DE10302495B4

DE10302495B4 - Luftfederanordnung

Info

Publication number: DE10302495B4
Application number: DE10302495.6A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dehlwes Stephan; Dipl.-Ing. Kuschel Christian; Dipl.-Ing. Weber Michael
Original assignee: Vibracoustic SE and Co KG
Current assignee: Vibracoustic SE
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2023-01-24
Also published as: DE10302495A1

Abstract

Luftfederanordnung (1), bestehend wenigstens aus: einem Luftfederbalg (2) aus elastomerem Werkstoff mit zwei Balgenden, der unter Bildung einer Schlaufe (3) eine volumenelastische Luftkammer (4) umschließt; einem Deckel (5) mit einem ersten Anschlussbereich (6) für das eine Balgende, wobei im Kernbereich des Deckels ein Dämpferlager (7) integriert ist; einem Abrollkolben (8), umfassend einen Stirnbereich (9), der dem Deckel (5) gegenüberliegend angeordnet ist, einen zweiten Anschlussbereich (10) für das andere Balgende, eine Abrollfläche (11) für die Schlaufe (3) und einen auslaufenden Endbereich (12); einem Schwingungsdämpfer (13), umfassend ein Behälterrohr (14) mit Stirnfläche (15) und eine Kolbenstange (16), die fest mit dem Kernbereich des Deckels (5) oder mit dem Dämpferlager (7) verbunden ist und gleitend in das Behälterrohr eintaucht; sowie einem ringförmigen Dichtsystem (17), das sich vom Endbereich (12) des Abrollkolbens (8) zum Behälterrohr (14) erstreckt; wobei im Bereich, wo die Kolbenstange (16) in das Behälterrohr (14) eintaucht, eine drehbewegliche Lagerung (28) angeordnet ist, die auf der Stirnfläche (15) des Behälterrohres (14) unter gleichzeitiger Erfassung des Stirnbereiches (9) des Abrollkolbens (8) auf- oder einsitzt; und wobei ferner das Dichtsystem (17) eine torsionsdynamische Dichtung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die torsionsdynamische Dichtung einen Verbundkörper (18, 26) umfasst, der aus wenigstens zwei rohrförmigen Metall- und/oder Kunststoffteilen (19) besteht, zwischen denen ein ringförmiger Elastomerkörper (20) angeordnet ist, und zwar unter Bildung einer Sandwich-Struktur, wobei ferner der Verbundkörper ein einsetzbares Bauteil ist, und dass der Elastomerkörper (20) anvulkanisiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfederanordnung, bestehend wenigstens aus:

– einem Luftfederbalg aus elastomerem Werkstoff mit zwei Balgenden, der unter Bildung einer Schlaufe eine volumenelastische Luftkammer umschließt;
– einem Deckel mit einem ersten Anschlussbereich für das eine Balgende, wobei im Kernbereich des Deckels vorzugsweise ein Dämpferlager integriert ist;
– einem Deckel mit einem ersten Anschlussbereich für das eine Balgende, wobei im Kernbereich des Deckels vorzugsweise ein Dämpferlager integriert ist;
– einem Abrollkolben, umfassend einen Stirnbereich, der dem Deckel gegenüberliegend angeordnet ist, einen zweiten Anschlussbereich für das andere Balgende, eine Abrollfläche für die Schlaufe und einen auslaufenden Endbereich;
– einem Schwingungsdämpfer, umfassend ein Behälterrohr mit Stirnfläche und eine Kolbenstange, die fest mit dem Kernbereich des Deckels bzw. mit dem Dämpferlager verbunden ist und gleitend in das Behälterrohr eintaucht;
– einem ringförmigen Dichtsystem, das sich vom Endbereich des Abrollkolbens zum Behälterrohr erstreckt;
– im Bereich, wo die Kolbenstange in das Behälterrohr eintaucht, eine drehbewegliche Lagerung angeordnet ist, die auf der Stirnfläche des Behälterrohres unter gleichzeitiger Erfassung des Stirnbereiches des Abrollkolbens auf- oder einsitzt; und ferner
– das Dichtsystem eine torsionsdynamische Dichtung umfasst.

