DE10319670A1

DE10319670A1 - Luftfeder für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10319670A1
Application number: DE2003119670
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Schürmann; Frank Dr. Gauterin; Jörg Kock
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2004-12-02
Also published as: WO2004097248A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder 2 für ein Kraftfahrzeug, die einen Balg 8 aufweist, der zwischen einem oberen Anschlussteil 4 und einem unteren Anschlussteil 6 eingespannt ist und ein luftdicht abgeschlossenes Luftvolumen 10 umfasst, wobei das Luftvolumen 10 mit einem schallabsorbierenden Material 12 und/oder mit einem Schallabsorber in Wirkverbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder für ein Kraftfahrzeug, die einen Balg aufweist, der zwischen einem oberen und einem unteren Anschlussteil eingespannt ist und ein luftdicht abgeschlossenes Luftvolumen umfasst.

Derartige Luftfedern sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt und werden dazu genutzt, um mindestens eine Achse eines luftgefederten Kraftfahrzeuges gegenüber dem Fahrzeugaufbau federnd zu lagern. Hierbei kann durch die Verwendung von Luftfedern der Vorteil erzielt werden, dass unabhängig vom Beladungszustand des Kraftfahrzeuges der Abstand zwischen der Achse und dem Fahrzeugaufbau konstant gehalten werden kann. Es ist jedoch festzustellen, dass über die schwingende Achse und über das schwingende, an der Achse befestigte Rad Körperschall in den luftgefüllten Hohlraum, der von dem Balg der Luftfeder umfasst wird, eingeleitet wird. Von dort aus wird der eingeleitete Schall über den Fahrzeugaufbau als Körperschall in den Innenraum des Kraftfahrzeuges weitergeleitet. Darüber hinaus wird ausgehend von dem Hohlraum der Luftfeder auch Luftschall in den Innenraum des Kraftfahrzeuges eingeleitet. Dieser Luftschall entsteht dadurch, dass die Balgwand durch den eingeleiteten Schall zu Schwingungen angeregt wird. Der in den Innenraum eingeleitete Schall wird insbesondere bei hochwertigen Personenkraftwagen als störend empfunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den ausgehend von einer Luftfeder in den Innenraum eines Kraftfahrzeuges eingeleiteten Schall zu reduzieren.

Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Luftvolumen, das von dem Balg der Luftfeder umfasst wird, mit einem schallabsorbierenden Material (z. B. einem Schaumstoff) und/oder mit einem Schallabsorber (z. B. einem Helmholtzresonator) in Wirkverbindung steht.

Bei einem schallabsorbierenden Material handelt es sich um ein Material, das aufgrund seiner Oberflächenstruktur eine schallabsorbierende Wirkung hat (z. B. offenporiger Schaumstoff), wohingegen es sich bei einem Schallabsorber um einen Gegenstand handelt, der aufgrund seiner geometrischen Form eine schallabsorbierende Wirkung hat (z. B. Helmholtzresonator).

