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Die Erfindung betrifft ein Luftfederbein gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ein Luftfederbein, wie es beispielsweise aus der
DE 10 2006 008 704 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.
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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.
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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 kommt es zu Schwenkbewegungen und einer Verdrehungen der Luftfeder. Auf den am Dämpferrohr befestigten Abrollkolben wirken daher Dreh- bzw. Torsionsbewegungen ein, welche sich nachteilig auf dessen Befestigung am Dämpferrohr auswirken.
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In der Regel erstreckt sich der Arbeitsraum der Luftfeder entlang dem Innenseite des Abrollkolbens und dem Dämpferrohr bis hin zu der unteren Befestigung des Abrollkolben am Dämpferrohr. Um diesen Arbeitsraum gegenüber der Atmosphäre luftdicht abzuschließen ist ein Dichtsystem am unteren Ende des Abrollkolbens vorgesehen.
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Auf einen am Dämpferrohr befestigten Schnappring ist ein Zwischenteil angeordnet, welches eine Nut zum Dämpferrohr hin aufweist, wobei in der Nut ein Dichtring vorgesehen ist. Der Abrollkolben stützt sich auf einem vom Zwischenteil ausgebildeten Ringanschlag axial ab und wird zugleich mit diesem am Auflagepunkt verschweißt.
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Nachteilig bei solch einem starren Dichtsystem ist, dass torsionsdynamische Einflüsse nur bedingt ausgeglichen werden können und somit auf den Rollbalg übertragen werden.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Luftfederbein mit einem torsionsfähigen Dichtsystem bereitzustellen, welches gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Torsionseigenschaft erzielt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
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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, wobei ein an dem Dämpferrohr befestigter Stützring vorgesehen ist, wobei das Dämpferrohr zumindest bereichsweise von dem Abrollkolben hohlzylinderförmig umgeben ist und sich der Arbeitsraum der Luftfeder bis zu einem unteren Endabschnitt des Abrollkolbens erstreckt, wobei der Endabschnitt des Abrollkolbens durch ein ringförmiges torsionsdynamisches Dichtsystem druckdicht mit dem Dämpferrohr verbunden ist, wobei das Dichtsystem durch den Stützring an dem Dämpferrohr gelagert ist, wobei das Dichtsystem eine mit dem Dämpferrohr fest verbundene Unterschale und eine die Unterschale zumindest teilweise radial umgebende und mit dem Endabschnitt des Abrollkolbens innenseitig fest verbundene Oberschale umfasst, wobei die Oberschale zumindest teilweise auf der Unterschale angeordnet ist, und dass die Oberschale gegenüber der Unterschale drehbeweglich gelagert ist.
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Vorteilhafterweise wird gegenüber dem Stand der Technik eine Drehbeweglichkeit des Dichtsystems bereitgestellt, insbesondere um 360° in Umfangsrichtung. Durch die Drehbeweglichkeit der Oberschale gegenüber der Unterschale wird der Abrollkolben torsionsbeweglich gegenüber dem Stoßdämpfer gelagert. Dadurch werden die Torsionseinflüsse auf den Rollbalg vermindert.
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Dieses gewichtssparende Dichtsystem erlaubt eine einfachere Montage und damit auch eine zugänglichere Luftfederkonstruktion, wobei sich der modulare Aufbau durch Kompaktheit auszeichnet.
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Die Formgebung der Oberschale ist dergestalt, dass diese derart komplementär zu der Formgebung der Unterschale ausgeführt ist, sodass die Oberschale zumindest teilweise auf der Unterschale angeordnet.
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Als Endabschnitt des Abrollkolbens wird das untere Ende bzw. der Bereich des Abrollkolbens verstanden, welcher auf dem Stützring bzw. über das Dichtsystem auf diesem angeordnet ist und wobei die Innenseite des Abrollkolbens mit dem äußeren Bauteil des Dichtsystems im Flächenkontakt steht.
