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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftfedereinheit für ein Fahrzeug mit einem Luftfederdeckel, einem Luftfederabrollkolben, einem eine Rollfalte und eine Kardanikfalte bildenden, zwischen Luftfederdeckel und Luftfederabrollkolben angeordneten Balg und einer Außenführung für den Balg, die im Abstand von der Klemmung des Balges am Luftfederdeckel angeordnet ist.
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Außen geführte Luftfedern können vorzugsweise möglichst rein axiale Federbewegungen ertragen. Darüber hinaus gehende Zusatzbewegungen, die als Kardanik und Torsion bezeichnet werden, sind sehr schädlich für die Lebensdauer der Rollfalte. Darum müssen sie mit Ausgleichselementen bestmöglich entkoppelt und somit von der Rollfalte des Luftfederbalges ferngehalten werden.
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Zur Entkopplung sind nach dem Stand der Technik verschiedene Einrichtungen bekannt. Als besonders kostengünstige Lösung ist dabei der Einsatz von Kardanikfalten in Gebrauch.
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Zur Ausbildung einer Kardanikfalte wird die Außenführung der Luftfeder nicht direkt am Luftfederdeckel, sondern vom Deckel beabstandet am Luftfederbalg befestigt. Somit tritt das luftfederdeckelseitige Ende des Rollbalges aus der Außenführung von innen heraus und formt eine Kardanikfalte aus, weil die radiale Stützwirkung der Außenführung bei Austritt des Balges und der Innendruck fehlt. Am deckelseitigen Ende der Kardanikfalte wird diese mit dem Luftfederdeckel verklemmt.
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Die Balgführung nach dem Stand der Technik erfolgt stets so, dass der mit der späteren Rollfalte eine bauliche Einheit bildende obere Balgabschnitt nach Austritt aus der Außenführung unter Ausbildung der Kardanikfalte ohne Umwege in axialer Richtung zur Luftfederdeckelklemmung geführt wird. Erst nach Erreichen der Luftfederdeckelklemmung werden verschieden ausgeführte Verstärkungen der Kardanikfalte, die sich aus verschieden zurückgeklappten Balgteilen oder zusätzlichen ringförmigen Bauteilen zusammensetzen, verwendet.
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Aus dem Stand der Technik Dokument
DE 44 23 884 A1 ist eine Luftfeder-Dämpfer-Einrichtung bekannt, deren Rollbalg unter Bildung eines abgeschlossenen druckbeaufschlagbaren Federvolumens mit seinen beiden Enden an je einem gegeneinander abzufedernden Bauteil dicht befestigt ist. Die Luftfeder-Dämpfer-Einrichtung weist einen Schwingungsdämpfer auf, welcher einen hohlen Dämpferstempel umfasst, der in einen topfförmigen Dämpfungsraum eintaucht, wobei der Dämpfungsraum durch einen Abrollkolben dargestellt ist. Der am Schwingungsdämpfer befestigte Rollbalg rollt unter Ausbildung einer ersten Rollfalte an diesem ab und ist dann um den Abrollkolben umgeschlagen, an welchem der Rollbalg mit einem Spannring befestigt ist und unter Ausbildung einer zweiten Rollfalte an dessen Außenseite abrollt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfedereinheit der angegebenen Art zu schaffen, die eine axial kurz bauende Kardanikfalte aufweist, welche trotz geringen axialen Bauraumes die Elastizität einer hochbauenden Kardanikfalte hat.
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Dabei soll zusätzlich eine sichere Fixierung der Außenführung am Balg gewährleistet sein. Ferner soll die Bauhöhe der Außenführung möglichst optimal als Abrollweg des Balges ausgenutzt und somit der Materialeinsatz für die Außenführung minimiert werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer Luftfedereinheit der angegebenen Art dadurch gelöst, dass sich der Balg von der Rollfalte aus um das luftfederdeckelseitige Ende der Außenführung dieses umschlingend zurück in Richtung Rollfalte erstreckt, danach mit einem Spannring gegen die Außenführung von außen positioniert verklemmt ist und nach Verlassen des Spannringes auf der rollfaltenseitigen Unterseite desselben wieder in Richtung Luftfederdeckelklemmung hochgeschlagen und unter Ausbildung der Kardanikfalte in Richtung Luftfederdeckelklemmung geführt ist. Durch unterschiedliche geometrische Höhen der Spannringe auf der Außenführung bzw. durch eine unterschiedlich beabstandete Positionierung der Spannringe gegenüber dem luftfederdeckelseitigen Ende der Außenführung können auf erfinderische Weise bei ansonsten gleichem Abstand zwischen der luftfederdeckelseitigen Oberkante der Außenführung und dem Deckel unterschiedliche Höhen der sich ausbildenden Kardanikfalte realisiert werden. Auf diese Weise können somit unterschiedliche Höhen der Kardanikfalte eingestellt werden.