Eine Luftfederanordnung mit den oben genannten Grundbauteilen wird auch als Luftfederbein bezeichnet. Sie findet im Fahrzeugbau (PKW, Nutz- und Schienenfahrzeuge) eine breite Anwendung, wobei insbesondere auf folgende Druckschriften verwiesen wird: DE 195 08 890 C2 , DE 197 53 637 A1 , DE 198 26 480 A1 und DE 100 50 028 A1 .
Umfangreiche Entwicklungsarbeiten sind dem Dichtsystem zwischen dem Abrollkolben und dem Behälterrohr des Schwingungsdämpfers gewidmet worden, und zwar in Form zumeist statischer Dichtungen. Auch eine dynamische Dichtung unter dem Gesichtspunkt der Taumelbeweglichkeit bei gleichzeitiger Stützlagerfunktion ist entwickelt worden, und zwar im Rahmen eines Teleskopschwingungsdämpfers ( DE 195 08 980 C2 ).
Ferner geht aus DE 198 02 703 A1 eine Luftfederanordnung mit einer Luftfeder und einem Dämpfer hervor. Die Luftfeder weist einen Rollbalg auf, der mit einem Gehäuse und einem Abrollkolben unter Ausbildung einer volumenelastischen Luftkammer und einer Schlaufe am Abrollkolben verbunden ist. Der Dämpfer weist ein Außenrohr und eine Kolbenstange auf, wobei sich die Kolbenstange über eine in dem Gehäuse integrierte Lagerung an der Karosserie abstützt. Zur drehbaren Abstützung des Abrollkolbens gegenüber dem Außenrohr sind zwei Drehlagerungen vorgesehen, die einen axialen Abstand voneinander aufweisen und durch ein Kugellager und ein Rollenlager gebildet sind. Das Kugellager ist zwischen einer axialen Anlagefläche des Abrollkolbens und einer axialen Stützfläche angeordnet, die von einem Hülsenteil gebildet ist, das axial auf einem kleineren Durchmesser des Außenrohrs aufgesteckt ist. Zur Abdichtung des Innenraums der Luftfeder nach außen ist in einer in dem Abrollkolben eingebrachten Ausnehmung eine Dichtung eingebracht, die von einem Stützelement in seiner Lage gehalten ist, das in die Ausnehmung von unten eingepresst ist.
Weiterhin geht aus US 4,555,096 A eine Luftfederanordnung hervor, die eine Luftfeder und einen Schwingungsdämpfer aufweist. Die Luftfeder weist einen Deckel, einen Abrollkolben und einen den Abrollkolben und den Deckel unter Ausbildung einer volumenelastischen Luftkammer verbindenden Luftfederbalg auf. Der Schwingungsdämpfer umfasst ein Behälterrohr und eine Kolbenstange, wobei die Kolbenstange endseitig mit einem auf dem Deckel angeordneten Dämpferlager verbunden ist. Zwischen einem Endabschnitt des Abrollkolbens und dem Behälterrohr sind eine Buchse und eine Dichtlippe angeordnet, die über einen ringförmigen Stützring an dem Endabschnitt fixiert sind. Des Weiteren ist dort, wo die Kolbenstange in das Behälterrohr eintaucht, eine Lagerung vorgesehen, die zwischen einer auf der Stirnfläche des Behälterrohrs angeordneten Distanzscheibe und einem Stirnbereich des Abrollkolbens angeordnet ist.
Im Rahmen einer Weiterentwicklung besteht nun die Aufgabe darin, eine Luftfederanordnung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, bei der der Abrollkolben unter dem Aspekt einer niedrigen Torsionssteifigkeit gelagert ist, verbunden mit einer hohen Gasdichtigkeit des Dichtsystems.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Kennzeichen des Patentanspruches 1 dadurch, dass

