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Die Erfindung betrifft eine Luftfedereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Luftfedereinrichtungen, welche als Luftfedern oder Luftfederbeine zum Einsatz kommen, werden zwischen einem Fahrwerksteil und einem Karosserieabschnitt eines Kraftfahrzeugs eingespannt. Sie weisen einen Rollbalg auf, welcher zwischen einem Deckel und einem Abrollkolben befestigt ist. Die Luftfeder steht im Betrieb unter einem inneren Überdruck und der Rollbalg rollt bei Federbewegungen unter Bildung einer Rollfalte auf der Außenfläche des Abrollkolbens ab. Zur Ausdehnungsbegrenzung wird der Rollbalg von einer hülsenförmigen Außenführung umschlossen.
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Zur endseitigen Befestigung des Rollbalgs an dem Deckel und an dem Abrollkolben werden standardgemäß Spannringe verwendet. Der Endabschnitt des Rollbalgs wird auf einem Klemmgrund des jeweiligen Anbauteils (Deckel und Abrollkolben) geschoben und der Spannring wird auf dem Endabschnitt radial verpresst. Dadurch ist der Rollbalg druckdicht mit dem Deckel und dem Abrollkolben verbunden. Hierbei stellt das radiale Verpressen des Spannrings einen zusätzlichen Montagevorgang dar. Allerdings ist das Klemmen mittels Spannringen mit wesentlichen Nachteilen behaftet. Die Rundheit und die Ebenheit der Spannringe ist nach dem Pressvorgang schlechter. Ein zu starker Klemmvorgang kann die Festigkeitsträger des Rollbalgs beschädigen. Nach dem Klemmen verringert sich zudem die Klemmspannung um den Wert des elastischen Zurückfederns der Klemmpartner (Spannring und Klemmgrund). Ein Klemmverbund aus Spannring und Klemmgrund verliert zudem durch das Kriechverhalten des elastomeren Materials des Rollbalgs über die Zeit an Vorspannung. Ein Nachziehen ist im Betrieb der Luftfedereinrichtungen nicht möglich. So besteht die Gefahr des Herausrutschens des Rollbalgs aus dem Klemmverbund.
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Aus der
DE 10 2016 212 826 A1 ist eine Luftfedereinrichtung mit selbstverstärkender Abdichtung bekannt. Der Rollbalg ist über das obere Ende einer Abrollschale geschlagen und verläuft entlang deren Innenseite. Im unteren Bereich ist die Abrollschale auf einem Trägerabschnitt abgestützt. Der Endabschnitt des Rollbalgs ist zwischen diesem Trägerabschnitt und einer korrespondieren Fläche der Abrollschale eingespannt. Dabei ist die Formgebung des Trägerabschnitts und der Abrollschale aufeinander abgestimmt. Durch diese Art der Klemmung wird auf den Spannring verzichtet. Die eigentliche Dichtwirkung wird im Betrieb durch den Luftfederdruck erzielt. Die auf der Außenseite der Abrollschale aufliegende und abrollende Rollfalte des Rollbalgs erzeugt eine Kraft, welche die Abrollschale gegen den Trägerabschnitt drückt.
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Nachteilig bei dem Ausführungsbeispiel der
DE 10 2016 212 826 A1 gemäß der
6 ist, dass es sehr schwierig ist nach dem aufgesteckten Rollbalg die mechanische Verformung im inneren Bereich des Balges durchzuführen, ohne dabei den Rollbalg zu beschädigen. Des Weitern ist der konische Klemmbereich sehr kurz ausgeführt, sodass beim einem Nachsetzen der Abrollschale im Rahmen der Selbstverstärkung der Rollbalg schnell undicht werden könnte, da sich die wirksame Dichtfläche schnell verringert. Zudem kann sich die Abrollschale durch den kurzen und starren konischen Klemmbereich schnell nach außen aufbiegen und dementsprechend wird die Klemmung undicht, weil sich gesamte Zugkraft der Rollfalte auf eine recht kleine konische Fläche aufteilt. Durch das Fehlen einer radialen Abstützung im unteren Bereich der Abrollschale können kleinste kardanische Bewegungen zu einer Undichtigkeit im sehr kurzen konischen Dichtbereich führen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine Luftfedereinrichtung bereitzustellen, bei welcher die druckdichte Anbindung des Rollbalgs an den Abrollkörper einfach und sicher gelöst ist.
