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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftfedereinheit für Fahrzeuge mit einem Luftfederbein, einem Dämpfer, einer Dämpferkappe, einer Zusatzfeder, einem Zusatzfedertopf, einem eine Dämpferlageraufnahme aufweisenden Luftfederdeckel sowie einer Befestigung des Luftfederbeines im chassisseitigen Fahrzeugdom.
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Derartige Luftfedereinheiten sind bekannt. Hier dient der Zusatzfedertopf einer Luftfeder zur Aufnahme einer Zusatzfeder, die bei großen Federwegen einen elastischen Puffer zwischen der Dämpferkappe und dem Luftfederdeckel ausbildet und somit den Einfederweg begrenzt.
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Beim Anfahren des maximalen Einfederweges des Luftfederbeines werden sehr große Stützkräfte generiert. Der Pfad dieser Kräfte durch das Federbein verläuft vom Dämpfer auf die Dämpferkappe über die Zusatzfeder, den Zusatzfedertopf in das Teil der Dämpferlageraufnahme im Luftfederdeckel und weiter durch den Luftfederdeckel in die Befestigung des Luftfederbeines im chassisseitigen Fahrzeugdom. Um diese großen Kräfte im Luftfederdeckel aufnehmen und durchleiten zu können, müssen der Bereich des Übergangs der Dämpferlageraufnahme zu den chassisseitigen Befestigungselementen und der Bereich der Zusatzfederaufnahme mit dicken Materialwandstärken ausgeführt werden. Dabei ist insbesondere der Anschlagbereich der Zusatzfeder und des Dämpferlagers aus Festigkeitssicht kritisch. Der zylindrische Bereich der Dämpferlageraufnahme ist deutlich weniger kritisch und könnte daher mit weniger Materialeinsatz hergestellt werden. Da aber die Aufnahme des Dämpferlagers im zylindrischen Bereich und im Anschlagbereich des Dämpferlagers üblicherweise aus einem Teil hergestellt wird, muss dann das gesamte Bauteil aus dickem Material hergestellt werden. Diese ganzheitliche dicke Materialstärke ist nachteilig bezüglich der Menge an eingesetztem Material und bezüglich des hohen Aufwandes, dieses dicke Material entsprechend bei der Luftfederdeckelherstellung zu verformen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die in Bezug auf die Aufnahme und Durchleitung von Kräften besonders gute Eigenschaften aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Zusatzfedertopf im Bereich der Anlagefläche der Zusatzfeder eine Vielzahl von sich zur Seite der Zusatzfeder hin von radial außen zur Mitte hin erstreckenden Versteifungssicken aufweist.
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Erfindungsgemäß wird der Zusatzfedertopf sehr steif und fest ausgeführt. Dies geschieht nicht über eine hohe Wandstärke, sondern auf erfindungsgemäße Weise über eine den Belastungen angepasste Versickung. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Versteifungssicken erstrecken sich über den Umfang des Zusatzfedertopfes verteilt von außen radial zur Mitte hin, d. h. die Versteifungssicken sind im scheibenförmigen Boden des Zusatzfedertopfes angeordnet und erstrecken sich zur Seite der Zusatzfeder hin. Hierdurch wird ein Ausbeulen des scheibenförmigen Bodens des Zusatzfedertopfes im Belastungsfall, bei dem die Zusatzfeder von der Dämpferkappe stark gegen den Boden des Zusatzfedertopfes gedrückt wird, vermieden bzw. reduziert.
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Gleichzeitig wird die Anbringung und Gestaltung der Versteifungssicken auf erfindungsgemäße Weise als Element zur Kennliniengestaltung der Luftfeder genutzt. Der mit der Zusatzfederanordnung erzielte Puffer ist in Verbindung mit seinem Einsatzpunkt und seiner Kennlinie ein Element der Kennliniengestaltung (Kraft-Einfederweg-Kurve) der Luftfeder. Dabei ist für eine gute Fahrdynamik insbesondere ein weiches Einsetzen der Zusatzfeder in Verbindung mit einer sanften Progression vorteilhaft, weil dadurch einerseits der Übergang zwischen dem Einfedern ohne Zusatzfederwirkung zum Einfedern mit Zusatzfederwirkung unmerklich geschieht und andererseits die Steigerung der Federkraft des Gesamtmoduls über einen aus Bauraumgründen begrenzten Einfederweg hinreichend stark erfolgt.
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Zur Realisierung des weichen Einsatzes der Zusatzfeder gibt es eine Reihe von Maßnahmen, wie eine Querschnittsverjüngung der Zusatzfeder (Konus- bzw. Zapfenform), Aussparungen im Bereich der Anschlaglippe etc.).
