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Die Erfindung betrifft eine Luftfeder eines Fahrzeugs, mit einem schlauchförmigen Rollbalg aus einem elastomeren Werkstoff, welcher an seinen beiden axialen Endabschnitten jeweils unter Ausbildung einer Doppelfalte mittels jeweilig eines Spannrings druckdicht an einem Klemmsitz eines Luftfederdeckels beziehungsweise eines Luftfederkolbens befestigt ist, und welcher mit seinem deckelseitigen Endabschnitt an einer äußeren Abrollkontur eines radial außen über dem deckelseitigen Spannring angeordneten Formrings anliegt.
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Luftfedern, die zwischen einem Bauteil einer Fahrzeugachse, wie einem Achsträger, einem Querlenker oder einem Längslenker, und einem tragenden Bauteil einer Fahrzeugkarosserie, wie einem Fahrzeugrahmen oder einem Karosserieholm, angeordnet sind, weisen beispielsweise einen Luftfederdeckel, einen Luftfederkolben und einen druckdicht an diesen befestigten Rollbalg aus einem elastomeren Werkstoff auf. Zur Befestigung des Rollbalgs sind der Luftfederdeckel und der Luftfederkolben jeweils mit einem zylindrischen oder konischen Klemmsitz versehen, auf die der Rollbalg jeweils mit dem betreffenden Endabschnitt aufgeschoben und durch einen außen aufgelegten sowie gespannten Spannring kraftschlüssig, bei einer Konturierung der Klemmsitze und der Spannringe auch formschlüssig fixiert ist. Sofern der axiale Abstand des Luftfederdeckels zum Luftfederkolben weitgehend der Einbauhöhe der Luftfeder entspricht, bildet der Rollbalg im belüfteten Zustand im Bereich seiner Endabschnitte jeweils eine aus einer Innenfalte und einer außenliegenden Rollfalte bestehende Doppelfalte aus.
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Der Luftfederkolben weist üblicherweise einen längeren zylindrischen Abschnitt mit einer äußeren Abrollkontur auf, wogegen bei dem Luftfederdeckel, der eine deutlich geringere Bauhöhe aufweist, häufig keine Abrollkontur vorhanden ist. Beim Einfedern und Ausfedern der Luftfeder wird der axiale Abstand des Luftfederdeckels zum Luftfederkolben reduziert oder vergrößert, wobei der an die Innenfalte angrenzende kolbenseitige Abschnitt des Rollbalgs unter axialer Verlagerung der Rollfalte auf der Abrollkontur des Luftfederkolbens abrollt.
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Um eine Beschädigung des deckelseitigen Endabschnittes des Rollbalgs beim Einfedern und Ausfedern durch Knicken oder Abrollen auf einem scharfkantigen Spannring zu vermeiden, wird radial außen über dem deckelseitigen Spannring häufig ein Formring mit einer konischen äußeren Abrollkontur angeordnet, an beziehungsweise auf welcher der an die Innenfalte angrenzende deckelseitige Abschnitt des Rollbalgs anliegt und beim Ein- und Ausfedern der Luftfeder unter axialer Verlagerung der Rollfalte materialschonend abrollt.
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In der
DE 10 2007 027 834 A1 ist eine Luftfeder mit einem in Einbaulage obenliegenden Luftfederdeckel und einem untenliegenden Luftfederkolben beschrieben, bei der radial außen über einem deckelseitigen Spannring ein Formring mit einer konischen, konkav gewölbten äußeren Abrollkontur angeordnet ist, an welcher der an die betreffende Innenfalte angrenzende deckelseitige Abschnitt des Rollbalgs anliegt. Der Formring weist einen geringeren Innendurchmesser auf als der Außendurchmesser des Spannrings und ist unter elastischer Aufweitung auf den Spannring aufgepresst. Die Montage dieses Formrings ist daher schwierig und relativ aufwendig.