– die torsionsdynamische Dichtung einen Verbundkörper umfasst, der aus wenigstens zwei rohrförmigen Metall- und/oder Kunststoffteilen besteht, zwischen denen ein ringförmiger Elastomerkörper angeordnet ist, und zwar unter Bildung einer Sandwich-Struktur, wobei ferner der Verbundkörper ein einsetzbares Bauteil ist; und
– der Elastomerkörper anvulkanisiert ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 14 genannt.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Luftfederanordnung mit drehbeweglicher Lagerung und torsionsdynamischer Dichtung;
2 eine vergrößerte Abbildung der torsionsdynamischen Dichtung der Luftfederanordnung gemäß 1;
3 eine torsionsdynamische Dichtung gemäß 2 mit zusätzlichem Stützring;
4 eine weitere Variante einer torsionsdynamischer Dichtung.
1 zeigt eine Luftfederanordnung 1 mit den wesentlichen Grundbauteilen, nämlich Luftfederbalg 2, Deckel 5 mit Anbindungsmöglichkeiten für die Karosserie, Abrollkolben 8, Schwingungsdämpfer 13 mit Fahrwerkanbindung 32 und ferner dem Dichtsystem 17. Der Deckel kann als Druckbehälter mit Ventil ausgebildet sein.
Der Luftfederbalg 2 aus elastomerem Werkstoff ist zumeist mit einem eingebetteten Festigkeitsträger in Form eines Axialbalges ( DE 36 43 073 A1 ) oder Kreuzlagenbalges ( DE 29 04 522 A1 ) versehen, wobei bei Verwendung eines Axialbalges vorzugsweise eine Außenführung 29 vorhanden ist. Die beiden Balgenden sind innerhalb der beiden Anschlussbereiche 6 und 10 an dem Deckel 5 bzw. Abrollkolben 8 befestigt, beispielsweise mittels Klemmringen. Dadurch wird eine volumenelastische Luftkammer 4 gebildet. Bei der Einfederung entsteht eine Schlaufe 3, die an der Abrollfläche 11 entlang gleiten kann. Zum Schutz dieser Schlaufe ist die Luftfederanordnung häufig mit einer zusätzlichen Schutzmanschette 30 ausgestattet.
Der Schwingungsdämpfer 13 umfasst ein Behälterrohr 14, das zumindest abschnittsweise vom Abrollkolben 8 umgeben ist, und eine Kolbenstange 16, die fest mit dem Kernbereich bzw. mit dem Dämpferlager 7 verbunden ist und gleitend in das Behälterrohr eintaucht. Innerhalb des freien Bereiches des Behälterrohres zwischen dem Dichtsystem 17 und der Fahrwerkanbindung 32 ist zumindest ein Rucksackmodul, insbesondere in Form eines ADS-Moduls (Adaptive Damping Systems), vorhanden. Ferner ist die Kolbenstange vorzugsweise mit einem Anschlagpuffer 31 versehen.