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Erfindungsgemäß wird eine Luftfedereinrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend einen elastomeren Rollbalg welcher druckdicht zwischen einem Luftfederdeckel und einer Abrollschale befestigt ist, wodurch ein mit Druckluft befüllter volumenveränderlicher Druckraum begrenzt ist und der Rollbalg unter Ausbildung einer Rollfalte auf einer Abrollfläche der Abrollschale abrollt, wobei ein Endabschnitt des Rollbalgs zwischen einem Adapterstück und der Abrollschale eingespannt ist, wobei das Adapterstück einen Klemmkonus mit einer Klemmfläche umfasst und die Abrollschale eine Innenfläche umfasst, wobei der Endabschnitt des Rollbalgs zwischen der Klemmfläche und der Innenfläche eingespannt ist, wobei der Klemmkonus zumindest teilweise elastisch nachgiebig ausgeführt ist.
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Der teilweise elastisch nachgiebige Klemmkonus ermöglicht ein stetiges Nachsetzten der Abrollschale im Betrieb der Luftfedereinrichtung. Ein Herausgleiten des zu befestigen Endabschnitt des Rollbalgs wird dadurch verhindert und es wird stets eine ausreichende Klemmkraft aufgebracht.
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Bevorzugt umfasst die Luftfedereinrichtung einen Stoßdämpfer, wobei das Adapterstück an ein Dämpferrohr des Stoßdämpfers befestigt ist. Besonders bevorzugt ist der Klemmkonus hohlzylinderförmig ausgebildet, wobei dieser von dem Dämpferrohr räumlich beabstandet ist. Vorzugsweise umfasst das Adapterstück einen ringförmigen Boden, mittels welchem es an den Stoßdämpfer befestigt ist. Dabei erstreckt sich der Klemmkonus rechtwinklig von dem Boden entlang dem Dämpferrohr. Das Adapterstück mit Boden und davon rechtwinklig erstreckendem Klemmkonus hat eine topfähnliche Form. Es ist bspw. an das Dämpferrohr gasdicht angeschweißt. Durch den Raum zwischen Dämpferrohr und Klemmkonus wird zusätzlich ein Volumen dargestellt, welches zum federwirksamen Arbeitsraum der Luftfedereinrichtung beiträgt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Abrollschale ein innenseitiges umlaufendes Rastmittel. Das Rastmittel verhindert ein Hochrutschen der Abrollschale während der Montage.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Abrollschale einen Verstärkungseinsatz. Ist die Abrollschale bspw. aus einem Kunststoffwerkstoff hergestellt, bietet es sich an im umgeschlagenen Bereich des Rollbalgs einen Verstärkungseinsatz, bspw. einen metallischen Ring, einzusetzen. Dadurch wird die radiale Steifigkeit der Abrollschale im Bereich des umgeschlagenen Rollbalgs verstärkt.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Abrollschale eine Werkzeugaufnahme. Die Werkzeugaufnahme kann eine von außen eingebrachte Nut sein, an welcher ein entsprechendes Werkzeug die Abrollschale greift und bei der Montage nach unten zieht und hält.
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Weiterhin ist die Abrollfläche der Abrollschale vorzugsweise im Wesentlichen zylindrisch geformt. Die Abrollfläche der Abrollschale bestimmt im Wesentlichen die Federeigenschaften der Luftfedereinrichtung. Durch ihre Formgebung wird die Federcharakteristik angepasst. So sind auch andere Konturen als eine Zylinderform für die Abrollschale möglich.
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Verwendung findet die Luftfedereinrichtung in einem Luftfedersystem eines Kraftfahrzeugs.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figur.
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Es zeigt:
- 1 eine beispielsgemäße Luftfedereinrichtung mit einer selbstverstärkenden Verbindung eines Rollbalgs zwischen einem Adapterstück und einer Abrollschale.
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Die 1 zeigt eine beispielsgemäße Luftfedereinrichtung 1 aus einer Luftfeder 2 mit einem integrierten Stoßdämpfer 3. Luftfeder 2 umfasst einen Luftfederdeckel 4 und eine Abrollschale 5, zwischen welchen ein Rollbalg 6 druckdicht eingespannt ist. Innerhalb von Luftfeder 2 ist Stoßdämpfer 3 vorgesehen, wobei Stoßdämpfer 3 ein Dämpferrohr 20 und eine in diesen eintauchbare Kolbenstange 21 umfasst, welche über ein Dämpferlager 19 in Luftfederdeckel 4 aufgenommen ist.
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Rollbalg 6 besteht aus elastomerem Material und begrenzt mit Luftfederdeckel 4 und Abrollschale 5 einen druckdichten und mit Druckluft befüllten volumenveränderlichen Druckraum 7. Hierfür ist schlauchförmiger Rollbalg 6 mit seinem oberen Ende am Luftfederdeckel 4 über einen Klemmring 23 an einen Klemmgrund von Luftfederdeckel 4 druckdicht befestigt. Auf die beispielsgemäße Befestigung des unteren Endes von Rollbalg 6 wird weiter unten eingegangen.