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Aus der
DE 10 2009 003 829 A1 ist eine Luftfeder mit einem in Einbaulage obenliegenden Luftfederkolben und einem untenliegenden Luftfederdeckel bekannt, bei dem der Rollbalg von einer rohrzylindrischen Außenführung und einem Faltenbalg umgeben ist. Der Rollbalg ist mittels Spannringe am Luftfederkolben und am Luftfederdeckel befestigt. Der Faltenbalg ist oben am Außenrand des Luftfederkolbens und unten an einem umlaufenden Bord der Außenführung befestigt. Radial außen über dem deckelseitigen Spannring ist ein Formring mit einer konischen, kegelförmig geformten äußeren Abrollkontur aufgesetzt, an welcher der an die betreffende Innenfalte angrenzende deckelseitige Abschnitt des Rollbalgs anliegt. Bedingt durch Fertigungstoleranzen und unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der benachbarten Bauteile kann sich zwischen dem deckelseitigen Spannring und dem Formring ein Ringspalt bilden, welcher zu einer radialen Verlagerung des Formrings aus einer koaxialen Mittellage führen kann. Dadurch kommt es beim Einfedern und Ausfedern der Luftfeder zu einer asymmetrischen Belastung und Verformung des Rollbalgs, welche zu einer Beschädigung des Rollbalgs und einem vorzeitigen Defekt an der Luftfeder führen können.
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Schließlich sind in der
DE 10 2016 212 824 A1 zwei Ausführungen einer Luftfeder mit einem in Einbaulage obenliegenden Luftfederkolben und einem untenliegenden Luftfederdeckel beschrieben, bei der der Luftfederkolben zweiteilig ausgebildet ist und einen Kolbendeckel sowie eine Klemmhülse aufweist. Die Außenwand der Klemmhülse bildet die Abrollkontur des Luftfederkolbens. Die Klemmhülse ist mit einer konischen Innenwand unter Einspannung eines kolbenseitigen Abschnittes des Rollbalgs auf eine konische Außenwand des Kolbendeckels aufgepresst. Radial außen über dem deckelseitigen Spannring ist ein Formring mit einer konischen, konvex gewölbten äußeren Abrollkontur aufgesetzt, an welcher der an die betreffende Innenfalte angrenzende deckelseitige Abschnitt des Rollbalgs anliegt. Wie bei der zuvor beschriebenen Luftfeder kann sich auch bei diesen Ausführungen der Luftfeder zwischen dem deckelseitigen Spannring und dem Formring ein Ringspalt ausbilden, welcher zu einer radialen Verlagerung des Formrings aus einer erwähnten koaxialen Mittellage führen kann.
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Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder eines Fahrzeugs der eingangs genannten Bauart derart weiterzubilden, dass eine radiale Verlagerung eines nicht aufgepressten Formrings aus einer koaxialen Mittellage desselben auf einfache und kostengünstige Weise verhindert ist.
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Diese Aufgabe ist durch eine Luftfeder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
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Die Erfindung betrifft eine Luftfeder eines Fahrzeugs, mit einem schlauchförmigen Rollbalg aus einem elastomeren Werkstoff, welcher an seinen beiden axialen Endabschnitten jeweils unter Ausbildung einer Doppelfalte mittels jeweilig eines Spannrings druckdicht an einem Klemmsitz eines Luftfederdeckels beziehungsweise eines Luftfederkolbens befestigt ist, und welcher mit seinem deckelseitigen Endabschnitt an einer äußeren Abrollkontur eines radial außen über dem deckelseitigen Spannring angeordneten Formrings anliegt.