Im Bereich, wo die Kolbenstange 16 in das Behälterrohr 14 eintaucht, ist eine drehbewegliche Lagerung 28, insbesondere in Form eines Kugellagers angeordnet, die auf der Stirnfläche 15 des Behälterrohrs 14 unter gleichzeitiger Erfassung des Stirnbereiches 9 des Abrollkolbens 8 auf- oder einsitzt (z. B. mittels einer Vertiefung). Dabei ist der Stirnbereich des Abrollkolbens so gestaltet, dass dieser die drehbewegliche Lagerung vollständig umschließt.
2 zeigt nun Details des ringförmigen Dichtsystems 17 mit zusätzlicher Stützlagerfunktion, das sich vom Endbereich 12 des Abrollkolbens zum Behälterrohr 14 erstreckt. Dieses Dichtsystem umfasst eine torsionsdynamische (torsionsweiche) Dichtung in Form eines Verbundkörpers 18, der aus zwei rohrförmigen Metallteilen 19 besteht, zwischen denen ein anvulkanisierter ringförmiger Elastomerkörper 20 angeordnet ist, und zwar unter Bildung einer Sandwich-Struktur in axialer Erstreckungsrichtung (Pfeilrichtung A). Der Verbundkörper ist dabei ein einsetzbares Bauteil. Das Behälterrohr 14 ist mit einem Halteelement 23 für den Verbundkörper ausgestattet, wobei das Halteelement fest mit dem Behälterrohr verbunden ist. Das Halteelement besteht dabei aus einem axial verlaufenden Teil 24 mit verbindendem Kontakt zum Behälterrohr und einem radial nach außen verlaufenden Flansch 25 als Halteaufsatz für den Verbundkörper. Das Dichtsystem 17 ist zusätzlich mit einer statischen Dichtung 27 in Form mehrerer O-Ringe versehen.
Nach 3 weist der Elastomerkörper 20 zusätzlich eine umlaufende Nut 22 für die Aufnahme eines Stützringes 21 aus Metall oder Kunststoff aus.
4 zeigt ein Dichtsystem 17, bei dem die torsionsdynamische Dichtung in Form eines Verbundkörpers 26, umfassend wiederum zwei Metallteile 19 und einen Elastomerkörper 20 unter Bildung einer Sandwich-Struktur, eine radiale Erstreckungsrichtung (Pfeilrichtung B) aufweist. Dieser Verbundkörper hat bei diesem Ausführungsbeispiel die Gestalt einer Buchse. Auch hier dient der Flansch 25 als Halteaufsatz. Ferner ist auch hier das Dichtsystem 17 zusätzlich mit einer statischen Dichtung 27 in Form mehrerer O-Ringe versehen.
Der Elastomerkörper 20 ist vorzugsweise eine Kautschukmischung auf der Basis NR oder NBR. Auch ein TPE-Werkstoff ist verwendbar. Die gleiche Werkstoffkonstellation gilt auch für die statische Dichtung 27.
Die Teile 19 des Verbundkörpers 18 bzw. 26 können auch aus einem entsprechenden Kunststoff (z. B. auf Basis von Polyphenylenether, Vestoran^® der Firma Hüls) gebildet sein. Von besonderer Bedeutung sind jedoch die Metall-Elastomer-Verbundkörper.
Bezugszeichenliste

