DE10347934A1

DE10347934A1 - Luftfederanordnung

Info

Publication number: DE10347934A1
Application number: DE10347934A
Authority: DE
Inventors: Cord Dipl.-Ing. Lühmann
Original assignee: Phoenix AG
Current assignee: Vibracoustic SE and Co KG
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2004-06-09
Also published as: DE50309572D1; EP1424506B1; EP1424506A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftfederanordnung (1), bestehend wenigstens aus: DOLLAR A - einem Luftfederkopf (6), der ein Gehäuse (7) und eine Aufnahmekammer (15) aufweist, wobei wiederum in die Aufnahmekammer ein Dämpferlager (16), das einen Elastomerkörper und ein Tragstück umfasst, einsetzbar ist; DOLLAR A - einem Abrollkolben (8); DOLLAR A - einem Luftfederbalg (4) aus elastomerem Werkstoff, der insbesondere mit einem eingebetteten Fetigkeitsträger versehen ist, wobei die beiden Balgenden am Gehäuse (7) des Luftfederkopfes (6) einerseits und am Abrollkolben (8) andererseits befestigt sind, wodurch der Luftfederbalg eine volumenelastische Luftkammer (9) einschließt, wobei ferner der Luftfederbalg eine erste Schlaufe (10) ausbildet, die an der Außenwand (11) des Abrollkolbens entlang gleiten kann; sowie DOLLAR A - einem Stoßdämpfer (3), umfassend ein Behälterrohr (12), das zumindest abschnittsweise vom Abrollkolben (8) umgeben ist, sowie eine Kolbenstange (13), die über eine Bodenöffnung (17) der Aufnahmekammer (15) fest mit dem Tragstück des Dämpferlagers (16) verbunden ist und gleitend in das Behälterrohr eintaucht. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Luftfederanordnung (1) zeichnet sich dadurch aus, dass DOLLAR A - das Gehäuse (7) des Luftfederkopfes (6) eine Außenkontur (19) aufweist, die mit einer zweiten Schlaufe des Luftfederbalges (4) in Kontakt steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfederanordnung, bestehend wenigstens aus:

– einem Luftfederkopf, der ein Gehäuse und eine Aufnahmekammer aufweist, wobei wiederum in die Aufnahmekammer ein Dämpferlager, das einen Elastomerkörper und ein Tragstück umfasst, einsetzbar ist;
– einem Abrollkolben;
– einem Luftfederbalg aus elastomerem Werkstoff, der insbesondere mit einem eingebetteten Festigkeitsträger versehen ist, wobei die beiden Balgenden am Gehäuse des Luftfederkopfes einerseits und am Abrollkolben andererseits befestigt sind, wodurch der Luftfederbalg eine volumenelastische Luftkammer einschließt, wobei ferner der Luftfederbalg eine erste Schlaufe ausbildet, die an der Außenwand des Abrollkolbens entlang gleiten kann; sowie
– einem Stoßdämpfer, umfassend ein Behälterrohr, das zumindest abschnittsweise vom Abrollkolben umgeben ist, sowie eine Kolbenstange, die über eine Bodenöffnung der Aufnahmekammer fest mit dem Tragstück des Dämpferlagers verbunden ist und gleitend in das Behälterrohr eintaucht.

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 08 980 C2 , DE 197 53 637 A1 , DE 198 26 480 A1 und DE 100 50 028 A1 .

Ein besonderer Einsatzschwerpunkt der gattungsgemäßen Luftfederanordnung ist der PKW-Sektor, wobei die Automobilhersteller hinsichtlich Akustik und Komfort hohe Anforderungen stellen, insbesondere wiederum unter folgenden Gesichtspunkten:

a) Eine Abkopplung des Luftfederbalges zum karosseriefesten Anbindungsteil ist zu realisieren, um eine akustisch optimale Lösung zu erarbeiten. Geräusche im Innenraum des Fahrzeuges, die aus der Luftfederanordnung während des Federvorganges resultieren, sind zu vermeiden.
b) Eine möglichst geringe Reibung in dem Dämpferdichtungspaket ist zu realisieren. Durch eine geringe Reibung wird das Ansprechverhalten einer Luftfeder wesentlich verbessert und somit der Komfort des Systems.
c) Eine Rotation um die Achse der Linearführung soll ermöglicht werden, ohne ein Drehlager im Bereich der Aufnahmekammer einsetzen zu müssen.
d) Schließlich ist ein geringeres Gewicht der Luftfederanordnung anzustreben, um ein geringes Fahrzeuggewicht zu realisieren.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Luftfederanordnung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, bei der wenigstens die Anforderungen (a, b, c) erfüllt werden, vorteilhafterweise jedoch auch unter Einbezug der Anforderung (d).

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Kennzeichen des Patentanspruches 1 dadurch, dass das Gehäuse des Luftfederkopfes eine Außenkontur aufweist, die mit einer zweiten Schlaufe des Luftfederbalges in Kontakt steht.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 11 genannt.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert.
Die Luftfederanordnung 1 besteht aus zwei Funktionsbereichen. Die Luftfeder 2 übernimmt die Funktion der Tragkrafterzeugung, während der Stoßdämpfer 3 für die Funktion der Linearführung Y zuständig ist. Diese beiden Funktionsbereiche werden nun näher vorgestellt.
Die Luftfeder 2 umfasst einen Luftfederbalg 4 aus elastomerem Werkstoff, der zumeist mit einem eingebetteten Festigkeitsträger in Form eines Axialbalges ( DE 36 43 073 A1 ) oder Kreuzlagenbalges ( DE 29 04 522 A1 ) versehen ist, wobei bei Verwendung eines Axialbalges vorzugsweise eine Außenführung 5 vorhanden ist. Beim Kreuzlagenbalg sind dagegen Varianten mit oder ohne Außenführung möglich. Von besonderer Bedeutung ist hier der außen geführte Luftfederbalg. Der Luftfederbalg kann zylindrisch oder konturiert ( DE 100 01 018 A1 ) gestaltet sein. Die beiden Balgenden sind innerhalb der beiden Anschlussbereiche an dem Gehäuse 7 des Luftfederkopfes 6 bzw. an dem Abrollkolben 8 befestigt, beispielsweise mittels Klemmringen. Dadurch wird eine volumenelastische Luftkammer 9 gebildet. Bei der Einfederung entsteht eine erste Schlaufe 10, die an der Außenwand 11 des Abrollkolbens entlang gleiten kann.
Der Stoßdämpfer 3 umfasst ein Behälterrohr 12, das zumindest abschnittsweise vom Abrollkolben 8 umgeben ist, und eine Kolbenstange 13, die gleitend in das Behälterrohr eintaucht. Innerhalb des Eintauchbereiches (hier nicht dargestellt) ist die Kolbenstange mit einem Dämpferkolben sowie einer Kolbenstangenführung mit Dämpferdichtungspaket X versehen. Die Querkraft im Dämpferdichtungspaket der Lineartührung Y ergibt sich durch die achsspezifische Kinematik bei Ein- und Ausfedervorgängen aufgrund einer Drehung der Linearführung um die Drehachse des Dämpferlagers 16 und das notwendige Mitschwenken des Luftfederbalges 4.
Im Übergangsbereich von Behälterrohr 12 und Abrollkolben 8 ist ferner ein Dichtmittel 14 (z.B. O-Ring) vorhanden. Das Behälterrohr selbst steht mit einer Fahrwerksanbindung Z in Kontakt.
Der Luftfederkopf 6 mit Anbindungsmöglichkeiten an die Karosserie weist ein Gehäuse 7 und eine Aufnahmekammer 15 auf, wobei wiederum in die Aufnahmekammer ein Dämpferlager 16, das einen Elastomerkörper und ein Tragstück umfasst, einsetzbar ist. Das Tragstück ist dabei über eine Bodenöffnung 17 der Aufnahmekammer fest mit der Kolbenstange 13 verbunden. Eine Dichtplatte 18 dichtet die Aufnahmekammer ab. Als Alternative zu dieser statischen Dichtung kann auch eine dynamische Dichtung im Bereich der Bodenöffnung 17 verwendet werden ( DE 101 32 061 A1 ). Der Elastomerkörper ist ein ungeschäumter Werkstoff, beispielsweise auf Basis von Naturkautschuk, oder ein geschäumter Werkstoff auf mikrozellulärer Basis, beispielsweise Polyester-Polyurethan.
Das Gehäuse 7 des Luftfederkopfes 6 weist eine Außenkontur 19 auf, die mit einer zweiten Schlaufe 20 des Luftfederbalges 4 in Kontakt steht. Es entsteht also eine Doppelschlaufenkonstruktion. Durch die Kombination des Stoßdämpfers 3 mit einer Doppelschlaufenluftfeder 2 werden zunächst die Mindestanforderungen (a, b, c) erfüllt. Diese Kombination eröffnet darüber hinaus die zusätzliche Erfüllung der Anforderung (d), da dieses Konstruktionsprinzip einer Leichtbauweise zugänglich ist, und zwar unter Verwendung gewichtssparender Werkstoffe der mit den beiden Schlaufen 10 und 20 unmittelbar korrespondierenden Bauteile.
Um eine Rotation des Luftfederkopfes 8 und der Linearführung Y um die ortsfeste Aufnahmekammer 15 zu ermöglichen, muss die erste und zweite Schlaufe 10 bzw. 20 eine Drehung zulassen. Dadurch entstehen Rückstellmomente, die die Luftfederanordnung in die ursprüngliche Konstruktionslage zurückbringen wollen. Durch den Einsatz der zweiten Schlaufe 20 wird nun das Rückstellmoment verringert, und zwar gegenüber einer Luftfederanordnung mit nur einer Schlaufe. Die Doppelschlaufenkonstruktion ist bevorzugt mit einem Axialbalg ausführbar, da der Axialbalg ein geringes Rückstellmoment bei Rotation um die Achse der Linearführung bildet.
Zwecks Optimierung der Anforderungen (a, b, c, d) sind folgende Maßnahmen zweckmäßig:

– Die Drehpunkte D des Dämpferlagers 16 und der zweiten Schlaufe 20 liegen aufeinander oder weichen nur geringfügig voneinander ab, und zwar bedingt durch Bauraumvorgaben. Dadurch kann die resultierende Querkraft im Dämpferdichtungspaket X stark reduziert werden. Es bilden sich nur geringe Rückstellmomente um den Drehpunkt der Linearführung Y aufgrund der Anordnung der Drehpunkte zueinander. Ein Rückstellmoment würde im optimalen Fall nur durch das Dämpferlager gebildet werden. Aus der dann entstehenden geringen Querkraft im Dämpferdichtungspaket der Linearführung resultiert eine geringe Reibung und somit ein gutes Ansprechverhalten der Luftfederanordnung.
– Die Außenkontur 19 des Gehäuses 7 ist als gekrümmte Abroll- und Anschlagsfläche gestaltet. Im Gegensatz zur ersten Schlaufe 10 kommt der zweiten Schlaufe 20, die die erwünschte Abkopplung des Luftfederbalges 4 zur Karosserie realisiert, nur eine begrenzte Abrollfunktion zu. Am eigentlichen Abrollvorgang ist daher im Wesentlichen nur die erste Schlaufe 10 beteiligt.
– Das Gehäuse 7 und die Aufnahmekammer 15 sind herstellungsbedingt getrennte Bauteile, wobei die Aufnahmekammer für das Dämpferlager 16 ein Topf ist, der mit dem Gehäuse zusammengefügt ist. Die Aufnahmekammer geht dabei einstöckig und im Wesentlichen rechtwinklig in ein karosseriefestes Anbindungsteil 21 über, wobei das Anbindungsteil das Gehäuse abdeckt. Der Topf besteht aus Stahl oder Aluminium, während das Gehäuse 7 aus Kunststoff gebildet ist. Durch diese Stahl-Kunststofflösung bzw. Aluminium-Kunststofflösung wird eine Gewichtsreduzierung erzielt.
– Der Abrollkolben 8 mit Korrespondenz zur ersten Schlaufe 10 besteht ebenfalls aus Kunststoff, verbunden ebenfalls mit einer Gewichtsreduzierung. