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Die Erfindung betrifft eine Luftfeder gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und ein Verfahren zur Herstellung einer Luftfeder gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Verfahrensanspruchs.
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Luftfedern oder Luftfederbeine, die zwischen einem Fahrwerk und einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs eingespannt werden und einen Rollbalg aufweisen, welcher wiederum zwischen einem Deckel und einem Abrollkolben befestigt ist, sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Die Luftfeder steht im Betrieb unter einem inneren Überdruck und der Rollbalg rollt bei Federbewegungen unter Bildung einer Rollfalte auf der Außenfläche des konzentrischen Abrollkolbens ab. Zur Ausdehnungsbegrenzung wird der Rollbalg von einer hülsenförmigen Außenführung umschlossen.
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Beispielhaft ist aus der
DE 10 2010 036 365 A1 eine Luftfeder bekannt, deren Außenführung mittels einem in den Rollbalg eingelegten Metallring befestigt wird. Die Außenführung wird mittels Durchmesserreduktion indirekt gegen den Metallring gepresst. Nachteilig bei dieser Befestigungsart ist aber, dass der Metallring zunächst in den Rollbalg eingebracht werden muss. In der Regel ist der Durchmesser des Metallrings größer als der Balgdurchmesser, sodass der Ring nicht ohne Weiteres in den Balg eingelegt werden kann. Wie ein im Durchmesser größerer Ring in den Balg eingebracht wird, ist bspw. aus der
DE 10 2006 052 314 A1 bekannt.
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Eine aus einem Metall gefertigte Außenführung ist aus der
DE 10 2010 036 365 A1 bekannt, während eine aus einem Kunststoff gefertigte Außenführung aus der
DE 101 19 363 A1 bekannt ist. Aus Metall gefertigte Außenführungen sind kostenintensiver als Kunststoff-Außenführungen und deren Herstellungsprozess ist aufwendig und teuer. Auf der anderen Seite sind Metall-Außenführungen stabiler, beständiger und können größere Kräfte aufnehmen.
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Eine besondere Art von Außenführung ist zudem aus der
DE 10 2016 216 910 A1 bekannt. Dort wird eine geteilte Außenführung mit einem ersten und einem zweiten Außenführungsteil verwendet, wobei der Rollbalg zwischen diesen beiden Teilen eine Torsionsfalte ausbildet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und eine leichte sowie stabile Außenführung einer Luftfeder bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Luftfeder mit einer hybriden Außenführung zur Verfügung zu stellen.
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Die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird eine Luftfeder für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend einen elastomeren Rollbalg, welcher druckdicht zwischen zwei Anschlussteilen der Luftfeder befestigt ist, wodurch ein mit Druckluft befüllter volumenelastischer Druckraum begrenzt ist und der Rollbalg unter Ausbildung einer Rollfalte an einem der Anschlussteile abrollt, wobei der Rollbalg zumindest bereichsweise von einer Außenführung umschlossen ist, wobei die Außenführung mittels einem innenseitig an dem Rollbalg vorgesehenen Spannring gehalten wird, wobei die Außenführung mehrteilig aus einzelnen Elementen ausgeführt ist, zumindest umfassend ein Befestigungsmittel und ein erstes Außenführungsteil, wobei das Befestigungsmittel aus einem Metall und das erste Außenführungsteil aus einem Kunstsoff gefertigt ist.
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In Vorteilhafterweise wird eine hybride Außenführung eingesetzt, welche die Vorteile der gewählten Materialien kombiniert. Das aus einem Metall, bspw. einem Stahl oder Aluminium, gefertigte Befestigungsmittel erfüllt die Festigkeitsanforderungen zur Verpressung der Außenführung gegen den Spannring. Dadurch ist die Außenführung ausreichend stabil um mittels dem Spannring in Position gehalten zu werden. Das aus einem Kunststoff, bspw. einem Thermoplast oder Duroplast, hergestellte erste Außenführungsteil erfüllt die Gewichtsanforderungen. Es ist gegenüber einem Metall-Außenführungsteil leichter und kann dennoch den Rollbalg in seiner radialen Ausdehnung begrenzen. Folglich führt die Materialkombination gegenüber dem Stand der Technik zu einer leichteren und dennoch stabilen Außenführung.
