DE10319568A1

DE10319568A1 - Luftfeder für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10319568A1
Application number: DE2003119568
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Nickels
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: DE10319568B4

Abstract

Eine Luftfeder für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einem von einem Luftfederbalg 1 umschlossenen Luftvolumen 2, einem Abrollkolben 3, an welchem ein Ende des Luftfederbalges 1 gasdicht befestigt ist, einer am Fahrzeugaufbau befestigten Befestigungseinrichtung 4, mit welcher das andere Ende des Luftfederbalges 1 gasdicht verbunden ist, und einem abschaltbaren Zusatzvolumen 5, welches in einem Hohlraum im Abrollkolben 3 angeordnet ist, wobei das Zusatzvolumen 5 nach einem bestimmten Einfederweg X, der geringer ist als der durch einen Anschlag begrenzte gesamte Einfederweg, durch eine mit gasdichtem Dichtungssitz auf einer Kontaktfläche 7 aufsitzenden Dichtung 6 vom Luftvolumen 2 des Luftfederbalges 1 vollständig getrennt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder für ein Kraftfahrzeug mit einem von einem Luftfederbalg umschlossenen Luftvolumen, einem Abrollkolben, an welchem ein Ende des Luftfederbalges gasdicht befestigt ist, einer am Fahrzeugaufbau befestigten Befestigungseinrichtung, mit welcher das andere Ende des Luftfederbalges gasdicht verbunden ist und einem abschaltbaren Zusatzvolumen, welches in einem Hohlraum im Abrollkolben angeordnet ist.

Bei einer derartigen aus DE 32 33 160 A1 bekannten Luftfeder eines Luftfederpaares ist das abschaltbare Zusatzvolumen im Abrollkolben in mehrere Teilvolumina aufgeteilt. Durch eine gesteuerte Drehschieberbewegung können die Teilvolumina des Zusatzvolumens sukzessiv abgeschaltet werden. Zur gesteuerten Drehschieberbewegung wird der Druckanstieg in der höhere belasteten Luftfeder des Luftfederpaares zur Steuerung der Drehschieberbewegung ausgenützt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Luftfeder der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher das Zusatzvolumen auf einfache Weise abschaltbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Bei der Erfindung wird nach einem bestimmten Einfederweg der Luftfeder, der geringer ist als der durch einen Anschlag begrenzte gesamte Einfederweg der Luftfeder, eine Dichtung auf einer Kontaktfläche in einen gasdichten Dichtsitz gebracht, durch den das gesamte Zusatzvolumen abgeschaltet wird. Vorzugsweise wird dabei die Dichtung durch die Bewegung des Einfederns auf die Kontaktfläche in den gasdichten Dichtsitz gebracht. Die Dichtung bewegt sich dabei mit der Einfederbewegung in den Dichtsitz auf der Kontaktfläche.

Hierdurch wird eine Luftfeder mit mechanisch abschaltbaren Zusatzvolumen für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise für ein Nutzfahrzeug geschaffen. Das abschaltbare Zusatzvolumen wird raumsparend in einem Hohlraum des Abrollkolbens angeordnet. Wenn der Abrollkolben am oberen Ende eines Federbeines bei einer Luftfeder mit integriertem Stoßdämpfer, wie beispielsweise im deutschen Gebrauchsmuster DE 93 05 390 U1 beschrieben, angeordnet ist, kann das Zusatzvolumen auch in einem Hohlraum des Federbeines und/oder im um dieses angeordneten Abrollkolben angeordnet sein.

Im normalen Fahrbetrieb wird bei zugeschaltetem Zusatzvolumen ein gutes Anfederverhalten und ein Absenken der Eigenfrequenz und damit eine Komfortverbesserung erreicht. Wenn schnelle Wank- und Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus auftreten, wird bei der Erfindung nach einem definierten Einfederweg das Zusatzvolumen abgeschaltet, wodurch eine bedeutend höhere Federrate erreicht wird. Die Wank- und Nickwinkel sind dann bei gleichen Beschleunigungswerten wesentlich geringer, da das kleinere zur Verfügung stehende Luftvolumen einen progressiveren Verlauf der Federkennlinie bewirkt.

In vorteilhafter Weise weist die Dichtung einen Dichtungskörper in Form eines abdichtenden Deckels oder Tellers auf. Die Dichtung verschließt beim Abschalten des Zusatzvolumens eine Verbindungsöffnung zwischen dem Luftvolumen, welches vom Luftfederbalg umgeben ist, und dem Zusatzvolumen. Das Zusatzvolumen wird dabei vollständig vom Luftvolumen, welches vom Luftfederbalg umhüllt wird, abgetrennt. Beim normalen Fahrbetrieb sind das Zusatzvolumen und das vom Luftfederbalg umschlossene Luftvolumen über die Verbindungsöffnung miteinander verbunden.