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Bei Relativbewegungen entlang einer Längsachse L von Luftfedereinrichtung 1 zwischen Luftfederdeckel 4 und Abrollschale 5 rollt Rollbalg 6 unter Ausbildung einer Rollfalte 8 auf einer äußeren Abrollfläche 15 von Abrollschale 5 ab. Durch die Konturierung bzw. Formgebung dieser Abrollfläche 15 von Abrollschale 5 wird das Federverhalten von Luftfeder 2 bestimmt. Zudem bildet Rollbalg 6 eine weitere Falte 9 am Luftfederdeckel 4 aus. Falte 9 ist als kardanisches Lager wirksam. Rollbalg 6 ist zugleich mit eingebetteten Festigkeitsträgern versehen. Seine Festigkeitsträger sind in Axial- und/oder Kreuzlage angeordnet.
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Des Weiteren ist eine den Rollbalg 6 zumindest bereichsweise umschließende (nicht gezeigte) Außenführung vorgesehen. Diese wird durch einen innenseitig am Rollbalg 6 angebrachten (nicht gezeigten) Spannring gehalten. Außenführung begrenzt die seitliche Ausdehnung von Rollbalg 6. Zum Schutz vor Verschmutzung von Rollbalg 6 und insbesondere seiner Rollfalte 8 ist ein (nicht gezeigter) Schutzbalg vorgesehen.
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Die Befüllung von Druckraum 7 erfolgt über einen (nicht gezeigten) Luftanschluss an Luftfederdeckel 4. Im Luftfederdeckel 4 ist ein Kanal eingebracht oder gebohrt, welcher vom Luftanschluss in das Innere von Luftfeder 2 führt. Durch Luftanschluss ist Druckraum 7 von Luftfeder 2 mit einer bestimmten Menge an Druckluft befüllbar, wodurch deren Federkraft eingestellt wird.
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Luftfedereinrichtung 1 bewirkt zwei Funktionsbereiche. Luftfeder 2 sorgt für die Tragkrafterzeugung, während Stoßdämpfer 3 für die Linearführung zuständig ist. Dadurch wird das Kraftfahrzeug gefedert und gedämpft. Einerseits ist Luftfedereinrichtung 1 über Luftfederdeckel 4 mit einem Karosserieabschnitt eines Kraftfahrzeugs verbunden und andererseits über ein nicht dargestelltes Dämpferauge von Stoßdämpfer 3 mit einem Radträger des Kraftfahrzeugs verbunden. Diese reguläre Einbaulage der Luftfedereinrichtung 1, welche im gezeigten Beispiel ein Luftfederbein ist, bestimmt die Orientierung „oben/unten“.
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An dem oberen freien Ende von Kolbenstange 21 ist Dämpferlager 19 angebracht. Dämpferlager 19 umfasst einen Elastomerkörper in welchen zumindest teilweise in Tragstück eingelassen ist. Tragstück ist an dem oberen Ende der Kolbenstange 18 fixiert. Dämpferlager 19 ist in einer Lageraufnahme von Luftfederdeckel 4 angeordnet. Lageraufnahme von Luftfederdeckel 4 ist topfförmig geformt und in einem Kernbereich des Luftfederdeckels 4 vorgesehen. Sie umfasst eine Seitenwand und einen Boden. In dem Boden von Lageraufnahme bzw. von Luftfederdeckel 4 ist eine Durchgangsbohrung für Kolbenstange 21 vorgesehen. Unterhalb des Bodens ist zudem ein Anschlagspuffer 22 angeordnet, um den Einfederweg von Dämpferrohr 20 zu begrenzen und beim Anschlag die in Luftfederdeckel 4 eingeleiteten Kräfte zu reduzieren. Luftfederdeckel 4 ist aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, bspw. einem Thermoplast oder einem Duroplast. Eine Ausführung des Luftfederdeckels 4 aus einem Metall, bspw. Aluminium oder Stahl, ist ebenfalls möglich.
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Abrollschale 5, welche aus einem Metall oder einem Kunststoff hergestellt wird, ist im Wesentlichen hohlzylinderförmig geformt. Sie sitzt auf einem Adapterstück 10 auf. Adapterstück 10 umfasst einen ringförmigen Boden 11 und einen hohlzylinderförmigen Klemmkonus 12. Adapterstück 10 ist über seinen Boden 11 am Dämpferrohr 20 gasdicht angeschweißt. Klemmkonus 12 ist senkrecht zu Boden 11 ausgerichtet und erstreckt sich von Dämpferrohr 20 beabstandet nach oben. Klemmkonus 12 umfasst eine Klemmfläche 13, welche konisch geformt ist. So ist Klemmkonus 12 derart geformt, dass ein oberer Durchmesser kleiner ist als ein unterer Durchmesser. Im Bereich des oberen und kleineren Durchmessers ist Klemmkonus 12 elastisch verformbar. In Richtung Boden 11 nimmt diese Elastizität ab, weil hier der Klemmkonus 12 in den Boden 11 übergeht.