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Bevorzugt ist zwischen der Unterschale und der Oberschale ein erster dynamischer Dichtring aus elastomeren Material vorgesehen. Durch den derart positionierten Dichtring wird die Druckdichtigkeit des Dichtsystem insbesondere im drehbeweglichen Bereich sichergestellt, wobei der Dichtring dynamischen Einflüssen der Unterschale und Oberschale ausgesetzt ist. Dieser mittig positionierte Dichtring dichtet den Luftfederinnendruck entlang der korrespondierenden Flächen der Schalen nach außen ab.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Unterschale und dem Dämpferrohr ein zweiter statischer Dichtring aus elastomeren Material vorgesehen. Dieser innere Dichtring dichtet den Luftfederinnendruck entlang der Unterschale und dem Dämpferrohr nach außen ab.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Oberschale und dem Endabschnitt des Abrollkolbens ein dritter statischer Dichtring aus elastomeren Material vorgesehen. Dieser äußere Dichtring dichtet den Luftfederinnendruck entlang der Oberschale und dem Abrollkolben nach außen ab.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Unterschale und der Oberschale eine Gleitscheibe vorgesehen. Vorzugweise ist die Gleitscheibe aus Kunststoff. Die Gleitscheibe wird zwecks einer geringen Losbrechkraft vorgesehen und verringert zudem die Reibung zwischen der Unterschale und der Oberschale. Zugleich dient die Gleitscheibe zur Verminderung des Torsionsmoments auf den Luftfederbalg
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Unterschale einen sich radial nach außen erstreckenden Ringanschlag und die Oberschale einen sich radial nach außen erstreckenden Ringanschlag auf, wodurch die Oberschale auf der Unterschale angeordnet ist. Bevorzugt ist zwischen dem Ringanschlag der Unterschale und dem Ringanschlag der Oberschale die Gleitscheibe vorgesehen. An dieser Stelle wird die Flächenreibung durch die Gleitscheibe so gering wie möglich gehalten.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das untere Ende des Abrollkolbens auf dem Ringanschlag der Oberschale angeordnet. Damit erfolgt eine Abstützung des stehenden Abrollkolbens über die Ringanschläge der Schalen auf dem Stützring des Dämpferrohrs.
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Vorzugsweise bestehen die Unterschale und/oder die Oberschale aus einem Kunststoff. Dieser lässt sich auf einfache Art und Weise in seine bestimmte Form spritzen und die entsprechende Kunststoffauswahl bestimmt die Oberflächeneigenschaften hinsichtlich geringer Reibung.
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Verwendung findet das Luftfederbein in einem Fahrwerk, vorzugsweise in einem Luftfedersystem, für ein Kraftfahrzeug.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Figuren.
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Es zeigen
- 1 ein Luftfederbein mit einem Dichtsystem,
- 2 im Ausschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Luftfederbein mit einem Dichtsystem, und
- 3 im Ausschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Luftfederbeins mit einem Dichtsystem.
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Die 1 zeigt ein 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 umfasst.
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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.
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Diese reguläre Einbaulage eines Luftfederbeins bestimmt die Orientierung „oben/unten“.
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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.
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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 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.
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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 ist Außenführung 7 durch einen im Arbeitsraum 10 vorgesehenen Innenspannring 12 am Rollbalg 6 verklemmt.
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Zum Schutz vor Verschmutzung der Rollfalte 8 ist ein Faltenbalg 19 vorgesehen, welcher bspw. an dem radträgerseitigen Endbereich der Außenführung 7 und am Dämpferrohr 14 befestigt wird.
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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.
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Dämpferrohr 14 des Stoßdämpfers 3 ist innerhalb des Abrollkolbens 5 vorgesehen bzw. ist vom hohlzylinderförmigen Abrollkolben 5 zumindest bereichsweise umgeben, wobei Abrollkolben 5 stehend über Dichtsystem 50 und Stützring 55 am Dämpferrohr 14 befestigt ist. Dichtsystem 50 ist dazu vorgesehen, den innerhalb des Abrollkolbens 5 erweiterbaren Arbeitsraum 10 der Luftfeder 2 abzudichten und gleichzeitig eine Verdrehbeweglichkeit des Abrollkolbens 5 zu ermöglichen.
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2 zeigt im Ausschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Luftfederbeins mit einem Dichtsystem 50.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist Abrollkolben 5 stehend auf Stützring 55 angeordnet, wobei das obere Ende des Abrollkolbens 5 derart frei ausgestaltet ist, dass sich Arbeitstraum 10 der Luftfeder bis zum unteren Endabschnitt 54 des Abrollkolbens 5 erstreckt.
