-
Die Erfindung betrifft ein Luftfederbein gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
-
Ein Luftfederbein, wie es beispielsweise aus der
DE 10 2006 043 471 A1 bekannt ist, wird zwischen dem Kraftfahrzeugfahrwerk bzw. einem Radträger und der Kraftfahrzeugkarosserie angeordnet. In der Regel umfasst das Luftfederbein eine Luftfeder und einen Stoßdämpfer. Die Luftfeder erfüllt dabei die Funktion das Rad abzufedern, währenddessen der Stoßdämpfer die Schwingungen des Rades bzw. der Kraftfahrzeugkarosserie dämpft.
-
Die Luftfeder besteht im Wesentlichen aus einem Luftfederdeckel, einem Abrollkolben und einem dazwischen luftdicht eingespannten Rollbalg, wodurch ein unter Luftdruck stehender Arbeitsraum begrenzt wird. Der Rollbalg wird von einer hülsenförmigen Außenführung umschlossen und rollt beim Einfedern unter Ausbildung einer Rollfalte am konzentrischen Abrollkolben ab. Über den Luftfederdeckel wird das Luftfederbein mittels entsprechender Befestigungsmittel mit der Kraftfahrzeugkarosserie verbunden.
-
Der innerhalb der Luftfeder angeordnete Stoßdämpfer ist einerseits mit dem Radträger verbunden und andererseits mit seiner in das Dämpferrohr eintauchbaren Kolbenstange über ein Dämpferlager in dem Luftfederdeckel lagernd befestigt. Beim Einfedern des Fahrzeugrades entgegen der Fahrzeugkarosserie kommt es zu Schwenkbewegungen der Luftfeder zusammen mit der Außenführung gegenüber dem Abrollkolben.
-
Bei jeder kardanischen Bewegung des Stoßdämpfers wird die untere Rollfalte der Luftfeder gegen die Außenführung verzwängt, wodurch eine radiale Kraft auf das Dämpferrohr bzw. den Stoßdämpfer übertragen wird. In der Regel ist die Außenführung über eine Kardanikfalte am Rollbalg kardanisch beweglich gelagert oder es wird bei einer an den Luftfederdeckel befestigten Außenführung ein elastisches Kardaniklager im Bereich der Luftfederdeckelbefestigung zur Fahrzeugkarosserie hin vorgesehen. Allerdings sind bei beiden Lagerarten die kardanischen Steifigkeiten noch derart hoch, dass diese nicht zu einer ausreichenden Verminderung der radialen Verzwängung der unteren Rollfalte beitragen.
-
Die radiale Steifigkeit der unteren Rollfalte führt aber zu einer weiteren Auslenkung der Außenführung. Je mehr die Außenführung ausgelenkt wird, umso mehr wirken ungewollte Querkräfte auf den Stoßdämpfer ein, welche zu einem erhöhten Verschleiß führen und sich in einem schlechteren Fahrkomfort bemerkbar machen.
-
Gemäß der
DE 102 38 666 A1 wird eine Luftfeder vorgeschlagen, bei welcher das Abrollverhalten auf dem Abrollkolben dadurch verbessert werden soll, dass die Abrollfläche mit einem Federelement versehen wird. Beim Einfedern soll das Federelement den Rollbalg in Querrichtung weich gegen den Abrollkolben abstützen, um damit die dynamische Steifigkeit der Rollfalte zu reduzieren.
-
Dies hat allerdings den Nachteil, dass die Rollfalte beim Abrollen auf dem Federelement in wechselseitiger Wirkung auch teilweise eingepresst wird, wodurch sich der Rollfaltendurchmesser verkleinert und der Abrollwiederstand signifikant erhöht wird.
-
Des Weiteren sind aus der
DE 196 45 228 A1 austauschbare Abrollkörper bekannt, wodurch die Federungscharakteristik der Luftfeder durch entsprechende Konturierung bestimmt werden kann, aber diese Abrollkörper sind in Querrichtung starr und damit nicht beweglich.
-
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Luftfederbein mit einem verbesserten Abrollkolben bereitzustellen, bei welchem die genannten Nachteile während des Abrollens vermieden werden und der Rollbalg widerstandsfrei abrollen kann.