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Bevorzugt umfasst die Außenführung ein zweites Außenführungsteil, wobei das zweite Außenführungsteil aus einem Kunststoff gefertigt ist. Es bietet sich an, an dem Befestigungsmittel ein weiteres Außenführungsteil aus einem Kunststoff vorzusehen, um das Gesamtgewicht weiter zu reduzieren. Je mehr das Befestigungsmittel in seiner Längserstreckung auf das notwendige Maß verkürzt ist und die beiden Außenführungsteile, je nach Anwendungsfall, größtmöglich dimensioniert werden, kann Gewicht eingespart werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Befestigungsmittel durch den Spannring kraft- und/oder formschlüssig an dem Rollbalg befestigt. Als Spannring wird vorzugweise ein Runddrahtring verwendet. Dadurch wirken die Klemmkräfte im Randbereich der Klemmung weniger schädlich auf den Balg ein. Aber auch die gängige Rechteckform eines Spannring findet Anwendung. Der Formschluss wird durch am Befestigungsmittel nach innen gerichtete Wölbungen bewirkt, welche durch Stauchung des Befestigungsmittels an definierten Stellen erzeugt werden. Sie spannen den Spannring in axialer Richtung von oben und unten ein, sodass die Außenführung an dem Rollbalg festgehalten wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Befestigungsmittel einen ersten Falz, wobei das erste Außenführungsteil einen weiteren Falz umfasst, wobei der Falz des ersten Außenführungsteils in den ersten Falz des Befestigungsmittels eingesteckt ist. Die Verbindung von dem Befestigungsmittel zu dem ersten Außenführungsteil erfolgt durch zwei Falze, welche ineinandergesteckt sind. Da es sich um rotationssymmetrische Teile handelt, liegt ein in Umfangsrichtung verlaufender Kanalfalz vor, welcher einen Formschluss zwischen dem Befestigungsmittel und dem ersten Außenführungsteil bewirkt. Durch diesen sind die beiden Elemente miteinander verbunden.
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Vorzugsweise umfasst das Befestigungsmittel einen zweiten Falz, wobei das zweite Außenführungsteil einen weiteren Falz umfasst, wobei der Falz des zweiten Außenführungsteils in den zweiten Falz des Befestigungsmittels eingesteckt ist. Auf die gleiche Art und Weise wie das erste Außenführungsteil ist auch das zweite Außenführungsteil mit dem Befestigungsmittel verbunden. Auch hier liegt ein Kanalfalz vor, welcher einen Formschluss zwischen dem Befestigungsmittel und dem zweiten Außenführungsteil bewirkt.
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Die Wölbungen des Befestigungsmittels sind zudem derart platziert, dass diese die Falze der Außenführungsteile bedecken, wodurch diese fest in den Falzen des Befestigungsmittels gehalten werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Luftfeder für ein Kraftfahrzeug, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen eines drucklosen mit einem Innenspannring versehenen Balg,
- - Erzeugen einer mehrteiligen Außenführung umfassend ein Befestigungsmittel aus einem Metall und ein erstes Außenführungsteil aus einem Kunststoff.
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Die erfindungsgemäße Luftfeder wird mit einer hybriden Außenführung versehen, indem zunächst ein hülsenförmiges Befestigungsmittel bereitgestellt wird, welches aus einem Metall erzeugt wird. Zudem besteht die Außenführung aus zumindest einem hülsenförmigen Außenführungsteil, welches aus einem Kunststoff erzeugt wird. Die so hergestellte Außenführung weist ein geringes Gewicht auf, ist aber gleichzeitig im Klemmbereich äußerst stabil.
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Bevorzugt sieht das Verfahren die folgenden Schritte vor:
- - Tiefziehen des Befestigungsmittels, sodass an einem ersten Rand ein erster Falz erzeugt wird,
- - Urformen des ersten Außenführungsteils derart, dass an einem Rand des ersten Außenführungsteils ein weiterer Falz erzeugt wird, welcher in den ersten Falz des Befestigungsmittels eingespritzt wird.