1: Luftfederanordnung
2: Luftfederbalg
3: Schlauche (Rollfalte)
4: volumenelastische Luftkammer
5: Deckel (Druckbehälter)
6: erster Anschlussbereich
7: Dämpferlager (Kopflager)
8: Abrollkolben (Tauchkolben)
9: Stirnbereich des Abrollkolbens
10: zweiter Anschlussbereich
11: Abrollfläche
12: Endbereich des Abrollkolbens
13: Schwingungsdämpfer (Stoßdämpfer)
14: Behälterrohr
15: Stirnfläche des Behälterrohers
16: Kolbenstange
17: Dichtsystem (torsionsdynamische Dichtung)
18: Verbundkörper in axialer Erstreckungsrichtung A
19: Metall und/oder Kunststoffteile
20: Elastomerkörper
21: Stützring
22: Aufnahmenut für den Stützring 7
23: Halteelement
24: axial verlaufender Teil des Halteelements
25: Flansch des Halteelements
26: Verbundkörper in radialer Erstreckungsrichtung B
27: statische Dichtung (O-Ring)
28: drehbewegliche Lagerung (Kugellager)
29: Außenführung
30: Schutzmanschette
31: Anschlagpuffer
32: Fahrwerkanbindung

Claims

Luftfederanordnung (1), bestehend wenigstens aus: einem Luftfederbalg (2) aus elastomerem Werkstoff mit zwei Balgenden, der unter Bildung einer Schlaufe (3) eine volumenelastische Luftkammer (4) umschließt; einem Deckel (5) mit einem ersten Anschlussbereich (6) für das eine Balgende, wobei im Kernbereich des Deckels ein Dämpferlager (7) integriert ist; einem Abrollkolben (8), umfassend einen Stirnbereich (9), der dem Deckel (5) gegenüberliegend angeordnet ist, einen zweiten Anschlussbereich (10) für das andere Balgende, eine Abrollfläche (11) für die Schlaufe (3) und einen auslaufenden Endbereich (12); einem Schwingungsdämpfer (13), umfassend ein Behälterrohr (14) mit Stirnfläche (15) und eine Kolbenstange (16), die fest mit dem Kernbereich des Deckels (5) oder mit dem Dämpferlager (7) verbunden ist und gleitend in das Behälterrohr eintaucht; sowie einem ringförmigen Dichtsystem (17), das sich vom Endbereich (12) des Abrollkolbens (8) zum Behälterrohr (14) erstreckt; wobei im Bereich, wo die Kolbenstange (16) in das Behälterrohr (14) eintaucht, eine drehbewegliche Lagerung (28) angeordnet ist, die auf der Stirnfläche (15) des Behälterrohres (14) unter gleichzeitiger Erfassung des Stirnbereiches (9) des Abrollkolbens (8) auf- oder einsitzt; und wobei ferner das Dichtsystem (17) eine torsionsdynamische Dichtung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die torsionsdynamische Dichtung einen Verbundkörper (18, 26) umfasst, der aus wenigstens zwei rohrförmigen Metall- und/oder Kunststoffteilen (19) besteht, zwischen denen ein ringförmiger Elastomerkörper (20) angeordnet ist, und zwar unter Bildung einer Sandwich-Struktur, wobei ferner der Verbundkörper ein einsetzbares Bauteil ist, und dass der Elastomerkörper (20) anvulkanisiert ist.
Luftfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (20) eine Kautschukmischung auf der Basis Naturkautschuk (NR) oder Nitrilkautschuk (NBR) ist.
Luftfederanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (20) ein thermoplastisches Elastomer (TPE) ist.
Luftfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bauteile des Verbundkörpers (18) in axialer Richtung (A) erstrecken, und zwar in Bezug auf die Sandwich-Struktur.
Luftfederanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (20) außenseitig mit einem Stützring (21) versehen ist.
Luftfederanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (21) aus Metall oder Kunststoff besteht.
Luftfederanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (20) eine umlaufende Nut (22) für die Aufnahme des Stützringes (21) aufweist.
Luftfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bauteile des Verbundkörpers (26) in radialer Richtung (B) erstrecken, und zwar in Bezug auf die Sandwich-Struktur.
Luftfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Behälterrohr (14) mit einem Halteelement (23) für den Verbundkörper (18, 26) ausgestattet sind, wobei das Halteelement (23) fest mit dem Behälterrohr (14) verbunden ist.
Luftfederanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (23) aus einem axial verlaufenden Teil (24) mit verbindendem Kontakt zum Behälterrohr (14) und einem radial nach außen verlaufenden Flansch (25) als Halteaufsatz für den Verbundkörper (18, 26) besteht.
Luftfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper (18, 26) im Bereich seiner Metall- und/oder Kunststoffteile zusätzlich mit einer statischen Dichtung (27) versehen ist.
Luftfederanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Dichtung (27) aus wenigstens einem O-Ring, insbesondere mehreren O-Ringen, gebildet ist.
Luftfederanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Dichtung (27) aus dem gleichen Werkstoff wie der Elastomerkörper (20) des Verbundkörpers (18, 26) gebildet ist.
Luftfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbewegliche Lagerung (28) ein Kugellager ist.