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Um eine radiale Verlagerung des Formrings aus ihrer koaxialen Mittellage zu verhindern, ist vorgesehen, dass die Luftfeder einen Zentrierring aus einem elastisch verformbaren und unter Druck fliessfähigen Material aufweist, dass der an der Mitte der Profilbreite des Zentrierrings gemessene Ringdurchmesser des Zentrierrings dem Mittelwert aus dem Außendurchmesser des deckelseitigen Spannrings und dem Innendurchmesser des Formrings entspricht, dass die Profilbreite des Zentrierrings größer ist als die größte im Betrieb des Fahrzeugs auftretende Breite eines Ringspalts, welcher zwischen dem deckelseitigen Spannring und dem Formring ausgebildet ist, und dass der Zentrierring im Bereich des Ringspaltes in radialer Richtung der Luftfeder zwischen dem deckelseitigen Spannring und dem Formring sowie in axialer Richtung der Luftfeder an dem deckelseitigen Endabschnitt des Rollbalgs angeordnet ist
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Bei belüfteter Luftfeder wird der elastisch verformbare Zentrierring durch den auf den deckelseitigen Endabschnitt des Rollbalgs wirkenden Luftdruck in den Ringspalt zwischen dem deckelseitigen Spannring und dem Formring gedrückt, wobei sich der Querschnitt des Zentrierrings durch elastische und plastische Verformung an die Kontur und radiale Breite des Ringspaltes anpasst. Durch das Eindringen des Zentrierrings in den Ringspalt weist dieser über den Umfang eine gleichgroße Breite auf, so dass der Formring dadurch sicher in der koaxialen Mittellage in Bezug zur Längsachse der Luftfeder zentriert ist. Hierdurch ist eine asymmetrische Belastung und Verformung des Rollbalgs beim Einfedern und Ausfedern der Luftfeder auf einfache und kostengünstige Weise zuverlässig verhindert.
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Der Zentrierring besteht bevorzugt aus einem Gummimaterial, welches die erforderlichen Eigenschaften aufweist und kostengünstig herstellbar ist.
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Der Zentrierring weist bevorzugt einen kreisrunden Profilquerschnitt auf, da diese Querschnittsform das Eindringen des Zentrierrings in den Ringspalt zwischen dem deckelseitigen Spannring und dem Formring unterstützt und einfach herstellbar ist. Da ein handelsüblicher O-Ring die erforderlichen Eigenschaften besitzt und kostengünstig verfügbar ist, wird bevorzugt ein derartiger O-Ring als Zentrierring verwendet.
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Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel beigefügt. In dieser zeigt
- 1 eine erfindungsgemäße Luftfeder in einer teilweisen Querschnittsansicht gemäß dem Ausschnitt A der 2,
- 2 die Luftfeder gemäß 1 in einer die gesamte Luftfeder darstellenden Querschnittsansicht,
- 3 einen erfindungswesentlichen unteren Einspannbereich der Luftfeder mit einem in einen Ringspalt eingesetzten Zentrierring, und
- 4 der Zentrierring gemäß 3 in seinem unverformten Zustand.
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Eine in 2 als gesamtes Bauteil und in 1 in einem vergrößerten Ausschnitt A der 2 abgebildete Luftfeder 2 weist einen in Einbaulage oben angeordneten Luftfederkolben 4, einen unten angeordneten Luftfederdeckel 6 und einen an diesen befestigten, aus einem elastomeren Werkstoff bestehenden Rollbalg 8.
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Der Luftfederkolben 4 weist eine topfförmige Gestalt mit einer relativ hohen zylindrischen Seitenwand 10 mit einem axialen Innenrand 12 und einem axialen Außenrand 14 sowie einer gegenüber dem Außenrand 14 nach innen abgesetzten, oben angeordneten Bodenwand 16 auf. Am Innenrand 12 ist der Luftfederkolben 4 radial außen mit einem weitgehend zylindrischen Klemmsitz 18 zu Befestigung des Rollbalgs 8 versehen. Daran anschließend weist der Luftfederkolben 4 außen an der Seitenwand 10 eine sich axial nach außen hin umfangsseitig erweiternde konische Abrollkontur 20 für das Abrollen des Rollbalges 8 auf. Am axialen Außenrand 14 des Luftfederkolbens 4 ist ein ringförmiges Anschlussteil 22 zur Abstützung der Luftfeder 2 an einer Fahrzeugkarosserie befestigt.
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Der unten angeordnete Luftfederdeckel 6 weist eine topfförmige Gestalt mit einer mittleren Bodenwand 24, einer gegenüber der mittleren Bodenwand 24 radial nach innen abgesetzten, relativ niedrigen zylindrischen Seitenwand 26 sowie einer nach außen abgesetzten zentralen Bodenwand 28 auf. Die zylindrische Seitenwand 26 des Luftfederdeckels 6 ist radial außen als ein weitgehend zylindrischer Klemmsitz 32 zu Befestigung des Rollbalgs 8 ausgebildet. Die zentrale Bodenwand 28 des Luftfederdeckels 6 ist mit einem mittig angeordneten Befestigungsblock 30 versehen, der zur Befestigung der Luftfeder 2 an einem Bauteil einer Fahrzeugachse dient, und in den hierzu zum Beispiel eine Gewindebohrung eingearbeitet werden kann.
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Der Rollbalg 8 weist eine schlauchförmige Grundform auf und ist mit seinen beiden axialen Endabschnitten 34, 40 jeweils unter Bildung einer Doppelfalte 36, 38; 42, 44 auf die Klemmsitze 18, 32 des Luftfederkolbens 4 beziehungsweise des Luftfederdeckels 6 aufgeschoben und mittels jeweils eines aufgesetzten und dann gespannten Spannringes 46, 48 an dem Luftfederkolben 4 und dem Luftfederdeckel 6 befestigt. Die Doppelfalten des Rollbalgs 8 bestehen jeweils aus einer am Innenrand der Spannringe 46, 48 angeordneten Innenfalte 36, 42 und einer außenliegenden Rollfalte 38, 44. Beim Einfedern und Ausfedern der Luftfeder 2 rollt der an den kolbenseitigen Spannring 46 angrenzende Abschnitt des Rollbalgs 8 unter Verlagerung der Rollfalte 38 auf der Abrollkontur 20 des Luftfederkolbens 4 ab.
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An dem Luftfederdeckel 6 ist hierzu radial außen ein Formring 50 mit einer konischen, konvex gewölbten äußeren Abrollkontur 52 auf die mittlere Bodenwand 24 und den deckelseitigen Spannring 48 aufgesetzt. Dadurch rollt der an den deckelseitigen Spannring 48 angrenzende Abschnitt des Rollbalgs 8 beim Einfedern und Ausfedern der Luftfeder 2 unter Verlagerung der Rollfalte 44 auf der Abrollkontur 52 des Formrings 50 ab.
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Zur radialen Führung des Rollbalgs 8 ist eine rohrzylindrische Außenführung 54 koaxial über dem Rollbalg 8 angeordnet und mittels eines Innenspannrings 56 an diesem befestigt. Um die Luftfeder 2 insbesondere im Bereich der Endabschnitte 34, 40 des Rollbalgs 8 vor Schmutz, Steinschlag und Spritzwasser zu schützen, ist ein Faltenbalg 58 vorgesehen, der den Luftfederkolben 4, den Luftfederdeckel 6, den Rollbalg 8 sowie die Außenführung 54 überdeckt, und der an dem Außenrand 14 des Luftfederkolbens 4 sowie auf Höhe des Innenspannrings 56 an der Außenführung 54 befestigt ist.
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Zwischen dem deckelseitigen Spannring 48 und dem Formring 50 kann sich ein besonders gut in den 1 und 3 erkennbarer Ringspalt 60 bilden, dessen Breite sich aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der benachbarten Bauteile 6, 48, 50 im Fahrbetrieb ändern kann. Der Ringspalt 60 kann zu einer radialen Verlagerung des Formrings 50 aus der koaxialen Mittellage führen, wodurch es beim Einfedern und Ausfedern der Luftfeder 2 zu einer ungünstigen asymmetrischen Belastung und Verformung des Rollbalgs 8 kommen kann.