Der abdichtende Deckel oder Teller ist wenigstens an seinem Rand abdichtend ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, den gesamten Dichtungskörper aus einem federnd nachgiebigen Material herzustellen.

Die Kontaktfläche, welche die Verbindungsöffnung umgibt, kann zwischen dem abdichtenden Deckel und dem Luftfederbalg im Bereich seiner Verbindungsstelle mit dem Abrollkolben oder zwischen dem Deckel und dem Dichtsitz, an welchem der Luftfederbalg gasdicht mit dem Abrolldeckel verbunden ist oder aus einer Kombination aus beiden gebildet werden.

Dadurch, dass der bis zum Wirksamwerden des Dichtdeckels zurücklegbare Einfederweg X geringer ausgebildet ist als der durch den Anschlag begrenzte gesamte Einfederweg der Luftfeder kann der weitere Einfederweg der Luftfeder nach dem Abschalten des Zusatzvolumens bis zum Endanschlag nicht behindert werden. Die Dichtwirkung an der Kontaktfläche wird dabei weiterhin aufrechterhalten, da das Druckniveau im abgeschalteten Zusatzvolu men konstant bleibt und das Druckniveau im Luftfederbalg ansteigt. Durch den Druckunterschied wird die Dichtwirkung aufrechterhalten.

Die Dichtung wird vorzugsweise mit Hilfe eines federnden Dichtungshalters im normalen Fahrbetrieb im Abstand von der Kontaktfläche gehalten. Vorzugsweise ist die Dichtung über den federnden Dichtungshalter an der Befestigungseinrichtung, welche als Befestigungsplatte oder dergleichen ausgebildet sein kann, befestigt. Der federnde Dichtungshalter ist vorzugsweise als Schraubenfeder ausgebildet. Mittels des federnden Dichtungshalters kann die Dichtung auch am Abrollkolben während des normalen Fahrbetriebes abgestützt sein. Da der abdichtende Deckel vorzugsweise aus einem federnd nachgiebigen Material besteht, wird der Einfederweg auch bei dieser Ausführungsform bis zum Endanschlag nicht beeinträchtigt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann in die Dichtung selbst ein federnder Dichtungshalter integriert sein. So kann die Dichtung aus einem federnden Material, beispielsweise einem Kunststoff mit bestimmter Elastizität gefertigt sein oder in die Dichtung kann ein Dichtungshalter eingebaut sein, beispielsweise ein aus einem Kunststoff oder einem Metall bestehendes Stützkorsett oder dergleichen.

Die Dichtung, insbesondere in Form des abdichtenden Deckels kann auch auf einen an der Befestigungseinrichtung verbauten Endanschlagpuffer luftdicht aufgesteckt, aufgeklemmt oder aufgeclipst sein.

Anhand der Figuren wird an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert.
Es zeigt
1 ein erstes Ausführungsbeispiel bei normalen Fahrbetrieb;
2 das erste Ausführungsbeispiel mit abgeschaltetem Zusatzvolumen;
3 ein zweites Ausführungsbeispiel bei normalem Fahrbetrieb;
4 das zweite Ausführungsbeispiel bei abgeschaltetem Zusatzvolumen;
5 ein drittes Ausführungsbeispiel bei normalen Fahrbetrieb;
6 das dritte Ausführungsbeispiel bei abgeschaltetem Zusatzvolumen;
7 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Luftfeder mit integriertem Stoßdämpfer im normalen Fahrbetrieb; und
8 das vierte Ausführungsbeispiel bei abgeschaltetem Zusatzvolumen.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen Luftfedern für ein Kraftfahrzeug, welche vorzugsweise bei einem Nutzfahrzeug zum Einsatz kommen. Die dargestellten Ausführungsbeispiele besitzen einen Luftfederbalg 1, welcher ein Luftvolumen 2 umschließt. Am einen Ende ist der Luftfederbalg 1 mit einem umlaufenden Dichtungsrand oder Dichtungswulst 14 in einem Dichtsitz 13 mit einem Abrollkolben 3 gasdicht verbunden. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich um das untere Ende des Luftfederbalges 1. Das andere Ende (obere Ende) des Luftfederbalges 1 ist gasdicht mit einer Befestigungseinrichtung 4 verbunden. Die Befestigungseinrichtung 4 kann als Befestigungsplatte oder dergleichen ausgebildet sein und ist mit dem Fahrzeugaufbau fest, starr (1 bis 6) oder gelenkig (7 und 8) verbunden.
Bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 8 befindet sich in einem Hohlraum innerhalb des Abrollkolbens 3 ein Zusatzvolumen 5. Im normalen Fahrbetrieb der Ausführungsbeispiele (1, 3, 5 und 7) ist dieses Zusatzvolumen 5 dem Luftvolumen 2 zugeschaltet, wodurch eine Komfortverbesserung im normalen Fahrbetrieb und eine niedrige Eigenfrequenz der Luftfeder erreicht wird. Die Verbindung von Luftvolumen 2 und Zusatzvolumen 5 erfolgt über eine Verbindungsöffnung 8 an der Oberseite des Hohlraumes, in welchem das Zusatzvolumen 5 sich befindet.
Für das Zusatzvolumen 5 kann ein Teil oder der gesamte Innenraum des Abrollkolbens 3 ausgenützt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 7 und 8 befindet sich das Zusatzvolumen 5 im oberen Teil eines Federbeines 10 eines Stoßdämpfers, welcher, wie es beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 93 05 390.8 U1 bekannt ist, in die Luftfeder integriert ist. Jedoch kann auch der Hohlraum des Abrollkolbens ganz oder teilweise für das Zusatzvolumen 5 zur Verfügung stehen. Das Zusatzvolumen 5 kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel nur im Abrollkolben 3 angeordnet sein. Auf diese Weise erreicht man ebenfalls eine raumsparende Anordnung des Zusatzvolumens 5. Dieses Zusatzvolumen steht ebenfalls über eine Verbindungsöffnung 8 im normalen Fahrbetrieb mit dem Luftvolumen 2, welches vom Luftfederbalg 1 umgeben wird, in Verbindung. Bei dem in 1 bis 6 ist der federnde Dichtungshalter 9 als Schraubenfeder ausgebildet. Bei den Ausführungsbeispielen der 7 und 8 ist ein federnder Dichtungshalter 17 in die Dichtung 6 integriert.
Die Größe des Zusatzvolumens 5 und damit der Federkennlinienänderung beim Abschalten kann durch entsprechende Dimensionierung des Abrollkolbens 3, insbesondere seiner Länge eingestellt werden.
Jedes der dargestellten Ausführungsbeispiele besitzt eine Dichtung 6. Die jeweiligen Dichtungen 6 sind in den 1 bis 4 und 7, 8 als abdichtende Deckel und in den 5, 6 als abdichtende Teller ausgebildet, welche die Verbindungsöffnung 8 vollständig gasdicht abdecken können. Dies erfolgt dann, wenn beispielsweise bei Wank- und Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus ein vorbestimmter Einfederweg X, bei welchem sich der Fahrzeugaufbau und damit die Befestigungseinrichtung 4 mit dem Einfederweg X oder darüber hinaus auf den Abrollkolben 3 zubewegt. Bei dieser Einfederung wird die Dichtung 6 mitbewegt, so dass ringförmige Dichtungsflächen 15 an der Dichtung 6 und am Abrollkolben 3 in einer Kontaktfläche 7 (2, 4, 6, 8), welche die Verbindungsöffnung 8 umschließt, dicht aufeinander zu liegen kommen. Dieser gasdichte Dichtungssitz wird bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 zwischen der Dichtungsfläche 15 einer umlaufenden Dichtungslippe an der Dichtung 6 und einem im Dichtsitz 13 liegenden Dichtungswulst 14 des Luftfederbalges 1 gebildet. Beim Ausführungsbeispiel der 7, 8 wird die Kontaktfläche 7, an welcher der gasdichte Dichtungssitz stattfindet, zwischen der Dichtungsfläche 15 an einer umlaufenden Dichtlippe am unteren Rand der deckelförmigen Dichtung 6 und einem umlaufenden Dichtungswulst 14 des Luftfederbalges 1 gebildet. Bei diesen Ausführungsbeispielen kann die Kontaktfläche jedoch auch an dem sich an den Dichtungswulst 14 anschließenden Teil des Luftfederbalges 1 allein oder zusammen mit dem Dichtungswulst 14 gebildet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 und 6 wird die Kontaktfläche 7 für den gasdichten Dichtungssitz zwischen der Dichtungsfläche an einem umtaufenden Dichtungsrand an der tellerförmigen Dichtung 6 und einer Kante am Dichtsitz 13, welche die Verbindungsöffnung 8 umgibt, gebildet (6). Die tellerförmige Dichtung 6 ist zumindest am umlaufenden Dichtungsrand, welcher in der Kontaktfläche 7 den gasdichten Dichtungssitz vermittelt, elastisch federnd nachgiebig ausgebildet. Es kann jedoch auch der gesamte tellerförmige Dichtungskörper aus einem federnd nachgiebigen Material gebildet sein.
Bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 6 ist die Dichtung 6 über einen federnden Dichtungshalter 9 an der Befestigungseinrichtung 4 und damit gegenüber dem Fahrzeugaufbau federnd abgestützt. Durch den federnden Dichtungshalter 9 wird die Dichtung 6 im normalen Fahrbetrieb im Abstand von der Verbindungsöffnung 8 gehalten, so dass sowohl der Luftraum 2 als auch das Zusatzvolumen 5 die Federrate der Luftfeder bestimmen (1, 3, 5). Wenn bei einem Einfederweg X oder bei Überschreiten dieses Einfederweges die Verbindungsöffnung 8 durch die Dichtung 6 gasdicht abgeschlossen ist, verbleibt ein weiterer Einfederweg, bis ein Endanschlag erreicht ist. Dieser Endanschlag kann durch einen Anschlagpuffer 11 und einen Gegenanschlag 16 im Bereich des Abrollkolbens 3 (1, 2 und 7, 8) gebildet sein. Der federnde Dichtungshalter 9 kann direkt an der Befestigungseinrichtung 4 befestigt sein. Es ist jedoch auch möglich, den Dichtungshalter 9 am Endanschlagpuffer 11 durch Klemmsitz oder auf andere Art und Weise zu befestigen. Vorzugsweise ist der federnde Dichtungshalter 9 als Schraubenfeder ausgebildet, wie es in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 6 gezeigt ist.
Eine mechanische Abschaltung des Zusatzvolumens 5 erreicht man auch bei dem Ausführungsbeispiel der 7, 8. Wenn die im Federbein 10 geführte Kolbenstange 12 den Einfederweg X erreicht oder überschritten hat, wird die Verbindungsöffnung 8 vollständig von der Dichtung 6 abgedeckt, wodurch das Zusatzvolumen 5 abgeschaltet wird. Es verbleibt, wie die 8 zeigt, noch ein Resteinfederweg, bei welchem die Federrate der Luftfeder durch das Luftvolumen 2, welches vom Luftfederbalg 1 umschlossen wird, bestimmt wird. Aufgrund der elastisch federnden Ausbildung der deckelförmigen Dichtung 6, die durch gasdichtes Aufstecken, Klemmen oder Clipsen auf dem Anschlagpuffer 11 befestigt sein kann, wird der Resteinfederweg bis zum Endanschlag nicht beeinträchtigt.
Wie die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen, erreicht man bei der Erfindung eine mechanische Abschaltung des Zusatzvolumens 5 bei Erreichen oder Überschreiten eines bestimmten Einfederweges X. Dabei wird das gesamte Zusatzvolumen 5 abgeschaltet. Die dargestellte Abschaltung lässt sich platzsparend, kostengünstig und in robuster Ausführungsform verwirklichen. Die Größe des bestimmten Einfederweges X wird in Abhängigkeit vom Fahrzeugtyp und dem Einsatzbereich, insbesondere des Nutzfahrzeugs gewählt.

1: Luftfederbalg
2: Luftvolumen des Luftfederbalges
3: Abrollkolben
4: Befestigungseinrichtung
5: Zusatzvolumen
6: Dichtung
7: Kontaktfläche
8: Verbindungsöffnung
9: Dichtungshalter
10: Federbein
11: Anschlagpuffer
12: Stoßdämpferkolbenstange
13: Dichtsitz
14: Dichtungswulst
15: Dichtungsflächen
16: Gegenanschlag
17: Dichtungshalter, integriert

Claims

Luftfeder für ein Kraftfahrzeug mit einem von einem Luftfederbalg umschlossenen Luftvolumen, einem Abrollkolben, an welchem ein Ende des Luftfederbalges gasdicht befestigt ist, einer am Fahrzeugaufbau befestigten Befestigungseinrichtung, mit welcher das andere Ende des Luftfederbalges gasdicht verbunden ist, und einem abschaltbaren Zusatzvolumen, welches in einem Hohlraum im Abrollkolben angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzvolumen (5) nach einem bestimmten Einfederweg (X), der geringer ist als der durch einen Endanschlag begrenzte gesamte Einfederweg, durch eine auf einer Kontaktfläche (7) aufliegenden Dichtung (6) vollständig abgeschaltet ist.
Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) durch die Einfederbewegung in einen gasdichten Dichtungssitz auf der Kontaktfläche (7) bewegt ist.
Luftfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) und die Kontaktfläche (7) beim Abschalten des Zusatzvolumens (5) eine Verbindungsöffnung (8) zwischen dem Luftvolumen (2) des Luftfederbalges (1) und dem Zusatzvolumen (5) verschließt.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) an einem federnden Dichtungshalter (9) abgestützt ist.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) mit dem federnden Dichtungshalter (9) an der Befestigungseinrichtung (4) abgestützt ist.
Luftfeder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der federnde Dichtungshalter (9) als Schraubenfeder ausgebildet ist, oder dass ein federnder Dichtungshalter (17) in die Dichtung (6) integriert ist.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzvolumen (5) in einem Federbein (10) eines in die Luftfeder integriertem Stoßdämpfers und/oder dem Abrollkolben (3) angeordnet ist.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) ganz oder teilweise aus einem elastisch federndem Material gebildet ist.