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass der Schall, der ausgehend von der Luftfeder in den Innenraum des Kraftfahrzeuges eingeleitet wird, erheblich reduziert wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Schallwellen, die sich in dem Luftvolumen der Luftfeder ausbilden, durch das schallabsorbierende Material bedämpft werden, so dass die Amplituden der Schallwellen geringer werden und sich die Schallenergie verringert. Eine Alternative bzw. weitere Reduzierung der Schallenergie wird durch die Verwendung mindestens eines Schallabsorbers erreicht, der mit dem Luftvolumen der Luftfeder in Wirkverbindung steht. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass es sich sowohl bei der Verwendung eines schallabsorbierenden Materials als auch bei der Verwendung eines Schallabsorbers um einfache und preiswerte Mittel zur Schallreduzierung handelt, die darüber hinaus auf einfache Art und Weise mit dem Luftvolumen der Luftfeder in Wirkverbindung gebracht werden können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist schließlich darin zu sehen, dass aufgrund der direkten Schallbeeinflussung im Luftvolumen der Luftfeder auf weitere Maßnahmen zur Reduzierung des Körperschalls (z. B. besondere Lagerung der Luftfeder im Kraftfahrzeug etc.) verzichtet werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist das Luftvolumen der Luftfeder zumindest teilweise mit einem schallabsorbierenden Material gefüllt. Der Befüllungsgrad des Luftvolumens, das von dem Balg der Luftfeder umschlossen wird, liegt in einem Bereich von 10% bis 100% (wenn auf das umschlossene Luftvolumen der Luftfeder Bezug genommen wird, so ist das Luftvolumen gemeint, das von dem Balg der Luftfeder im unbelasteten Zustand der Luftfeder umschlossen wird). Ein niedriger Befüllungsgrad des Luftvolumens hat den Vorteil, dass das schallabsorbierende Material bei allen Federvorgängen der im Kraftfahrzeug eingebauten Luftfeder nicht im Wege ist, wohingegen ein hoher Befüllungsgrad den Vorteil hat, dass die schallabsorbierende Wirkung des Materials besonders gut zum Tragen kommt. Vorzugsweise wird der Befüllungsgrad in einem Bereich gewählt, der im Bereich von 10% bis 30% des umschlossenen Luftvolumens liegt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 ist das schallabsorbierende Material als Mantel ausgebildet, der die Innenseite des Balges zumindest teilweise bedeckt. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass das schallabsorbierende Material eine große Oberfläche aufweist, so dass die schallabsorbierende Wirkung besonders gut zum Tragen kommt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das schallabsorbierende Material zumindest nahezu die gesamte innere Oberfläche des Balges der Luftfeder bedeckt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 ist das schallabsorbierende Material in Form mindestens einer ringförmigen Platte ausgebildet, die derart mit dem Balg in Verbindung steht, dass die Flächennormale auf der Platte weitgehend parallel zur Längsachse der Luftfeder verläuft. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die ringförmige Platte einerseits eine große Oberfläche aufweist und andererseits Einfederbewegungen der im Kraftfahrzeug eingebauten Luftfeder nicht behindert.

Gemäß einer Weiterbildung nach Anspruch 5 ist die Platte mit mindestens einem Fenster versehen. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass aufgrund des Fensters in der Platte das gesamte Luftvolumen der Luftfeder für Federungsvorgänge zur Verfügung steht und es nicht zu einer unerwünschten Unterteilung der Luftfeder durch die Platte kommt. Vorzugsweise werden in der Platte mehrere Fenster vorgesehen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 steht das Luftvolumen der Luftfeder über jeweils einen Verbindungskanal mit mindestens einem Zusatzvolumen in Verbindung, wobei mindestens ein Verbindungskanal und/oder mindestens ein Zusatzvolumen zumindest teilweise mit einem schallabsorbierenden Material gefüllt ist. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass sich das schallabsorbierende Material in dem Zusatzvolumen befindet und somit an Federvorgängen der in das Kraftfahrzeug eingebauten Luftfeder nicht teilnimmt. Daher kann es nicht zu einer Beschädigung des schallabsorbierenden Materials aufgrund von Federvorgängen in der Luftfeder kommen. Ein weiterer Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass bei modernen luftgefederten Kraftfahrzeugen die Luftfedern häufig mit Zusatzvolumina in Verbindung stehen, um das Kraftfahrzeug auf besondere Art und Weise abstimmen zu können (so erzeugt z. B. eine Luftfeder, die mit einem Zusatzvolumen in Verbindung steht, eine besonders weiche Federung, wohingegen für den Fall, dass die Luftfeder (z. B. durch ein Ventil) von dem Zusatzvolumen getrennt wird, eine harte Federung entsteht).

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 steht das Luftvolumen der Luftfeder über jeweils einen Verbindungskanal mit mindestens einem Zusatzvolumen in Verbindung, wobei das Zusatzvolumen derartig ausgebildet ist, dass es als Helmholtzresonator wirkt. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass es sich bei einem Helmholtzresonator um einen besonders effektiven Schallabsorber handelt, der durch die besondere Bemessung seines Volumens und durch die besondere Ausbildung des Verbindungskanals (der als Resonatorhals dient) auf bestimmte Schallfrequenzen abgestimmt werden kann. Der Helmholtzresonator kann mit einem schallabsorbierenden Material gefüllt werden, um seine Wirkung breitbandiger zu machen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 ist der Verbindungskanal an einem Anschlussteil der Luftfeder angeflanscht. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass an den Anschlussteilen eine Anbindung des Verbindungskanals möglich ist, die weitestgehend frei von mechanischen Belastungen ist, da sich die Anschlussteile bei einem Federungsvorgang der in ein Kraftfahrzeug eingebauten Luftfeder nicht verformen, sondern nur relativ zueinander bewegen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 9 ist in das Luftvolumen der Luftfeder und/oder in ein Zusatzvolumen, das mit der Luftfeder in Verbindung steht, mindestens ein Helmholtzresonator eingelegt. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Helmholtzresonatoren in ohnehin vorhandene Hohlräume eingebracht werden und daher keinen zusätzlichen Bauraum benötigen. Ein weiterer Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Helmholtzresonatoren nicht mechanisch mit der Luftfeder oder mit dem Zusatzvolumen verbunden zu werden brauchen. Ein weiterer Vorteil dieser Weiterbildung ist schließlich darin zu sehen, dass auf einfache An und Weise Helmholtzresonatoren, die auf bestimmte Frequenzen abgestimmt sind, mit dem Luftvolumen der Luftfeder in Wirkverbindung gebracht werden können.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 10 ist das schallabsorbierende Material, das in das Luftvolumen der Luftfeder, in einen Verbindungskanal oder in ein Zusatzvolumen eingebracht ist, als offenporiger Schaumstoff ausgebildet. Als offenporiger Schaumstoff kann z. B. PE-Schaum verwendet werden. Alternativ kann Melaminharzschaum verwendet werden, der eine geringe Dichte und somit ein geringes Gewicht und eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist. Der Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass es aufgrund der offenporigen Oberfläche des Schaumstoffes zu einer besonders guten Wirkung des schallabsorbierenden Materials kommt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 11 ist das schallabsorbierende Material in das Luftvolumen der Luftfeder und/oder in einen Verbindungskanal und/oder in ein Zusatzvolumen zusätzlich oder ausschließlich in Form von Flocken eingebracht. Die Flocken können aus PE-Schaum oder Melaminharzschaum oder Glaswolle etc. bestehen. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass das schallabsorbierende Material auf besondere An und Weise in die genannten Hohlräume eingebracht werden kann und darüber hinaus Federungen der in das Kraftfahrzeug eingebauten Luftfeder nicht behindern. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Flocken nachträglich in die genannten Hohlräume eingebracht werden können und somit ein Nachrüsten bereits im Markt befindlicher Luftfedern bzw. Kraftfahrzeuge möglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt:
1 eine Luftfeder,
2 eine Luftfeder,
3 eine Luftfeder,
4 eine Luftfeder, die mit einem Zusatzvolumen in Verbindung steht.