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Zur Vermeidung einer radialen Verlagerung des Formrings 50 aus der koaxialen Mittellage ist ein Zentrierring 62 vorgesehen, welcher aus einem elastisch verformbaren und unter Druck fliessfähigen Material besteht. Der Zentrierring 62 weist einen an der Mitte seiner Profilbreite DP gemessene Ringdurchmesser DR auf, der in etwa dem Mittelwert aus dem Außendurchmesser des deckelseitigen Spannrings 48 und dem Innendurchmesser des Formrings 50 entspricht. Gemeint ist also nicht der Innendurchmesser und auch nicht der Außendurchmesser des Zentrierrings 62, sondern der Durchmesser DR mit Bezug zur radial dazwischen liegenden Mitte des Zentrierrings 62. Die Profilbreite DP des Zentrierrings 62 ist dabei größer als die größte im Fahrbetrieb des Fahrzeugs auftretende Breite B des Ringspaltes 60.
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Der Zentrierring 62 ist zwischen dem balgseitigen Rand des Ringspaltes 60 und dem deckelseitigen Endabschnitt 40 des Rollbalgs 8 angeordnet. Bei belüfteter Luftfeder 2 wird der Zentrierring 62 durch den auf den deckelseitigen Endabschnitt 40 des Rollbalgs 8 wirksamen Luftdruck in den Ringspalt 60 gedrückt, wobei sich der Querschnitt des Zentrierrings 62 durch elastische und plastische Verformung an die Kontur des Ringspaltes 60 anpasst. Durch das Eindringen des Zentrierrings 62 in den Ringspalt 60 weist dieser über den Umfang eine gleichgroße Breite auf, sodass der Formring 50 dadurch sicher in der koaxialen Mittellage zentriert ist. Hierdurch ist eine asymmetrische Belastung und Verformung des Rollbalgs 8 beim Einfedern und Ausfedern der Luftfeder 2 auf einfache und kostengünstige Weise zuverlässig verhindert.
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Bei dem Zentrierring 62 handelt es sich bevorzugt um einen handelsüblichen O-Ring, der aus Gummi besteht und einen kreisrunden Profilquerschnitt aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Luftfeder
- 4
- Luftfederkolben
- 6
- Luftfederdeckel
- 8
- Rollbalg
- 10
- Seitenwand des Luftfederkolbens
- 12
- Innenrand des Luftfederkolbens
- 14
- Außenrand des Luftfederkolbens
- 16
- Bodenwand am Luftfederkolben
- 18
- Klemmsitz am Luftfederkolben
- 20
- Abrollkontur am Luftfederkolben
- 22
- Anschlussteil am Luftfederkolben
- 24
- Mittlere Bodenwand des Luftfederdeckels
- 26
- Zylindrische Seitenwand des Luftfederdeckels
- 28
- Zentrale Bodenwand des Luftfederdeckels
- 30
- Befestigungsblock an der zentralen Bodenwand
- 32
- Klemmsitz
- 34
- Endabschnitt
- 36
- Innenfalte
- 38
- Obere Rollfalte
- 40
- Endabschnitt
- 42
- Innenfalte
- 44
- Untere Rollfalte
- 46
- Kolbenseitiger Spannring
- 48
- Deckelseitiger Spannring
- 50
- Formring
- 52
- Abrollkontur
- 54
- Außenführung
- 56
- Innenspannring
- 58
- Faltenbalg
- 60
- Ringspalt
- 62
- Zentrierring, O-Ring
- A
- Zeichnungsausschnitt
- B
- Breite des Ringspalts
- DP
- Profilbreite des Zentrierrings, Profildurchmesser
- DR
- Ringdurchmesser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007027834 A1 [0005]
- DE 102009003829 A1 [0006]
- DE 102016212824 A1 [0007]