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Zwecks Verbindung des Befestigungsmittels mit dem ersten Außenführungsteil, wird ein Rand des Befestigungsmittels durch einen Tiefziehprozess umgeschlagen. Der Umschlag erfolgt um 180° nach innen, sodass ein erster Falz erzeugt ist. In den ersten Falz des Befestigungsmittels wird das erste Außenführungsteil gespritzt. Hierbei wird ebenfalls ein weiterer Falz an dem ersten Außenführungsteil erzeugt, welcher in den Falz des Befestigungsmittels eingreift. Weiterhin wird der Rest des hülsenförmigen ersten Außenführungsteils durch den Spritzprozess hergestellt. Dieser erstreckt sich hülsenförmig von seinem Falz weg.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die weiteren Schritte:
- - Erzeugen der mehrteiligen Außenführung weiter umfassend ein zweites Außenführungsteil aus einem Kunststoff;
- - Tiefziehen des Befestigungsmittels, sodass an einem zweiten Rand ein zweiter Falz erzeugt wird,
- - Urformen des zweiten Außenführungsteil derart, dass an einem Rand des zweiten Außenführungsteils ein weiterer Falz erzeugt wird, welcher in den zweiten Falz des Befestigungsmittels eingespritzt wird.
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Das zweite Außenführungsteil wird auf die gleiche Art und Weise wie das erste Außenführungsteil erzeugt. Es wird ein Falz gespritzt, welcher in den zweiten Falz des Befestigungsmittels reinläuft und es wird weiterhin der hülsenförmige Teil des zweiten Außenführungsteils durch Spritzgießen erzeugt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die weiteren Schritte:
- - Positionierung der Außenführung über den Balg, sodass das Befestigungsmittel deckungsgleich zu dem Innenspanring ausgerichtet ist,
- - Verpressen des Befestigungsmittel gegen den Innenspannring, sodass die Außenführung kraft- und/oder formschlüssig mit dem Balg verbunden ist.
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Nachdem die Kunststoff-Außenführungsteile in Verbindung mit dem Befestigungsmittel hergestellt sind, wird die gesamte Außenführung über den Rollbalg geschoben. Sobald sich das Befestigungsmittel über dem Innenspannring befindet, wird dieses von außen mit einer Klemmmaschine gegen den Innenspannring gepresst, wodurch die charakteristischen Wölbungen erzeugt werden.
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Vorzugweise werden noch folgende Schritte durchgeführt:
- - Befestigen des Balgs mit zumindest zwei Anschlussteile der Luftfeder vorab der Positionierung der Außenführung über den Balg,
- - Druckbeaufschlagung des Balgs, sodass sich dieser zumindest bereichsweise an die Außenführung anlegt, nach dem Verpressen des Befestigungsmittel gegen den Innenspannring.
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Bevor die Außenführung verpresst wird, bietet es sich an den Balg an die zwei Anschlussteile zu befestigen und nach dem Verpressen mit Druck zu beaufschlagen, sodass die Luftfeder fertiggestellt ist.
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Verwendung findet die Luftfeder in einem Luftfedersystem eines Kraftfahrzeugs. Wird die erfindungsgemäße Luftfeder mit einem integrierten Stoßdämpfer kombiniert, handelt es sich um ein Luftfederbein.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Figuren.
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Es zeigen
- 1 eine beispielsgemäße Luftfeder mit einer Außenführung im Betriebszustand, und
- 2 die Luftfeder mit der Außenführung im drucklosen Zustand.
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Die 1 zeigt eine beispielsgemäße Luftfeder 1 mit ihren wesentlichen Bauteilen. Als ein erstes Anschlussteil dient ein Abrollkolben 2 zur Anbindung an die Fahrzeugkarosserie und als ein zweites Anschlussteil dient ein Deckel 3 zur Anbindung an einen Radträger. Die hier gezeigte Luftfeder 1 befindet sich in der sogenannten „Upside-Down-Lage“. Die Längsachse der Luftfeder 1 ist mit L gekennzeichnet.