-
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
-
Erfindungsgemäß wird ein Luftfederbein für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend eine Luftfeder mit einem Stoßdämpfer zur Federung und Dämpfung von Schwingungen eines Kraftfahrzeugfahrwerkes, wobei die Luftfeder einen Luftfederdeckel und einen Abrollkolben umfasst, wobei zwischen dem Luftfederdeckel und dem Abrollkolben ein Rollbalg aus elastomerem Material luftdicht eingespannt ist, wobei der Rollbalg mit dem Luftfederdeckel und dem Abrollkolben einen mit Druckluft befüllten Arbeitsraum begrenzt, wobei der Stoßdämpfer ein Dämpferrohr umfasst, welches von dem Abrollkolben zumindest bereichsweise hohlzylinderförmig umgeben ist, wobei der Abrollkolben mit dem Dämpferrohr verbunden ist und der Abrollkolben einen Kolbengrundkörper und eine den Kolbengrundkörper umgebende hohlzylinderförmige Kolbenschale umfasst, wobei die Kolbenschale als eine Abrollfläche für den Rollbalg dient, wobei radial zwischen dem Kolbengrundkörper und der Kolbenschale ein elastisches hohlzylinderförmiges Formteil vorgesehen ist, wobei die Kolbenschale exzentrisch zu dem Kolbengrundkörper verschiebbar ist.
-
Im Montageprozess wird zunächst das elastische Formteil auf den Kolbengrundkörper aufgesteckt und anschließend die Kolbenschale aufgeschoben. So befindet sich die Kolbenschale im statischen Zustand des Luftfederbeins konzentrisch um den Kolbengrundkörper herum.
-
Im dynamischen Zustand des Luftfederbeins, d.h. beim Einfedern und bei Querkraftbeeinflussung, führt die Kolbenschale vorteilhafterweise eine exzentrische Ausgleichsbewegung aus, wodurch die radiale Querkraft auf den Stoßdämpfer reduziert wird. Dadurch wird eine Art „schwimmende“ Kolbenschalenlagerung realisiert. D.h. die Kolbenschale verpresst das Formteil einseitig und die Rollfalte wird nicht mehr in dem Maße verzwängt, als würde diese auf einer starren Kolbenschale abrollen. Beim Ausfedern bewirkt das Formteil eine Rückstellkraft auf die Kolbenschale, wodurch diese je nach Ausfederweg wieder in ihre annähernd konzentrische Position um den Kolbengrundkörper gelangt.
-
Durch die verringerte Querkraftbeeinflussung müssen die üblichen Kardaniklagerungen nicht weiter verändert werden. Es kann auch eine dünnere Kolbenstange verwendet werden, welche geringere Reibmomente im Dämpferdichtpaket erzeugt. Zudem ist auch der Abrollwiederstand beim Einfedern reduziert, wodurch der Fahrkomfort im Fahrzeug weiter erhöht wird.
-
Bevorzugt ist das elastische Formteil aus einem Kunststoff oder aus einem Elastomer hergestellt. Beispielsweise aus thermoplastischen Polyurethan oder einem Gummi. Besonders bevorzugt wird das elastische Formteil aus mehreren radial ineinander oder axial aufeinander gesteckten Formzylindern gebildet. Durch die Formgebung und Ausgestaltung des Formteils, bspw. in mehrere Teile oder ein in Dicke und mit Aussparungen oder Erhebungen versehenes Formteil, lassen sich je nach Anforderungen bestimmte Steifigkeiten realisieren.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Außenwandung des Kolbengrundkörpers mit dem elastischen Formteil zumindest bereichsweise verklebt. Alternativ oder Zusätzlich ist die Innenwandung der Kolbenschale mit dem elastischen Formteil zumindest bereichsweise verklebt. Dadurch wird ein Verdrehen der Kolbenschale samt Formteil auf dem Kolbengrundkörper unterbunden.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet der Kolbengrundkörper einen äußeren Ringsteg aus, wobei die Kolbenschale mit dem elastischen Formteil auf dem Ringsteg beweglich angeordnet ist. Dadurch ist ein unter Endanschlag am Kolbengrundkörper ausgebildet, welcher Kolbenschale mit elastischem Formteil in axialer Position abstützt.