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Am Dämpferrohr 14 in Axiallage L ist ein ringförmiges torsionsdynamisches Dichtsystem 50 vorgesehen. Torsionsdynamisch bedeutet, dass Dichtsystem 50 Verdrehbewegungen in Umfangrichtung aufnehmen kann. Damit werden Torsionseinflüsse auf den Rollbalg vermindert.
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Zur Abstützung des Dichtsystems 50 ist ein Stützring 55 vorgesehen. Zusammen mit Dichtsystem 50 ist Abrollkolben 5 in stehender Ausführung am Stützring 55 gelagert.
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Dichtsystem 50 umfasst eine an der Mantelfläche des Dämpferrohrs 14 anliegende Unterschale 51 und eine an einem unteren Endabschnitt 54 des Abrollkolbens 5 innenseitig anliegende Oberschale 52. Oberschale 52 umgibt Unterschale 51 in radialer Ausrichtung.
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Im Detail weist Unterschale 51 einen axialen Schenkel auf, mittels welchem diese an der Mantelfläche des Dämpferrohrs 14 anliegt. An dieser Stelle ist Unterschale 51 fest mit Dämpferrohrs 14 bspw. durch Presspassung verbunden. Zudem erstreckt sich vom unteren Ende des Schenkels radial nach außen ein umlaufender Ringanschlag 56. Mittels Ringanschlag 56 liegt Unterschale 51 auf Stützring 55 auf.
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Oberschale 52 ist dergestalt, dass diese ebenfalls einen axialen Schenkel aufweist, welcher an der Innenseite des unteren Endabschnitts 54 des Abrollkolbens 5 anliegt und zumindest teilweise mit dem axialen Schenkel der Unterschale 51 in Flächenkontakt steht. Über diesen Schenkel ist Oberschale 52 fest mit Abrollkolben bspw. durch Presspassung verbunden. Am unteren Ende des Schenkel der Oberschale erstreckt sich ebenfalls radial nach außen ein Ringanschlag 57, welcher zur Abstützung unteren Ende des Abrollkolbens 5 dient. Des Weiteren erstreckt sich am oberen Ende des Schenkels ein Tritt radial in Richtung Dämpferlager. Die Formgebung von Oberschale 52 ist komplementär zu der Formgebung von Unterschale 51, wodurch Ringanschlag 57 der Oberschale 52 in axialer Richtung auf Ringanschlag 56 der Unterschale aufliegt. Damit steht Abrollkolben 5 über Oberschale 52 und Unterschale 51 drehbeweglich auf Stützring 55. Die Drehbewegung des Dichtsystems 50 wird durch die kontaktierenden Flächen der Unterschale 51 mit Oberschale 52 ermöglicht.
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Zusätzlich liegt noch eine Umspritzung der Ringanschläge 56 und 57 vor. Dazu bildet Ringanschlag 56 der Unterschale eine äußere umlaufende Nase aus und am Ringanschlag 57 die Umspritzung 61 mit entsprechendem Hinterschnitt vorgesehen, sodass ein Formschluss vorliegt. Dadurch kann Oberschale 52 durch Einrasten mit Unterschale 51 verbunden werden, wobei dennoch eine Drehbeweglichkeit gewährt wird.
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Die druckdichte Abdichtung des Dichtsystems 50 erfolgt durch entsprechend vorgesehene Dichtringe.
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Ein erster innerer statischer Dichtring 58 ist am Dämpferrohr 14 vorgesehen. Dieser ist in einer Nut des Schenkels der Unterschale 58 hin zum Dämpferrohr 14 vorgesehen. Mittels diesem Dichtring 58 wird der Luftfederinnendruck entlang dem Dämpferrohr 14 nach außen abgedichtet. In dieser Ausführungsform ist Dichtring 58 an Unterschale 51 angespritzt.
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Ein zweiter äußerer statischer Dichtring 59 ist an der Innenseite des Abrollkolbens 5 vorgesehen. Dieser ist in einer Nut des Schenkels der Oberschale 52 hin zum Abrollkolben 5 vorgesehen. Mittels diesem Dichtring 59 wird der Luftfederinnendruck entlang des Abrollkolbens 5 nach außen abgedichtet. Auch in dieser Ausführungsform ist Dichtring 59 an Oberschale 52 angespritzt.
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Zusätzlich ist zwischen Unterschale 51 und Oberschale 52 in einem dafür vorgesehenem Raum angeordnet ist ein dynamischer Dichtring 60 vorbesehen. Dieser Raum wird durch den oberen Tritt der Oberschale 52 und entsprechender Formgebung der Unterschale 58 gemäß der 2 begrenzt. Aufgrund dessen, dass zwischen Unterschale 51 und Oberschale 52 die Drehbewegung des Dichtsystems 50 stattfindet, ist mittlerer Dichtring 60 dynamischen Einflüssen ausgesetzt und dient entsprechend der Abdichtung des Luftfederinnendrucks entlang der Unterschale 51 und Oberschale 52 nach außen.
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Durch die beispielsgemäße Drehbeweglichkeit der Oberschale 52 gegenüber der Unterschale 51 und in Verbindung mit dem beispielsgemäß positioniertem dynamischen Dichtring 60 wird Abrollkolben 5 druckdicht und torsionsfähig gegenüber Dämpferrohr 14 gelagert. Hiermit werden die Torsionseinflüsse auf den Rollbalg vermindert, was die Lebensdaher des gesamten Luftfederbeins verlängert.
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Unterschale 51 und Oberschale 51 sind aus einem Kunststoff gefertigt.
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3 zeigt im Ausschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Luftfederbeins mit einem Dichtsystem 50.
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Auch in diesem Ausführungsbeispiel steht Abrollkolben 5 über Dichtsystem 50 auf Stützring 55, wobei sich der Arbeitsraum 10 der Luftfeder bis zum unteren Endabschnitt 54 des Abrollkolben 5 erstreckt.
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In diesem Ausführungsbeispiel umfasst Dichtsystem 50 ebenfalls eine an der Mantelfläche des Dämpferrohrs 14 anliegende Unterschale 51 und eine an einem unteren Endabschnitt 54 des Abrollkolbens 5 innenseitig anliegende Oberschale 52. Oberschale 52 umgibt Unterschale 51 in radialer Ausrichtung.
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Unterschale 51 unterscheidet sich in diesem Ausführungsbeispiel gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 2 darin, dass der Schenkel zusätzlich eine vergrößerte Nut für den dynamischen Dichtring 60 ausformt. Zusammen mit der Innenseite des Schenkels der Oberschale 52 wird der Raum für die dynamische Dichtung 60 begrenzt. Dichtring 60 aus elastomeren Material kann bspw. als X-Ring ausgeführt sein.
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In diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich auch Oberschale 52 gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 2 darin, dass die Nut für den äußeren statischen Dichtring 59 oberhalb des dynamischen Dichtrings 60 vorgesehen ist und hierzu eine entsprechend vergrößerte Nut hin zur Innenseite des Abrollkolbens 5 bereitstellt.
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Im Detail weist Unterschale 51 einen axialen Schenkel auf, mittels welchem diese an der Mantelfläche des Dämpferrohrs 14 anliegt. An dieser Stelle ist Unterschale 51 fest mit Dämpferrohrs 14 bspw. durch Presspassung verbunden. Zudem erstreckt sich vom unteren Ende des Schenkels radial nach außen ein umlaufender Ringanschlag 56. Mittels Ringanschlag 56 liegt Unterschale 51 auf Stützring 55 auf.
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Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass auf Ringanschlag 56 der Unterschale 51 liegend eine Gleitscheibe 53 vorgesehen ist, sodass diese in axialer Richtung zwischen Ringanschlag 56 der Unterschale 51 und Ringanschlag 57 der Oberschale 52 angeordnet ist. Gleitscheibe 53 verringert die Reibung zwischen Unterschale 51 und Oberschale 52, sodass diese aufeinander reibungsarm drehen können. Dadurch wird die Torsionseigenschaft des Dichtsystems 50 unterstützt.
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Äquivalent zum ersten Ausführungsbeispiel liegt auch hier eine Umspritzung der Ringanschläge 56 und 57 vor. Dabei sind Unterschale 51 und Oberschale 52 jeweils aus einem Kunststoff gefertigt.
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Bezugszeichenliste
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- 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
- 18
- Klemmring
- 19
- Faltenbalg
- 50
- Dichtsystem
- 51
- Unterschale
- 52
- Oberschale
- 53
- Gleitscheibe
- 54
- Endabschnitt Abrollkolben
- 55
- Stützring
- 56
- Ringanschlag
- 57
- Ringanschlag
- 58
- Dichtring
- 59
- Dichtring
- 60
- Dichtring
- 61
- Umspritzung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006008704 A1 [0002]