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Rollbalg 4 begrenzt mit Abrollkolben 2 und Deckel 3 einen druckdichten, volumenveränderlichen und mit Druckluft befüllten Druckraum 5. Schlauchförmiger Rollbalg 4 ist mit einem ersten Ende am Abrollkolben 2 und mit einem zweiten Ende am Deckel 3 befestigt. Die Befestigung der Rollbalgenden kann entweder durch Anvulkanisation an die Anschlussteile 2 und 3 erfolgen oder die Rollbalgenden werden mit Klemmringen 18 gegen entsprechende Klemmschäfte der Anschlussteile 2 und 3 gepresst. Zudem rollt Rollbalg 4 unter Ausbildung einer Rollfalte 6 auf Abrollkolben 2 ab. Am Deckel 3 wird eine weitere Falte 7 ausgebildet. Rollbalg 4 kann mit Festigkeitsträgern versehen werden, welche in Kreuz- und/oder Axialrichtung verlaufen.
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Die in 1 gezeigte Luftfeder 1 befindet sich im druckbefüllten und betriebsfähigen Zustand. Die Befüllung mit Druckluft erfolgt über Füllanschluss 13. Rollbalg 4 ist zumindest bereichsweise von einer hülsenförmigen Außenführung 8 umschlossen. Außenführung 8 dient als Stützkorsett und begrenzt die seitliche Ausdehnung des Rollbalgs 4. Rollbalg 4 liegt im Wesentlichen mit seiner Außenseite an der Innenseite der Außenführung 8 an, wobei Rollfalte 6 und Falte 7 frei liegen. Außenführungen werden vorzugsweise bei dünnwandigen und fadenverstärkten Rollbälgen eingesetzt um den hohen Innendruck im Druckraum 5 entgegenzuwirken.
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Beispielsgemäß ist Außenführung 8 aus mehreren Elementen ausgeführt. Außenführung 8 umfasst zumindest ein Befestigungsmittel 10 und ein erstes und ein zweites Außenführungsteil 11 und 12. Befestigungsmittel 10 ist einerseits mit erstem Außenführungsteil 11 und andererseits mit zweitem Außenführungsteil 12 verbunden. Die Verbindung des Befestigungsmittel 10 mit den Außenführungsteilen 11 und 12 kann form- und/oder kraftschlüssig erfolgen. Die Elemente der Außenführung 8 sind rotationssymmetrische Teile.
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Gehalten wird Außenführung 8 dadurch, dass an der Innenseite des Rollbalgs 4 ein Spannring 9 platziert wird, gegen welchen Befestigungsmittel 10 von außen verpresst wird. Spannring 9 ist in der zeigten Form als Runddrahtring ausgeführt. Spannring 9 kann auch andere Querschnittsformen aufweisen, wie z. B. eine Rechteckform. Befestigungsmittel 10 wird derart verpresst, dass zwei nach radial innen gerichtete Wölbungen 19 entstehen. Wölbungen 19 sind in Längsrichtung derart platziert, dass diese Spannring 9 von oben und unten umfassen. Somit liegt ein Formschluss zwischen Befestigungsmittel 10 und Spannring 9 vor, welcher dafür sorgt, dass Außenführung 8 in axialer Position gehalten wird. Die kraftschlüssige Verbindung von Befestigungsmittel 10 an Spannring 9 wird durch das Verpressen des Befestigungsmittels 10 erzeugt, indem dessen Durchmesser reduziert wird, sodass das Befestigungsmittel 10 gegen Rollbalg 4 und Spannring 9 gepresst ist.
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Beispielsgemäß ist Befestigungsmittel 10 aus einem Metall gefertigt, bspw. einem Aluminium oder Stahl. Erstes und zweites Außenführungsteil 11 und 12 werden aus einem Kunstsoff gefertigt, bspw. einem Thermoplast oder Duroplast. Dies hat den Vorteil, dass das Befestigungsmittel 10 die nötige Festigkeit mitbringt, damit Außenführung 10 gegen Spannring 9 verpresst werden kann. Außenführungsteile 11 und 12 sind leichter als Metall-Außenführungen, sodass das Gesamtgewicht der Außenführung geringer ist.
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Mit der 2 wird aufgezeigt auf welche Art und Wiese die beispielsgemäße Luftfeder 1 hergestellt wird.