-
Bevorzugt ist zwischen der Kolbenschale mit dem elastischen Formteil und dem Ringsteg eine Gleitscheibe vorgesehen. Die Gleitscheibe wird eingesetzt, um die Reibkräfte bei der exzentrischen Bewegung der Kolbenschale zu vermindern. Die Reibreduzierung erfolgt durch Auswahl der Oberfläche und Härte der Gleitscheibe.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen einer an dem Kolbengrundkörper angeordneten Rollbalgklemmung und der Kolbenschale mit dem elastischen Formteil eine Abstandsscheibe vorgesehen. Die Abstandscheibe verhindert, dass sich die Kolbenschale an dem Klemmring der Balgbefestigung verkeilt.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kolbenschale aus einem Kunststoff oder aus einem metallischen Werkstoff, wie Aluminium oder Stahl, hergestellt.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Kolbengrundkörper innenseitig eine Rippenstruktur auf. Durch die Rippenstruktur kann sich der Kolbengrundkörper besser am Dämpferrohr abstützen.
-
Verwendung findet das Luftfederbein in einem Fahrwerk, vorzugsweise in einem Luftfedersystem, für ein Kraftfahrzeug.
-
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Figuren.
-
Es zeigen
- 1 ein Luftfederbein gemäß dem Stand der Technik,
- 2 einen beispielsgemäßen Abrollkolben, und
- 3 den beispielsgemäßen Abrollkolben bei Auslenkung.
-
Die 1 zeigt ein bekanntes Luftfederbein 1 mit den wesentlichen Bauteilen, Luftfeder 2 und Stoßdämpfer 3, wobei Luftfeder 2 einen Luftfederdeckel 4, einen Abrollkolben 5 und einen Rollbalg 6 mit einer diesen hülsenförmig umschließenden Außenführung 7 umfasst. Innerhalb Luftfeder 2 ist Stoßdämpfer 3 vorgesehen, wobei Stoßdämpfer 3 ein Dämpferrohr 14, eine in diesen eintauchbare Kolbenstange 15 und ein Dämpferlager 11 umfasst.
-
Luftfederbein 1 erfüllt zwei Funktionsbereiche, zu einem erfüllt Luftfeder 2 die Tragkrafterzeugung, während Stoßdämpfer 3 für die Linearführung zuständig ist. Über Befestigungsmittel am Luftfederdeckel 4 kann Luftfederbein 1 einerseits an einer Kraftfahrzeugkarosserie und andererseits über ein nicht dargestelltes Stoßdämpferauge an einem Radträger des Kraftfahrzeugfahrwerks befestigt werden, wodurch das Kraftfahrzeug gefedert und gedämpft wird.
-
Luftfeder 2 umfasst Rollbalg 6 aus elastomerem Material, wobei Rollbalg 6 mit Luftfederdeckel 4 und Abrollkolben 5 einen luftdichten und mit Druckluft befüllbaren volumenelastischen Arbeitsraum 10 begrenzt. Der schlauchförmige Rollbalg 6 ist mit seinem ersten Ende am Luftfederdeckel 4 und mit seinem zweiten Ende am Abrollkolben 5 bspw. über Klemmringe 18 an den Anschlussbereichen dieser Luftfederanbauteile befestigt.
-
Bei Relativbewegungen entlang der Längsachse L des Luftfederbeins 1 zwischen Luftfederdeckel 4 und Abrollkolben 5 rollt Rollbalg 6 unter Ausbildung einer Rollfalte 8 auf der konzentrischen Abrollfläche 30 des Abrollkolbens 5 ab. Weiterhin bildet Rollbalg 6 eine Kardanikfalte 9 am Luftfederdeckel 4 aus, welche als kardanisches Lager wirksam ist. Zugleich ist Rollbalg 6 mit eingebetteten Festigkeitsträgern versehen.
-
Insbesondere bei den komfortablen Axialbälgen, also mit in axialer Richtung ausgerichteten Festigkeitsträgern, werden Außenführungen 7 verwendet, um die seitliche Ausdehnung des Rollbalgs 6 zu begrenzen. Dabei kann Außenführung 7 durch einen im Arbeitsraum 10 vorgesehenen Innenspannring 12 am Rollbalg 6 verklemmt werden.
-
Zum Schutz vor Verschmutzung der Rollfalte 8 kann ein Faltenbalg 19 vorgesehen sein, welcher bspw. an dem radträgerseitigen Endbereich der Außenführung 7 und am Dämpferrohr 14 befestigt wird.
-
An der Unterseite des Luftfederdeckels 4 anliegend ist zum Stoßdämpfer gewandt eine Zusatzfeder 16 angeordnet. Zusatzfeder 16 weist eine Durchgangsbohrung für Kolbenstange 15 auf und umschließt diese daher. Beim Ein federn bewegt sich die Stirnseite des Dämpferrohres 14 auf Luftfederdeckel 4 zu, weshalb Zusatzfeder 16 als Wegbegrenzung dient und mögliche auf Luftfederdeckel 4 einwirkende Kräfte abdämpft.
-
Dämpferrohr 14 des Stoßdämpfers 3 ist innerhalb des Abrollkolbens 5 vorgesehen bzw. ist vom hohlzylinderförmigen Abrollkolben 5 zumindest bereichsweise umgeben, wobei Abrollkolben 5 über ein Stützring 17 stehend auf dem Dämpferrohr oder über ein Lagerelement 13 auf der Stirnseite des Dämpferrohrs 14 hängend befestigt sein kann. Eine Kombination aus stehendem und hängendem Abrollkolben 5 ist wie in der Figur gezeigt ebenfalls möglich. Es ist zudem bekannt Abrollkolben 5 aus einem Leichtmetall wie Aluminium oder einem faserverstärktem Kunststoff herzustellen.
-
Bei einem stehenden Abrollkolben 5 ist zwischen seinem dem Radträger zugewandten Endbereich und der gegenüberliegenden Außenwandung des Dämpferrohres 14 ein Dichtsystem 20 vorgesehen, bspw. aus elastomeren Dichtringen. Dies dient dazu den innerhalb des Abrollkolbens erweiterbaren Arbeitsraum der Luftfeder 2 abzudichten.
-
2 zeigt den Ausschnitt eines Luftfederbeins mit einem beispielsgemäßen Abrollkolben 105, wobei Abrollkolben 105 einen Kolbengrundkörper 131, eine Kolbenschale 132 und ein elastisches Formteil 133 umfasst.
-
Über Kolbengrundkörper 131 ist Abrollkolben 105 in dieser Ausführung stehend auf Stützring 17 am Dämpferrohr 14 des Stoßdämpfers befestigt. Zusätzlich sind an Stützring 17 zwei Dichtringe als Dichtsystem 20 vorgesehen, welche radial zwischen Kolbengrundkörper 131 und Dämpferrohr 14 den Arbeitsraum der Luftfeder gegenüber der Atmosphäre abdichten. Konzeptionell ist der beispielsgemäße Abrollkolben 105 auch als ein auf der Stirnseite des Dämpferrohrs 14 hängend gelagerter Abrollkolben ausführbar.
-
Des Weiteren ist an der Innenwandung des Kolbengrundkörpers 133 eine Rippenstruktur 134 ausgebildet, wodurch Kolbengrundkörper 131 besser am Dämpferrohr 14 abgestützt wird und dennoch zwischen Kolbengrundkörper 131 und Dämpferrohr 14 ein pneumatischer Volumenraum zur Federwirkung des Arbeitsraumes der Luftfeder bereitsteht.
-
Rollbalg 6 ist über Klemmring 118 am oberen Klemmgrund des Abrollkolbens 105 mit diesem befestigt, wobei Rollbalg 6 von Außenführung 7 umgeben ist. Zusätzlich kann an der Innenseite des Klemmgrunds ein Verstärkungsring 138 vorgesehen sein, um die Rollbalgbefestigung zu verstärken. Als Abrollfläche 130 für Rollbalg 6 dient Konturschale 132.
-
Um ein Verzwängen der Rollfaltenbreite B der Rollfalte 8 zu vermeiden bzw. weitestgehend zu reduzieren ist Abrollkolben 105 mehrteilig aus Kolbengrundkörper 131 und Kolbenschale 132 ausgebildet. Im statischen Zustand des Luftfederbeins ist hohlzylinderförmige Kolbenschale 132 konzentrisch um Kolbengrundkörper 131 herum angeordnet. Zudem ist radial zur Längsachse L des Luftfederbeins zwischen Kolbengrundkörper 131 und Kolbenschale 132 elastisches hohlzylinderförmiges Formteil 133 vorgesehen.