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Diese besondere Art der Balgführung sorgt entsprechend der gewählten geometrischen Verhältnisse für einen Beginn der Kardanikfalte rollfaltenseitig unterhalb des luftfederdeckelseitigen Endes der Außenführung beginnend auf der Außenseite der Außenführung. Diese Art des Beginns der Kardanikfalte rollfaltenseitig unterhalb des deckelseitigen Endes der Außenführung hat folgende Vorteile:
- Es ist eine Verbindung zwischen Außenführung und Balg möglich, die ein Abrollen des Balges bis zum luftfederdeckelseitigen Ende der Außenführung möglich macht. Dies ist zwar auch bei anderen Verbindungen mit einem Klemmring auf die Außenführung von außen möglich, jedoch nicht in Kombination mit den nachfolgend genannten Vorteilen.
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Der am weitesten Richtung Luftfederdeckel mögliche Ablösepunkt der Rollfalte wird größtenteils in den axialen Bauraum der Kardanikfalte verschoben. Damit verschachtelt sich der axial erforderliche Bauraum der Kardanikfalte und der Abrollfläche der Außenführung ineinander, was bei einer Balgführung nach dem Stand der Technik, wo diese axialen Bauräume stets übereinander angeordnet sind, nicht der Fall ist.
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Eine Vergrößerung der axialen Bauhöhe der Kardanikfalte mit entsprechend besserer Fähigkeit, kinematische Zusatzbewegungen auf die Luftfeder von den axialen Anteilen zu entkoppeln, muss wegen der Verschachtelung nicht auf Kosten des gesamten axialen Bauraumes erfolgen. Vielmehr wird durch eine Positionierung des Austrittspunktes des Balges aus der rollfaltenseitigen Unterkante des Spannringes tiefer (näher zum Abrollkolben hin) eine vom insgesamt beanspruchten axialen Bauraum weitgehend unabhängige Vergrößerung der Bauhöhe der Kardanikfalte erreicht.
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Die Belastung der Außenführungsklemmung ändert sich grundlegend. Die per Konstruktion vorhandene Umschlingung zwischen Balg und Außenführung an deren luftfederdeckelseitigem Ende übernimmt einen großen Anteil der Ausreißfestigkeit. Von der Klemmung muss nur noch der von der Kardanikfalte radial nach außen gerichtete Zug übernommen werden. Dies ist einfach durch eine entsprechende Wanddicke des Spannringes umsetzbar.
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Die Außenführung muss wie bei einer Klemmung von außen nicht mehr plastisch verformt werden. Damit können für die Außenführung Materialien zum Einsatz kommen, die kein ausgeprägtes plastisches Verhalten bei großen Deformationen besitzen, wie höherfeste Aluminiumlegierungen oder Kunststoffe. Höherfeste Aluminiumlegierungen erlauben die Ausführung der Außenführung mit dünneren Wandstärken, was eine Gewichtsersparnis zur Folge hat. Der Einsatz von Kunststoffen erlaubt eine kostengünstigere Herstellung der Außenführungen und bringt einen signifikanten Gewichtsvorteil mit sich. Insbesondere wird der Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen oder bandagierten Bauformen der Außenführung möglich.
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Die erfindungsgemäß konzipierte Luftfedereinheit ermöglicht somit die Ausbildung einer Kurzkardanikfalte, die gegenüber den Luftfedereinheiten des Standes der Technik eine Vielzahl von Vorteilen aufweist.
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Die erfindungsgemäß konzipierte Luftfedereinheit ist vorzugsweise für eine chassisseitige Anordnung des Luftfederdeckels und eine fahrwerksseitige Anordnung des Luftfederabrollkolbens ausgebildet. Hierbei handelt es sich um eine sogenannte „Downside-down-Anordnung“. Eine solche Anordnung kann auch in umgekehrter Weise Verwendung finden. Hierbei ist die Luftfedereinheit für eine chassisseitige Anordnung des Luftfederabrollkolbens und eine fahrwerksseitige Anordnung des Luftfederdeckels ausgebildet. Dabei handelt es sich um eine sogenannte „Upside-down-Anordnung“.
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Eine solche „Upside-down-Anordnung“ wird oft in Verbindung mit einer fahrwerksseitigen doppelten Rollfalte verwendet. Bei einer derartigen Ausführungsform kann daher ebenfalls eine Kurzkardanikfalte des erfindungsgemäßen Konzeptes Anwendung finden.
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Auch kann der Spannring der Kardanikfalte beispielsweise mit unterschiedlicher radialer Wandstärke ausgeführt werden, um eine besondere radiale Festigkeit gegenüber Belastungen durch den Balg in der Luftfedereinheit, insbesondere kurz vor dem Bersten der Luftfeder, zu erhalten.
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Auch kann auf dem luftfederdeckelseitigen Ende der Außenführung ein Zwischenelement angeordnet sein, das durch seine besondere Form den Kontaktdruck zwischen dem Rollbalg und dem Ende der Außenführung flächiger verteilt und somit eine mechanische Verletzung des Balges verhindert.
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Die festigkeitsmäßig dominante Verbindung zwischen Balg und Außenführung kann auch durch andere Verfahren hergestellt werden, wie beispielsweise adhäsive Verbindungstechniken (Kleben) oder weitere Klemmungen, auch von der Innenseite der Außenführung her.
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Was das luftfederdeckelseitige Ende der Außenführung betrifft, so kann dieses auf besondere Weise ausgeformt sein. Beispielsweise kann hierbei ein nach innen oder nach außen gerichteter Kragen angeformt sein, um ein axiales Verrutschen des Spannringes der Kurzkardanikfalte gegenüber der Außenführung zu erschweren bzw. um die Kontaktkraft zwischen der Außenseite des Balges und der Außenführung beim Umschlingen des Balges des luftfederdeckelseitigen Endes der Außenführung zu mindern.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich der Klemmung zwischen Spannring und Außenführung im dem Spannring zugewandten Bereich der Außenführung und/oder im der Außenführung zugewandten Bereich des Spannringes Konturelemente angeordnet sind. Solche Konturelemente sind beispielsweise Zähne, Rillen oder umlaufende Taschen. Hierdurch wird die Festigkeit der Klemmverbindung verstärkt.
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Auch kann der die Kardanikfalte ausbildende Balg als Umbuckbalg oder Hybridbalg ausgebildet sein.
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Ferner kann der die Kardanikfalte ausbildende Balg als homogen konfektionierter Balg, beispielsweise als Kreuzlagenbalg, oder als Axialbalg oder als Balg mit veränderlichem Fadenwinkel ausgebildet sein.
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Der bei einigen Balgtypen vorhandene inhomogene Balgabschnitt, beispielsweise der Übergang vom Rollbalg zum verstärkten Balgteil des Umbuckbalges oder Hybridbalges oder der Übergangsbereich zwischen einem rollfaltenseitigen und einem kardanikfaltenseitigen vorherrschenden Fadenwinkel, kann auf erfinderische Weise vorzugsweise zwischen dem luftfederdeckelseitigen Ende der Außenführung und dem Austrittspunkt des Balges an der rollfaltenseitigen Unterkante des Spannringes der Kurzkardanikfalte angeordnet sein. Diese Positionierung ist besonders vorteilhaft, weil der Luftfederbalg in diesem Bereich nur eine dichtende, aber keine dynamische Funktion hat.
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Bei noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Kardanikfalte zumindest teilweise von innen durch ein zusätzliches Bauteil dichtend ausgekleidet. Ein solches zusätzliches Bauteil kann ein den Innendruck gut verteilendes elastisches Bauteil sein, das je nach Bedarf durch Festigkeitsträger oder Fasern verstärkt ist. Durch dieses Bauteil wird die Berstdruckfestigkeit der Kurzkardanikfalte verbessert.
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„Dichtende Auskleidung“ soll hierbei heißen, dass im Wesentlichen kein Innendruck zwischen das zusätzliche Bauteil und den Luftfederbalg gelangen soll. Die Dichtwirkung kann dabei durch Verklemmen unter die benachbarten Klemmungen oder stoffliches oder adhäsives Verbinden erreicht werden.
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Die vorstehend erwähnte bevorzugte Ausführungsform, bei der das luftfederdeckelseitige Ende der Außenführung einen nach innen oder außen gerichteten Kragen aufweist, hat einen weiteren Vorteil. Durch die Kombination der Spannringpositionierung an der nach außen gerichteten Aufkragung mit der Positionierung des Spannringes gegen diese Aufkragung wird ein Formschluss der Spannringklemmung gegen die nach Umschlingung verbleibende Vertikalbelastung der Klemmung erzeugt. Damit können Maßnahmen zur Steigerung der Klemmungsfestigkeit, wie sie bei einer normalen Kardanikfalte nach dem Stand der Technik meist erforderlich sind (Konturierungen, Rillen, Zähne etc.), entfallen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Luftfedereinheit nach dem Stand der Technik;
- 2 einen Längsschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Luftfedereinheit einer ersten Ausführungsform;
- 3 eine Ansicht wie in 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine Ansicht wie 2 einer dritten und vierten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 eine Ansicht wie in 2 einer fünften und sechsten Ausführungsform der Erfindung;
- 6 eine Ansicht wie in 2 einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
- 7 eine Ansicht wie in 2 einer achten Ausführungsform der Erfindung;
- 8 eine Ausführungsform wie in 2 einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
- 9 eine Ansicht wie in 2 einer zehnten Ausführungsform der Erfindung; und
- 10 eine Ansicht wie in 2 einer elften und zwölften Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt einen Teil einer Luftfedereinheit des Standes der Technik in einer Längsschnittansicht. Die Luftfedereinheit besitzt einen Rollbalg 1, der an einem Luftfederabrollkolben 4 verklemmt ist und unter Ausbildung einer Rollfalte 5 an diesem abrollt. Ferner ist der Rollbalg 1 an einem Luftfederdeckel verklemmt, wie bei 3 gezeigt. Der Rollbalg 1 liegt radial innen an einer Außenführung 2 an.
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Diese außen geführte Luftfedereinheit ist zur Durchführung einer rein axialen Federbewegung bestimmt. Um entsprechende Zusatzbewegungen zu entkoppeln und von der Rollfalte 5 des Luftfederbalges 1 fernzuhalten, ist eine Kardanikfalte 6 vorgesehen. Um diese Kardanikfalte 6 auszubilden, ist die Außenführung 2 nicht direkt am Luftfederdeckel, sondern vom Deckel beabstandet am Luftfederbalg 1 befestigt. Somit tritt das deckelseitige Ende des Rollbalges 1 aus der Außenführung 2 von innen heraus in 1 nach oben und formt eine Kardanikfalte 6 aus, weil die radiale Stützwirkung der Außenführung 2 beim Austritt des Balges und der Innendruck fehlen. Bei dieser Ausführungsform des Standes der Technik ist daher die Kardanikfalte 6 zwischen Außenführung 2 und Luftfederdeckelklemmung 3 oberhalb der Außenführung 2 ausgebildet.
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2 zeigt eine beispielsgemäße Ausführungsform einer Luftfedereinheit. Hierbei ist der Balg 1 nach Verlassen der von der Luftfederdeckelklemmung 3 beabstandeten Außenführung 2 zunächst um das deckelseitige Ende der Außenführung 2 umgeschlagen und zurück Richtung Rollfalte 5 geführt, so dass der Balg 1 nach Verlassen des deckelseitigen Endes der Außenführung 2 diese axial zunächst umschlingt, dann mit einem auf die ehemalige Balginnenseite drückenden Spannring 7 gegen die Außenführung 2 von außen positioniert verklemmt und dann erst nach Austritt auf der rollfaltenseitigen Unterseite des Außenführungs-Spannrings 7 wieder in Richtung Luftfederdeckelklemmung 3 hochgeschlagen und unter Ausbildung der Kardanikfalte 6 in Richtung Luftfederdeckelklemmung 3 geführt. Diese besondere Art der Balgführung sorgt entsprechend der geometrischen Verhältnisse für einen Beginn der Kardanikfalte 6 rollfaltenseitig unterhalb des deckelseitigen Endes der Außenführung 2 beginnend auf der Außenseite der Außenführung 2.
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Die in 2 dargestellte Anordnung der Kurzkardanikfalte 6 mit einer chassisseitigen Anordnung des Luftfederdeckels und fahrwerkseitigen Anordnung des Abrollkolbens kann durch Umdrehen bei einer chassisseitigen Anordnung des Abrollkolbens und fahrwerkseitigen Anordnung des Luftfederdeckels Anwendung finden, wie sie in 3 dargestellt ist. Auch hier beginnt die Kardanikfalte 6 rollfaltenseitig unterhalb des deckelseitigen Endes der Außenführung 2, nur umgekehrt zur Ausführungsform der 2.
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Die in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen besitzen ferner eine Außenführung 2, deren deckelseitiges Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Kragen 8 aufweist, um ein axiales Verrutschen des Spannringes 7 gegenüber der Außenführung 2 zu erschweren bzw. um die Kontaktkraft zwischen der Außenseite des Balges 1 und der Außenführung 2 beim Umschlingen des Balges des deckelseitigen Endes der Außenführung 2 zu mindern.
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4 zeigt zwei weitere beispielsgemäße Ausführungsformen einer Luftfedereinheit. Durch unterschiedliche geometrische Höhen der Spannringe 7 auf der Außenführung 2 bzw. durch eine unterschiedlich beabstandete Positionierung der Spannringe 7 gegenüber dem deckelseitigen Ende der Außenführung 2 können bei ansonsten gleichem Abstand zwischen der deckelseitigen Oberkante der Außenführung 2 zum Deckel unterschiedliche Höhen der sich ausbildenden Kardanikfalte 6 realisiert werden.
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Die vorstehend erwähnte Möglichkeit, die Austrittspunkte der Kurzkardanikfalte 6 auf unterschiedliche Art und Weise einzustellen, ist in 5 an zwei weiteren Ausführungsbeispielen dargestellt. Ein identischer Austrittspunkt kann durch eine Beabstandung des Spannrings 7 bei der linken Ausführungsform bzw. durch eine Spannringgeometrie ohne zusätzliche Beabstandung bei der rechten Ausführungsform eingestellt werden. Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform ist der die Kardanikfalte 6 ausbildende Balg 1 als Umbuckbalg ausgeführt. Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform ist der Balg 1 als Hybridbalg ausgebildet. Bei der Ausführungsform der 8 als homogen konfektionierter Balg.
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9 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein inhomogener Balgabschnitt, beispielsweise der Übergang vom Rollbalg (Bereich 1) zum verstärkten Balgteil des Umbuckbalges (Bereich 2) oder Hybridbalges oder der Übergangsbereich zwischen einem rollfaltenseitigen und einem kardanikfaltenseitigen vorherrschenden Fadenwinkel, zwischen dem deckelseitigen Ende der Außenführung 2 und dem Austrittspunkt des Balges 1 an der rollfaltenseitigen Unterkante des Spannringes 7 der Kardanikfalte 6 angeordnet ist.
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10 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Kardanikfalte 6 von innen durch ein zusätzliches, den Innendruck gut verteilendes elastisches Bauteil 9 „dichtend“ belegt ist. Die rechte Abbildung von 10 zeigt einen Fall, bei dem dieses Bauteil 9 die Kardanikfalte 6 nur teilweise „dichtend“ auskleidet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rollbalg
- 2
- Außenführung
- 3
- Luftfederdeckelklemmung
- 4
- Luftfederabrollkolben
- 5
- Rollfalte
- 6
- Kardanikfalte
- 7
- Spannring
- 8
- Kragen
- 9
- Bauteil