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An Befestigungsmittel 10 ist jeweils ein Falz an den Rändern vorgesehen. Ein erster Falz 14 ist oben in Richtung Abrollkolben 2 vorgesehen und ein zweiter Falz 15 ist unten in Richtung Deckel 3 vorgesehen. Der obere Rand von Befestigungsmittel 10 wird um 180° zu einem Umschlag nach innen umgebördelt. Der untere Rand von Befestigungsmittel 10 wird ebenfalls um 180° zu einem Umschlag nach innen umgebördelt. Das Umschlagen der Ränder erfolgt durch einen Tiefziehprozess. Dadurch entsteht jeweils eine Verfalzung, wodurch Befestigungsmittel 10 mit weiteren Teilen formschlüssig verbunden werden kann.
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Auch erstes Außenführungsteil 11 umfasst einen Falz 16. Falz 16 ist an dem Ende des ersten Außenführungsteils 11 vorgesehen, welches dem Abrollkolben 2 abgewandt ist. Bei dem aus Kunststoff gefertigten ersten Außenführungsteil 11 wird Falz 16 durch ein entsprechendes Formwerkzeug derartig in einem Spritzgussverfahren erzeugt, dass Falz 16 in Falz 14 des Befestigungsmittels 10 eingespritzt wird. Es entsteht ein in Umfangsrichtung verlaufender Kanalfalz, bei welchem der erste Falz 14 des Befestigungsmittels 10 formschlüssig in den Falz 16 des ersten Außenführungsteil 11 eingreift.
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Auch zweites Außenführungsteil 12 umfasst einen Falz 17. Falz 17 ist an dem Ende des zweiten Außenführungsteils 12 vorgesehen, welches dem Deckel 2 abgewandt ist. Bei dem aus Kunststoff gefertigten zweiten Außenführungsteil 12 wird Falz 17 ebenfalls durch ein entsprechendes Formwerkzeug derartig mittels Spritzgießen erzeugt, dass Falz 17 in Falz 15 des Befestigungsmittels 10 eingespritzt wird. Damit wird ein weiterer in Umfangsrichtung verlaufender Kanalfalz erzeugt, bei welchem der zweite Falz 15 des Befestigungsmittels 10 formschlüssig in den Falz 17 des zweiten Außenführungsteil 12 eingreift.
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Durch diese Verbindungen der Außenführungsteile 11 und 12 mit dem Befestigungsmittel 10 ist eine mehrteilige Außenführung 8 geschaffen. Sie ist aus separaten Elementen zusammengesetzt.
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Anschließend wird Außenführung 8 gegen Rollbalg 4 bzw. Spannring 9 verpresst. Hierbei entstehen die nach innen gerichteten Wölbungen an dem Befestigungsmittel 10, welche Außenführung 8 in Position halten. Gleichzeitig schmiegen sich die Wölbungen an die Falze 16 und 17 an, wie es in der 1 zu sehen ist. Dadurch werden Außenführungsteile 11 und 12 in ihrem Eingriff mit den Falzen 14 und 16 des Befestigungsmittels 10 festgehalten.
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Nach der form- und/oder kraftschlüssigen Verpressung der Außenführung 8 erfolgt die Druckbeaufschlagung des Balgs 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftfeder
- 2
- erstes Anschlussteil/Abrollkolben
- 3
- zweites Anschlussteil/Deckel
- 4
- Rollbalg/Balg
- 5
- Druckraum
- 6
- Rollfalte
- 7
- Falte
- 8
- Außenführung
- 9
- Spannring/Innenspannring
- 10
- Befestigungsmittel
- 11
- erstes Außenführungsteil
- 12
- zweites Außenführungsteil
- 13
- Füllanschluss
- 14
- erster Falz
- 15
- zweiter Falz
- 16
- Falz des ersten Außenführungsteils
- 17
- Falz des zweiten Außenführungsteils
- 18
- Klemmring
- 19
- Wölbungen
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010036365 A1 [0003, 0004]
- DE 102006052314 A1 [0003]
- DE 10119363 A1 [0004]
- DE 102016216910 A1 [0005]