1 zeigt eine Luftfeder 2 mit einem oberen Anschlussteil in Form eines Deckels 4 und einem unteren Anschlussteil in Form eines Abrollkolbens 6. Zwischen dem Deckel 4 und dem Abrollkolben 6 ist in an sich bekannter Art und Weise ein Balg 8 eingespannt, der ein luftdicht abgeschlossenes Luftvolumen 10 umfasst. Die Luftfeder 2 kann in an sich bekannter Art und Weise in einem Kraftfahrzeug verwendet werden, um mindestens eine Achse des Kraftfahrzeuges gegenüber dem Fahrzeugaufbau federnd zu lagern. In diesem Fall ist der Deckel 4 an dem Fahrzeugaufbau und der Abrollkolben 6 an dem Radträger befestigt. Das Luftvolumen 10 der Luftfeder 2 ist mit einem schallabsorbierenden Material 12 gefüllt, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Form von Flocken in das Luftvolumen 10 der Luftfeder 2 eingebracht sind. Die Flocken können aus Polyethylenschaum (PE-Schaum) oder Melaminharzschaum oder Glaswolle etc. bestehen. Der Befüllungsgrad des Luftvolumens 10 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 % bis 100 % des Luftvolumens, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel bei ca. 90 %.
2 zeigt eine Luftfeder 2, deren Aufbau mit der in der 1 gezeigten Luftfeder identisch ist. Bei dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das schallabsorbierende Material in Form eines Mantels 14 ausgebildet, der die Innenseite des Balges 8 der Luftfeder zumindest teilweise bedeckt. Vorzugsweise erstreckt sich die axiale Ausdehnung des Mantels 14 nahezu über die gesamte Länge des Balges 8, so dass der Mantel 14 eine möglichst große Oberfläche und damit eine besonders gute schallabsorbierende Wirkung aufweist. Die Wandstärke des Mantels wird so gewählt, dass das Luftvolumen, das von dem Balg umschlossen wird, zu 10 % bis 100 % von dem Mantel ausgefüllt ist. Der Mantel 14 ist vorzugsweise als offenporiger Schaumstoff ausgebildet.
3 zeigt eine Luftfeder 2, die ebenfalls genauso aufgebaut ist, wie die in den 1 und 2 gezeigte Luftfeder 2. Bei dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das schallabsorbierende Material in Form mindestens einer ringförmigen Plante 16 ausgebildet, die derart an dem Balg 8 befestigt ist, dass die Flächennormale 18 der Platte 16 weitgehend parallel zur (nicht gezeigten) Längsachse der Luftfeder 2 verläuft. Die Platte 16 kann durchgehend ohne Fenster ausgebildet sein, ist jedoch im gezeigten Ausführungsbeispiel mit mehreren Fenstern 20a, 20b und 20c versehen, so dass das Luftvolumen 10 in der Luftfeder 2 durch die Platte 16 nicht in zwei voneinander getrennte Luftvolumina unterteilt wird. Wenn die Luftfeder 2 durch einen (nicht gezeigten) Stoßdämpfer zu einem Luftfederbein ergänzt wird, so kann die Kolbenstange des Stoßdämpfers durch das zentrale Fenster 20b in der Platte 16 zu dem Deckel 4 der Luftfeder 2 geführt und an diesem befestigt werden. Das schallabsorbierende Material der Platte 16 besteht vorzugsweise ebenfalls aus einem offenporigen Schaumstoff. Die Platte 16 ist vorzugsweise in der Nähe des Deckels 4 angeordnet, so dass sie bei einer Einfederung der Luftfeder 2 den Einfedervorgang nicht behindert.
4 zeigt eine Luftfeder 2, die den Aufbau der in der 1 gezeigten Luftfeder aufweist. Das Luftvolumen 10 der Luftfeder 2 steht über einen Verbindungskanal 22 mit einem Zusatzvolumen 24 in Verbindung. Der Verbindungskanal 22 wird über ein Fenster 26 im Deckel 4, an das der Verbindungskanal 22 angeflanscht ist, mit dem Luftvolumen 10 verbunden. Der Verbindungskanal 22 und das Zusatzvolumen 24 sind zumindest teilweise mit einem schallabsorbierenden Material gefüllt. Bei dem schallabsorbierenden Material handelt es sich vorzugsweise um offenporige Flocken 12, die in den Verbindungskanal 22 und in das Zusatzvolumen 24 eingebracht werden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, das Zusatzvolumen 24 als Helmholtzresonator abzustimmen, wobei in diesem Fall der Verbindungskanal 22 als Hals des Helmholtzresonators dient. Auch in diesem Fall ist es sinnvoll, das Zusatzvolumen zumindest teilweise mit einem schallabsorbierenden Material aufzufüllen, um eine breitbandige Wirkung des Helmholtzresonators zu erzielen.
Zusätzlich oder alternativ ist es ferner möglich, in das Luftvolumen 10 der Luftfeder 2 und/oder in das Zusatzvolumen 24 separate Helmholtzresonatoren 28 einzulegen, die gegebenenfalls auf unterschiedliche Frequenzen abgestimmt werden oder selbst bedämpft sein können.