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Erfindungsgemäß kommt es nunmehr durch die besondere Gestaltung der Versteifungssicken des Bodens des Zusatzfedertopfes ohne die besondere Gestaltung der Anschlagflächen der Zusatzfeder zu einem analogen Effekt des weichen Einsetzens der Zusatzfederwirkung, ohne dass dafür besondere Gestaltungselemente der Zusatzfeder erforderlich wären. Das erweitert die Gestaltungsmöglichkeit der Spritzkavitäten bei der Zusatzfederherstellung, ermöglicht eine bessere Kombinierbarkeit zu Mehrfachnestern und senkt damit die Herstellungskosten.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Versteifungssicken werden somit eine Versteifung der Anprallfläche und eine Darstellung eines weichen Einsatzes der Zusatzfederkennlinie mittels der gleichen technischen Maßnahme erreicht. Hierdurch lässt sich die Zusatzfeder besonders einfach gestalten, so dass geringere Herstellungskosten anfallen, und es wird eine Materialersparnis im Zusatzfedertopf sowie beim Bauteil mit Dämpferlageraufnahme erreicht.
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Der Zusatzfedertopf weist einen scheibenförmigen Boden und einen hiervon herabhängenden Rand auf. In der Mitte des Bodens befindet sich eine Öffnung für den Durchtritt der Kolbenstange des Federbeines. Zumindest ein Bereich des Bodens des Zusatzfedertopfes bildet die Anlagefläche für die Zusatzfeder.
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In erfinderischer Weise ist der Zusatzfedertopf nun so gestaltet, dass der erste Kontakt zwischen Zusatzfeder und Zusatzfedertopf an den versteifenden Sicken des Bodens des Zusatzfedertopfes stattfindet. Bei weiterem Einfedern des Federbeines kommt es dann durch die mit der Zusatzfederkompression einhergehende radiale Aufweitung der Zusatzfeder zum Kontakt derselben mit dem Rand des Zusatzfedertopfes. Dieser Kontakt ist durch radiale Ausdehnungsbewegungen dominiert und somit dadurch gekennzeichnet, dass es nur zu geringen Relativbewegungen kommt, die akustisch und verschleißmäßig unproblematisch sind.
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Die erfinderische Ausführung des Randes des Zusatzfedertopfes ist daher vorzugsweise glatt. Die glatte Gestaltung führt dazu, dass es zu keiner Verhakung der Zusatzfeder im Zusatzfedertopf kommt und dass der Zusatzfedertops die radiale Ausdehnung der Zusatzfeder bei großer axialer Kompression so kammert, dass der gewollte progressive Kennlinienverlauf ohne die ungewollten Relativbewegungen zustande kommt.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, ist die Anschlagfläche der Zusatzfeder am Zusatzfedertopf vorzugsweise glatt ausgebildet. Einer speziellen Ausgestaltung bedarf es aufgrund der vorgesehenen Versteifungssicken des Bodens des Zusatzfedertopfes nicht.
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Vorzugsweise nimmt die Tiefe bzw. Höhe der Versteifungssicken von radial außen zur Mitte hin ab.
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In Weiterbildung der Erfindung besitzt der Zusatzfedertopf einen zentrischen, von der Zusatzfeder wegweisenden Kragen, der das Federbein mit Abstand umfasst. Diese Ausführungsform stellt eine Kombination der Ausformung des Zusatzfedertopfes mit den vorstehend beschriebenen radial verteilten Versteifungssicken mit einem zentrischen, von der Zusatzfeder wegweisenden Kragen dar, der die Kolbenstange hinreichend weit beabstandet umfassend in das entsprechende Loch des Teiles der Dämpferlageraufnahme mittig hineinpasst. Dort kann er umlaufend oder zum Teil umlaufend verschweißt oder anderweitig zur Verbindungsherstellung genutzt werden.
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Dieser besondere Verbindungsort trägt dem Lastpfad Rechnung. Die großen Druckkräfte, die im Zusammenhang mit der Kompression der Zusatzfeder auf den Boden des Zusatzfedertopfes wirkend entstehen, werden mittels des großflächigen Kontaktes zwischen dem Boden des Zusatzfedertopfes und dem Aufnahmeteil für das Dämpferlager übertragen. Die viel kleiner ausfallenden Zugkräfte, die beim Ziehen an der Kolbenstange des Dämpfers nach unten vom Dämpferlager in die Kontaktfläche der Dämpferlageraufnahme übertragen werden müssen, können durch das mit geringer Wandstärke dimensionierte Teil der Dämpferlageraufnahme alleine getragen werden. Die Art der Verbindung zwischen Zusatzfedertopf und Dämpferlageraufnahme und der Zusatzfedertopf selbst müssen hierfür keinen Beitrag leisten.
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Verwendung findet die Luftfedereinheit in einem Fahrwerk, vorzugsweise in einem Luftfedersystem, für ein Kraftfahrzeug.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Vertikalschnitt durch einen Teil einer Luftfedereinheit;
- 2 eine räumliche Darstellung eines Zusatzfedertopfes der Luftfedereinheit; und
- 3 einen Vertikalschnitt durch den Zusatzfedertopf der 2.
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1 zeigt eine Kolbenstange 2 eines Dämpfers einer Luftfedereinheit, die sich bis zu einem Dämpferlager im oberen Teil der Darstellung erstreckt, das von einem Aufnahmeteil 9 für das Dämpferlager umgeben ist. Einzelheiten des Dämpferlagers spielen für die Erfindung keine Rolle, so dass diese daher nicht im Einzelnen beschrieben werden.
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Die Kolbenstange 2 ist von einer Zusatzfeder 1 umgeben. Diese Zusatzfeder 1 bildet bei großen Federwegen einen elastischen Puffer zwischen der Dämpferkappe und dem Luftfederdeckel und begrenzt somit den Einfederweg. Die Zusatzfeder 1 hat etwa eine konische Form und verjüngt sich in der Figur von oben nach unten. Sie umgibt die Kolbenstange 2 mit geringfügigem Abstand.
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Der obere Bereich der Zusatzfeder 1 ist in einem Zusatzfedertopf 3 angeordnet, der in den 2 und 3 im Detail dargestellt ist. Der Zusatzfedertopf 3 hat einen Boden 6 und einen hiervon herabhängenden Rand 7. Mit dem Boden 6 des Zusatzfedertopfes 3 steht das Aufnahmeteil 9 für das Dämpferlager in Kontakt.
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Der Zusatzfedertopf 3 besitzt einen glatten zylindrischen Rand 7, der in einen scheibenförmigen Boden 6 übergeht. In den Boden 6 des Zusatzfedertopfes 3 sind in 2 von oben nach unten, d.h. in Richtung zur Zusatzfeder 1, die der Topf 3 aufnimmt, Sicken 5 eingeprägt, die im Abstand voneinander um den Umfang des Zusatzfedertopfes 3 angeordnet sind und deren Tiefe sich radial zum Rand hin vergrößert.
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Im mittleren Bereich weist der Zusatzfedertopf 3 ein rundes Loch 8 auf, durch das sich die Kolbenstange 2 mit Abstand erstreckt. Das Loch 8 wird von einem Kragen 4 umgrenzt, der sich in Richtung des Aufnahmeteiles 9 für das Dämpferlager erstreckt.
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Die radial im Boden 6 des Zusatzfedertopfes 3 eingeprägten Sicken 5 bilden einzelne Stege, mit denen die glatt ausgebildete Oberseite der Zusatzfeder 1 in Kontakt steht bzw. tritt. Die radial nach innen abnehmende Sickentiefe folgt dem Belastungsniveau, das durch die Verpressung der Zusatzfeder beim Andrücken zwischen Dämpferkappe und Zusatzfedertopf in der Richtung von außen radial nach innen entsteht. Durch diese Wahl der Sickenform und -höhe wird ein Ausbeulen des scheibenförmigen Bodens des Zusatzfedertopfes für den Belastungsfall verringert, bei dem die Zusatzfeder 1 von der Dämpferkappe stark gegen den Boden 6 des Zusatzfedertopfes 3 gedrückt wird.
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Darüber hinaus kommt es durch die besondere Anordnung und Gestaltung der Versteifungssicken 5 im Boden 6 des Zusatzfedertopfes 3 zu einem weichen Einsetzen der Zusatzfederwirkung, ohne dass dafür eine besondere Gestaltung der Anschlagflächen der Zusatzfeder 1 erforderlich ist.
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Der Rand 7 des Zusatzfedertopfes 3 ist glatt gestaltet, was dazu führt, dass es zu keiner Verhakung der Zusatzfeder 1 im Zusatzfedertopf 3 kommt und dass der Zusatzfedertopf 3 die radiale Ausdehnung der Zusatzfeder 1 bei großer axialer Kompression so kammert, dass der gewollte progressive Kennlinienverlauf ohne eine ungewollte Relativbewegung zwischen Kolbenstange 2 und Zusatzfeder 1 zustande kommt.
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Der zentrische, von der Zusatzfeder 1 wegweisende Kragen 5, der die Kolbenstange 2 hinreichend weit beabstandet umfasst, kann zur Verbindungsherstellung mit anderen Bauteilen benutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zusatzfeder
- 2
- Kolbenstange
- 3
- Zusatzfedertopf
- 4
- Kragen
- 5
- Sicke
- 6
- Boden
- 7
- Rand
- 8
- Loch
- 9
- Aufnahmeteil
