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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 103 02 495 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 der Innenseite des Abrollkolbens bis hin zu der unteren Befestigung des Abrollkolbens am Dämpferrohr. Um die auf den Abrollkolben wirkende Torsion auszugleichen und zugleich eine ausreichende Abdichtung des Arbeitsraumes zu gewährleisten, wird gemäß dem genannten Stand der Technik ein torsionsdynamisches Dichtsystem eingesetzt.
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Solch ein Dichtsystem umfasst einen Gummi-Metall-Verbund, bestehend aus einer Innen- und Außenhülse, wobei zwischen den metallischen Hülsen ein Elastomerkörper anvulkanisiert ist.
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Nachteilig ist bei einem radialen Gummi-Metall-Verbund gemäß der
4 der
DE 103 02 495 A1 , dass aufgrund des Innendrucks in dem Arbeitsraum ein Durchdrücken des Elastomers nach außen erfolgt. Dadurch wirkt eine Belastung auf den Elastomerkörper ein, welche zu einem Versagen des Gummi-Metall-Verbunds führen kann.
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Zudem bestimmt auch der Luftfederinnendruck die Eigenschaften eines axialen Gummi-Metall-Verbundes gemäß der
2 und
3 der
DE 103 02 495 Al, bei welchen die Torsionsfähigkeit gegenüber einem radial Verbund verschlechtert ist und zudem in axialer Erstreckung mehr Platz bedarf.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Luftfederbein mit einem torsionsdynamischen Dichtsystem bereitzustellen, bei welchem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden, eine verbesserte Torsionseigenschaft erzielt und die Lebensdauer des Dichtsystems verlängert wird.
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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 befestigtes Stützlager vorgesehen ist, welches einen sich radial erstreckenden Ringanschlag aufweist, 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 eine an dem Dämpferrohr anliegende Innenhülse und einen die Innenhülse radial umgebenden und mit dieser zusammenvulkanisierten Elastomerkörper umfasst, wobei das Dichtsystem ein weiteres Hülsenteil umfasst, welches die Innenhülse und den Elastomerkörper radial umgibt und mit dem Elastomerkörper zusammenvulkanisiert ist, wobei das Hülsenteil auf dem Ringanschlag angeordnet ist und von dem Ringanschlag abgestützt wird.
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Vorteilhafterweise ist gegenüber dem Stand der Technik ein äußeres Hülsenteil des Dichtsystems auf dem Stützring angeordnet. Dadurch wird das Dichtsystem als Ganzes in axialer Richtung von dem Stützlager bzw. seinem Ringanschlag abgestützt. Somit wird dem im Abrollkolben wirkendem Innendruck entgegengewirkt und ein Durchdrücken des Elastomerkörpers in effektiver Weise verhindert, wodurch die Lebensdauer des Gummi-Metall-Verbundes gesteigert ist.
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Als Endabschnitt des Abrollkolbens wird das untere Ende bzw. der Bereich des Abrollkolbens verstanden, welcher über das Dichtsystem mit dem Dämpferrohr verbunden ist. Dabei steht die Innenseite des Abrollkolbens mit einem äußeren Teil des Dichtsystems im Flächenkontakt.
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Bevorzugt ist zwischen dem Hülsenteil und dem Ringanschlag eine Gleitscheibe vorgesehen. Die Gleitscheibe verringert die Reibung zwischen dem Hülsenteil und dem Stützlager, um somit das Verdrehmoment durch den Luftfederinnendruck so gering wie möglich zu halten. Zugleich dient die Gleitscheibe zur Verminderung des Torsionsmoments auf den Luftfederbalg.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hülsenteil eine Außenhülse, welche innenseitig an dem Endabschnitt des Abrollkolbens anliegt. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Dichtsystem eine Innen- und Außenhülse, wobei diesen beiden Hülsen der Elastomerkörper vorgesehen ist und mit den Hülsen zusammenvulkanisiert ist. Um eine effektive Abstützung des Abrollkolbens zu erwirken und ein Herausdrücken des Elastomerkörpers zu verhindern, ist die Außenhülse auf dem Ringanschlag des Stützlagers angeordnet und wird dabei in axialer Richtung abgestützt.
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Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Hülsenteil ein Einleger, welcher in dem Elastomerkörper vorgesehen ist. Bevorzugt unterteilt der Einleger den Elastomerkörper in eine innere und eine äußere Spur. Besonders bevorzugt umfasst das Dichtsystem zudem eine Außenhülse, welche innenseitig an dem Endabschnitt des Abrollkolbens anliegt und mit der äußeren Spur zusammenvulkanisiert ist. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Dichtsystem daher eine Innen- und Außenhülse, wobei dazwischen ein in eine innere und äußere Spur unterteilter Elastomerkörper mit einem Einleger vorgesehen ist. Zur effektiven Abstützung des Abrollkolbens und Verhinderung eines Herausdrückens des Elastomerkörpers, ist der Einleger auf dem Ringanschlag des Stützlagers angeordnet und wird dabei in axialer Richtung abgestützt. Hierbei wird der Elastomerkörper im Dichtsystem in axialer Richtung besser gelagert und dem im Abrollkolben wirkendem Innendruck entgegengewirkt. Damit wird die Lebensdauer des Gummi-Metall-Verbundes verlängert.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Außenhülse eine umlaufende Nut mit einem Dichtring auf. Dadurch wird die mit dem Abrollkolben verpresste Außenhülse druckdicht gegenüber dem Luftfederinnendruck abgedichtet.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Innenhülse eine umlaufende Nut mit einem Dichtring auf. Dadurch wird die mit dem Dämpferrohr verpresste Innenhülse druckdicht gegenüber dem Luftfederinnendruck abgedichtet.
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Das Stützlager beider Dichtsysteme weist nach einer bevorzugten Ausführungsform einen sich axial erstreckenden Schenkel auf, wobei die Innenhülse auf dem Schenkel angeordnet ist und von dem Schenkel abgestützt wird. Hierbei liegt eine weitere axiale Abstützung des Dichtsystem und des Abrollkolbens vor.
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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 gemäß dem Stand der Technik,
- 2 im Ausschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Luftfederbeins mit einem Dichtsystem, und
- 3 im Ausschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Luftfederbeins mit einem Dichtsystem.
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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.
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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 kann Außenführung 7 durch einen im Arbeitsraum 10 vorgesehenen Innenspannring 12 am Rollbalg 6 verklemmt werden.
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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.
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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 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.
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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.
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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 Umfangsrichtung aufnehmen kann. Damit werden Torsionseinflüsse auf den Rollbalg vermindert.
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Dichtsystem 50 umfasst hierzu eine an der Mantelfläche des Dämpferrohrs 14 anliegende Innenhülse 51 und eine an einem unteren Endabschnitt 54 des Abrollkolbens 5 innenseitig anliegende Außenhülse 52. Außenhülse 52 umgibt Innenhülse 51 in radialer Ausrichtung. Innenhülse 51 und Außenhülse 52 sind vorzugweise aus einem metallischen Werkstoff, können aber auch aus einem Kunststoff bestehen. Die Befestigung von Innenhülse 51 am Dämpferrohr 14, sowie von Außenhülse 52 am Endabschnitt 54 des Abrollkolbens 5 erfolgt durch eine jeweilige Presspassung, welche nicht drehbeweglich ist.
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An Innenhülse 51 ist eine zu der Mantelfläche des Dämpferrohrs 14 gerichtete umlaufende Nut mit einem darin befindlichen inneren Dichtring 57 vorgesehen, sodass eine druckdichte Abdichtung zwischen Dämpferrohr 14 und Innenhülse 51 erfolgt. Desgleichen, ist eine zur Innenseite des Endabschnitts 54 des Abrollkolbens 5 gerichtete umlaufende Nut mit einem darin befindlichen äußeren Dichtring 58 an Außenhülse 52 vorgesehen, sodass eine druckdichte Abdichtung zwischen Abrollkolben und Außenhülse 52 erfolgt. Dichtringe 57 und 58 haben eine statische Dichtfunktion und werden nicht dynamisch beansprucht.
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Zusätzlich umfasst Dichtsystem 50 einen Elastomerkörper 53, welcher maßgeblich die torsionsdynamische Eigenschaft des Dichtsystems 50 ermöglicht. Elastomerkörper 53 ist zwischen Innenhülse 51 und Außenhülse 52 angeordnet und mit diesen zusammenvulkanisiert. Dadurch ist ein Gummi-Metall-Verbund geschaffen.
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Dichtsystem 50 wird über ein am Dämpferrohr 14 befestigtes Stützlager 55 in axialer Richtung abgestützt. Stützlager 55 ist mit einem sich axial erstreckenden Schenkel 63 bspw. durch Verschweißen oder Verpressen am Dämpferrohr 14 befestigt. Zudem bildet Stützlager 55 einen sich radial erstreckenden Ringanschlag 62 aus, welcher zur Abstützung des Dichtsystems 50 dient.
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Auf Ringanschlag 62 liegend ist eine Gleitscheibe 56 vorgesehen, sodass diese in axialer Richtung zwischen Dichtsystem 50 bzw. Außenhülse 52 und Stützlager 55 angeordnet ist. Gleitscheibe 56 verringert die Reibung zwischen Außenhülse 52 und Stützlager 55, um das Verdrehmoment durch den Luftfederinnendruck so gering wie möglich zu halten. Zugleich wird mittels Gleitscheibe 56 die Torsionseigenschaft des Dichtsystems 50 unterstützt, da Außenhülse 52 reibungsarm auf Gleitscheibe 56 gleiten kann.
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In diesem Ausführungsbeispiel liegt Innenhülse 51 am Schenkel 63 des Stützlagers 55 auf und wird damit von diesem abgestützt. Zugleich liegt Außenhülse 52 auf Gleitscheibe 56 auf und wird von dieser bzw. vom Stützlager 54 abgestützt. Aufgrund dessen, dass Außenhülse 52 fest mit dem unterem Endabschnitt 54 des Abrollkolbens 5 verpresst ist, erfolgt hierdurch eine Abstützung des Abrollkolbens 5.
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Mittels dem ausgestrecktem Ringanschlag 55, auf welchem die Außenhülse 52 aufliegt, erfolgt eine effektive Abstützung des gesamten Dichtsystems 50, welche dem auf Elastomerkörper 53 wirkenden Innendruck entgegenwirkt. Dadurch wird Dichtsystem 50 weniger belastet und ein Durchdrücken des Elastomerkörpers 53 verhindert.
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3 zeigt im Ausschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Luftfederbeins 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 liegt ebenfalls Innenhülse 51 mit innerem Dichtring 57 am Dämpferrohr 14 an und Außenhülse 52 liegt mit äußerem Dichtring 58 an der Innenseite des Abrollkolbens 5 an. Innenhülse 51 stützt sich wie in 2 am axial erstreckenden Schenkel 63 des Stützlagers 55 ab bzw. liegt auf diesem auf.
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Im Unterschied wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Einleger 58 im Elastomerkörper vorgesehen. Durch Einleger 58 wird Elastomerkörper in eine innere Spur 59 und eine äußere Spur 60 unterteilt. Einleger 58 ist eine ringförmige Hülse, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff oder auch aus Kunststoff, wobei beide Spuren 59 und 60 mit dem Einleger 58 zusammenvulkanisiert sind.
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Optional kann Einleger 58 auch in mehrere segmentierte Ringe geteilt sein.
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In diesem Ausführungsbeispiel stützt sich Einleger 58 auf Gleitscheibe 56 drehbeweglich ab, welche auf Ringanschlag 62 des Stützlagers 55 gelagert ist. Hierzu bildet Einleger 58 am Auflagepunkt einen verdickten Fuß aus, wie er in seiner Form der 3 zu entnehmen ist.
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Einleger 58 hat den Vorteil, dass Außenhülse 52 durch die äußere Spur 60 axial kleine Höhenveränderung tolerieren kann. Des Weiteren kann durch die andere Gummispur 59 konstruktiv ein größerer radialer Abstand zwischen Dämpferrohr 14 und Endabschnitt 54 des Abrollkolbens 5 abgedichtet werden. Zudem ermöglicht eine zusätzliche Gummispur eine noch torsionsweichere Lagerung. Eine weitere Unterteilung des Elastomerkörpers in mehr als zwei Spuren ist ebenfalls möglich.
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Dadurch, dass Einleger 58 die Abstützung des Dichtsystems 50 übernimmt, wird ebenfalls ein Durchdrücken des Elastomerkörpers verhindert.
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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
- 17
- Stützring
- 18
- Klemmring
- 19
- Faltenbalg
- 20
- Dichtsystem
- 50
- Dichtsystem
- 51
- Innenhülse
- 52
- Außenhülse
- 53
- Elastomerkörper
- 54
- Endabschnitt Abrollkolben
- 55
- Stützlager
- 56
- Gleitscheibe
- 57
- innerer Dichtring
- 58
- äußerer Dichtring
- 59
- Einleger
- 60
- Innere Spur
- 61
- Äußere Spur
- 62
- Ringanschlag
- 63
- Schenkel
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10302495 A1 [0002, 0007]
- DE 10302495 [0008]
