweise können das Montageteil und der Luftfederdeckel in diesem Fall jeweils im Wesentlichen als Kreisscheibe ausgebildet sein, welche die Decke und den Boden des Hohlraums bilden, und das Isolationselement kann als Isolationsring ausgebildet sein, der die Seitenwand des Hohlraums bildet.
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Hierbei kann der Luftfederdeckel in vorteilhafter Weise auch an einer Seite des Isolationselements aufliegen, um eine direkte Abstützung des Luftfederdeckels am Isolationselement zu erzielen.
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Zur weiteren Optimierung des Harshness-Verhaltens der erfindungsgemäßen Luftfeder und insbesondere zur Unterdrückung bzw. Verringerung einer Geräuschbildung an der Luftfeder kann der vorstehend beschriebene Hohlraum mit einem Dämmmaterial gefüllt sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigt schematisch:
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1 eine Seitenquerschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Luftfeder gemäß der Erfindung.
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Der in 1 dargestellten, schematischen Seitenquerschnittsansicht eines im Wesentlichen rotationssymmetrischen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Luftfeder 1 ist zu entnehmen, dass die an einem Fahrzeug (nicht näher dargestellt) in Normallage montiert gezeigte Luftfeder 1 einen Luftfederdeckel 2 und einen Luftfederabrollkolben 3 aufweist, die zwischen Fahrzeugaufbau 4 und Fahrwerk 5, zum Beispiel einem Radträger oder einem Radführungslenker, des Fahrzeugs eingespannt sind.
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Des Weiteren weist das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Luftfeder 1 einen Luftfederbalg 6 aus elastomerem Material auf, der einen mit Druckluft gefüllten Arbeitsraum 7 wenigstens teilweise begrenzt und der unter Ausbildung einer Rollfalte an dem Luftfederabrollkolben 3 abrollt. Der Luftfederbalg 6 ist mittels eines ersten Klemmelements 8, zum Beispiel einem Klemmring, mit einem ersten Ende gasdicht an dem Luftfederdeckel 2 und mittels eines zweiten Klemmelements 9, zum Beispiel einem Klemmring, mit einem zweiten Ende gasdicht an dem Luftfederabrollkolben 3 befestigt.
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Außerdem weist die in 1 dargestellte Luftfeder 1 eine fest mit dem Luftfederdeckel 2 verbundene, rohrförmige, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel rotationssymmetrische Außenführung 10 auf, an welcher der Luftfederbalg 6 mit einer dem Arbeitsraum 7 abgewandten Außenseite abschnittsweise anliegt und bei Federbewegungen der Luftfeder 1 ebenfalls abrollt.
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1 ist ferner zu entnehmen, dass die Außenführung 10 unter Zwischenschaltung eines elastomeren Isolationselements 11 an einem zur Befestigung am Fahrzeugaufbau 4 ausgebildeten Montageteil 12 befestigt ist. Das Montageteil 12 ist dazu ausgebildet, starr mit dem Fahrzeugaufbau 4 verbunden zu werden, wohingegen die Außenführung 10 der Luftfeder 1 unmittelbar und folglich auch der Luftfederdeckel 2 und der Luftfederbalg 6 wenigstens mittelbar elastisch über das Isolationselement 11 mit dem Montageteil 12 und damit mit dem Fahrzeugaufbau 4 verbunden sind.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Luftfeder 1 ist die in axialer Richtung der Außenführung 10 wirksame Elastizität des Isolationselements 11 größer als die in derselben Richtung wirksame Elastizität des Luftfederbalgs 6. Hierdurch wird ein optimales Harshness-Verhalten der Luftfeder 1, das heißt ein deutlich weicheres Federverhalten, erzielt, indem die Schwingungen mit hoher Frequenz und kleiner Amplitude im Wesentlichen durch das Isolationselement 11 aufgenommen bzw. gedämpft werden.
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Wie in 1 dargestellt, grenzt die Außenführung 10 der Luftfeder 1 unmittelbar und direkt an das Isolationselement 11 an, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Luftfeder 1 zudem ringförmig ausgebildet ist und einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Insbesondere ist die Außenführung 10 mit einem axialen Endabschnitt mit dem Isolationselement 11 derart verbunden, dass der axiale Endabschnitt der Außenführung 10 in axialer Richtung teilweise in das Isolationselement 11 eingelassen ist, so dass sich eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Endabschnitt der Außenführung 10 und dem Isolationselement 11 ergibt. Das Isolationselement 11 und der axiale Endabschnitt der Außenführung 10 können zusätzlich auch stoffschlüssig, zum Beispiel durch Verkleben oder Vulkanisieren, miteinander verbunden sein. Wie in 1 dargestellt ist, umschließt das Isolationselement 11 den Endabschnitt der Außenführung 10 sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite der Außenführung 10. Hierdurch wird nicht nur in axialer Richtung der Außenführung 10 eine sichere Krafteinleitung von der Außenführung 10 in das Isolationselement 11 sichergestellt, sondern es können ggf. auch Kräfte in radialer Richtung zwischen der Außenführung 10 und dem Isolationselement 11 sicher übertragen werden.
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Da das Isolationselement 11 wie in 1 dargestellt ringförmig ausgebildet ist, der Luftfederdeckel 2 zudem unmittelbar an das Isolationselement 11 angrenzt und dieses wiederum unmittelbar an das Montageteil 12 angrenzt, begrenzen das Montageteil 12, der Luftfederdeckel 2 und das ringförmige Isolationselement 11 einen Hohlraum 13, der zur Dämpfung einer Geräuschentwicklung an der Luftfeder 1 in vorteilhafter Weise mit einem Dämmmaterial (nicht dargestellt) gefüllt sein kann.
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Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Luftfeder ist nicht auf die hierin offenbarte Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen.
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In bevorzugter Ausführung wird die erfindungsgemäße Luftfeder in einem Kraftfahrzeug zur federnden Abstützung eines Fahrwerks an einem Fahrzeugaufbau verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftfeder
- 2
- Luftfederdeckel
- 3
- Luftfederabrollkolben
- 4
- Fahrzeugaufbau
- 5
- Fahrwerk
- 6
- Luftfederbalg
- 7
- Mit Druckluft gefüllter Arbeitsraum
- 8
- Erstes Klemmelement
- 9
- Zweites Klemmelement
- 10
- Außenführung
- 11
- Isolationselement
- 12
- Montageteil
- 13
- Hohlraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10238666 A1 [0003]
- EP 0225271 B1 [0004]
- DE 102005052801 A1 [0004]
- US 8540222 B2 [0004]
- WO 2014/202330 A1 [0004]
- DE 102013203887 A1 [0006]
- DE 102006036248 A1 [0006]
- DE 102012220317 A1 [0007]
- DE 3878658 T2 [0008]
- DE 2936222 A1 [0009]