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Abrollschale 5 umfasst eine Innenfläche 14 und die Abrollfläche 15. Innenfläche 14 ist konisch geformt. Dabei ist der Konuswinkel von Innenfläche 14 auf den Konuswinkel von Klemmfläche 13 abgestimmt. Es versteht sich, dass Konuswinkel von Innenfläche 14 und Konuswinkel von Klemmfläche 13 je nach Anwendungsfall anders ausfallen können, aber immer zueinander abgestimmt seien sollten. Klemmfläche 13 kann auch mit einer Wölbung versehen sein, sodass die Klemmkraft unterschiedlich verteilt ist. Zwischen Klemmfläche 13 und Innenfläche 14 ist der Endabschnitt von Rollbalg 6 eingeklemmt.
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Im weiteren Verlauf ist Rollbalg 6 um das obere Ende von Abrollschale 5 umgeschlagen und liegt auf Abrollfläche 15 an. Hier bildet Rollbalg 6 die Rollfalte 8 aus. Abrollfläche 15 ist also dazu eingerichtet, dass Rollfalte 8 entlang dieser aufdu abrollt. Dabei ist Abrollfläche 15 im Wesentlichen zylinderförmig konturiert, aber diese Formgebung kann auch anders ausgeführt sein.
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Abrollschale 5 wird durch den Innendruck von Arbeitsraum 7 zusammen durch Rollfalte 8 axial belastet und nach unten gedrückt. Dadurch wird das untere Rollbalgende fest zwischen Adapterstück 10 und Abrollschale 5 eingespannt. Dies hat den Vorteil, dass durch die korrespondieren Klemmflächen 13 und 14 eine ausreichende Klemmkraft auf das zu befestigende Rollbalgende aufgebracht wird. Veränderungen des elastomeren Materials von Rollbalg 6 oder ein Herausgleiten von dem Rollbalgende wird durch ein Nachsetzen von Abrollschale 5 aufgefangen. Durch das stetige Nachsetzen von Abrollschale 5 wird die auf das Rollbalgende aufgebrachte Klemmkraft langanhaltend aufrechterhalten. Dies wird dadurch begünstigt, dass Klemmkonus 12 zumindest teilweise elastisch ausgeführt ist. Durch diese konstruktive Maßnahme ist gegenüber dem Stand der Technik eine kontinuierliche selbststärkende Funktion gewährleistet, welche nicht durch einen Klemmvorgang verhindert wird.
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Im umgeschlagenen Bereich von Rollbalg 6 um das obere Ende von Abrollschale 5 kann ein Verstärkungseinsatz 16 eingebracht werden. Dadurch soll Klemmkonus 12 im druckbelasteten Bereich oberen verstärkt werden, wenn dieser bspw. aus Kunststoff hergestellt ist. Verstärkungseinsatz 16 ist dann aus einem Metall gefertigt.
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Des Weiteren umfasst Abrollschale 5 ein innenseitiges Rastmittel 17, welches unterhalb des Bodens 11 von Adapterstück 10 an Innenfläche 14 vorgesehen ist. Rastmittel 17 soll ein Hochrutschen der Abrollschale 5 über das Adapterstück während der Montage verhindern. Zudem ist am unteren Ende von Abrollschale 5 außenseitig eine Werkzeugaufnahme 18 vorgesehen, an welchem Abrollschale 5 während der Montage von einem Werkzeug gefasst und nach unten gezogen und gehalten wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftfedereinrichtung
- 2
- Luftfeder
- 3
- Stoßdämpfer
- 4
- Luftfederdeckel
- 5
- Abrollschale
- 6
- Rollbalg
- 7
- Druckraum
- 8
- Rollfalte
- 9
- Falte
- 10
- Adapterstück
- 11
- Boden
- 12
- Klemmkonus
- 13
- Klemmfläche
- 14
- Innenfläche
- 15
- Abrollfläche
- 16
- Verstärkungseinsatz
- 17
- Rastmittel
- 18
- Werkzeugaufnahme
- 19
- Dämpferlager
- 20
- Dämpferrohr
- 21
- Kolbenstange
- 22
- Anschlagspuffer
- 23
- Klemmring
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016212826 A1 [0004, 0005]