-
Zur Abstützung von Kolbenschale 132 mit elastischem Formteil 133 bildet Kolbengrundkörper 131 im unteren Endbereich einen äußeren radialen Ringsteg 135 aus, wodurch Kolbenschale 132 auf diesem beweglich angeordnet ist.
-
Im dynamischen Zustand des Luftfederbeins, d.h. beim Einfedern und bei Querkraftbeeinflussung wie es in der 3 durch Auslenkung A verdeutlich ist, lässt sich Kolbenschale 132 exzentrisch zum Kolbengrundkörper 131 verschieben. D.h. Kolbenschale 132 bewegt sich in radialer Richtung hin zum Kolbengrundkörper 131. Bei der radialen Verschiebung bleibt Kolbengrundkörper 131 vorzugweise parallel zu Kolbengrundkörper 131 ausgerichtet. Die radial exzentrisch stattfindende Bewegung wird durch das elastische Formteil 133 begrenzt, wobei dieses auch eine Rückstellung auf Kolbenschale 132 bewirkt, wenn das Luftfederbein ausfedert. Durch verschiebbare Kolbenschale 132 wird in vorteilhafterweise die Rollfaltenbreite B der Rollfalte 8 kaum verändert, wodurch die Querkraftbeeinflussung auf den Stoßdämpfer verringert wird und auch der Abrollwiederstand beim Einfedern reduziert ist.
-
Im dynamischen Zustand kann Kolbenschale 132 allerdings auch schräg bzw. verschwenkt zum Kolbengrundkörper 131 hin ausgerichtet werden. Entsprechend der Ausgestaltung des elastischen Formteils 133 bspw. durch Konturierung in der Dicke, sowie der Außen- und Innengeometrie, lassen sich zudem unterschiedliche Steifigkeiten des Formteils 133 und damit auch die Ausrichtung der Kolbenschale 132 bestimmen. Demzufolge ist Rollfalte 8 weich am Abrollkolben 105 gelagert und auch die dynamische Querkraft auf den Stoßdämpfer wird in vorteilhafterweise reduziert.
-
Um die Beweglichkeit der Kolbenschale 132 zu unterstützen, ist wie in 2 und 3 gezeigt, in axialer Richtung eine Gleitscheibe 136 zwischen Kolbenschale 132 samt elastischem Formteil 133 und radialem Ringsteg 135 vorgesehen.
-
Um ein Verkeilen der Kolbenschale 132 an der Rollbalgklemmung 118 zu vermeiden, ist in axialer Richtung unmittelbar unterhalb des Klemmrings 118, also zwischen Klemmring 118 und Kolbenschale 132 mit elastischem Formteil 133, eine Abstandsscheibe 137 vorgesehen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Luftfederbein
- 2
- Luftfeder
- 3
- Stoßdämpfer
- 4
- Luftfederdeckel
- 5
- Abrollkolben
- 6
- Rollbalg
- 7
- Außenführung
- 8
- Rollfalte
- 9
- Kardanikfalte
- 10
- Arbeitsraum
- 11
- Dämpferlager
- 12
- Innenspannring
- 13
- Lagerelement
- 14
- Dämpferrohr
- 15
- Kolbenstange
- 16
- Zusatzfeder
- 17
- Stützring
- 18
- Klemmring
- 19
- Faltenbalg
- 20
- Dichtsystem
- 30
- Abrollfläche
- 105
- Abrollkolben
- 118
- Klemmring
- 130
- Abrollfläche
- 131
- Kolbengrundkörper
- 132
- Kolbenschale
- 133
- elastisches Formteil
- 134
- Rippe
- 135
- Ringsteg
- 136
- Gleitscheibe
- 137
- Abstandsscheibe
- 138
- Verstärkgungsring
- A
- kardanische Auslenkung
- B
- Rollfaltenbreite
- L
- Längsachse
-
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 102006043471 A1 [0002]
- DE 10238666 A1 [0007]
- DE 19645228 A1 [0009]