2: Luftfeder
4: Deckel
6: Abrollkolben
8: Balg
10: Luftvolumen
12: Flocken
14: Mantel
16: Platte
18: Flächennormale
20: Fenster
22: Verbindungskanal
24: Zusatzvolumen
26: Fenster
28: Helmholtzresonator

Claims

Luftfeder (2) für ein Kraftfahrzeug, die einen Balg (8) aufweist, der zwischen einem oberen (4) und einem unteren Anschlußteil (6) eingespannt ist und ein luftdicht abgeschlossenes Luftvolumen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftvolumen (10) mit einem schallabsorbierenden Material (12, 14, 16) und/oder mit einem Schallabsorber (24, 28) in Wirkverbindung steht.
Luftfeder (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftvolumen (10) der Luftfeder (2) zumindest teilweise mit einem schallabsorbierenden Material (12, 14, 16) gefüllt ist.
Luftfeder (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das schallabsorbierende Material (12, 14, 16) als Mantel (14) ausgebildet ist, der die Innenseite des Balges (8) zumindest teilweise bedeckt.
Luftfeder (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das schallabsorbierende Material (12, 14, 16) in Form mindestens einer ringfömigen Platte (16) ausgebildet ist, die derart mit dem Balg (8) in Verbindung steht, dass die Flächennormale (18) auf der Platte (16) weitgehend parallel zur Längsachse der Luftfeder (2) verläuft.
Luftfeder (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (16) mit mindestens einem Fenster (20a, 20b, 20c) versehen ist.
Luftfeder (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftvolumen (10) der Luftfeder (2) über jeweils einen Verbindungskanal (22) mit mindestens einem Zusatzvolumen (24) in Verbindung steht, wobei mindestens ein Verbindungskanal (22) und/oder mindestens ein Zusatzvolumen (24) zumindest teilweise mit einem schallabsorbierenden Material (12, 14, 16) gefüllt ist.
Luftfeder (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftvolumen (10) der Luftfeder (2) über jeweils einen Verbindungskanal (22) mit mindestens einem Zusatzvolumen (24) in Verbindung steht, wobei das Zusatzvolumen (24) derartig ausgebildet ist, dass es als Helmholtzresonator wirkt.
Luftfeder (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (22) an einem Anschlussteil (4, 6) der Luftfeder angeflanscht ist.
Luftfeder (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das Luftvolumen (10) der Luftfeder (2) und/oder in ein Zusatzvolumen (24), das mit der Luftfeder (2) in Verbindung steht, mindestens ein Helmholtzresonator (28) eingelegt ist.
Luftfeder (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das schallabsorbierende Material (12, 14, 16), das in das Luftvolumen (10) der Luftfeder (2), in einen Verbindungskanal (22) oder in ein Zusatzvolumen (24) eingebracht ist, als offenporiger Schaumstoff ausgebildet ist.
Luftfeder (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das schallabsorbierende Material (12, 14, 16) in das Luftvolumen (10) der Luftfeder (2) und/oder in einen Verbindungskanal (22) und/oder in ein Zusatzvolumen (24) zusätzlich oder ausschließlich in Form von Flocken (12) eingebracht ist.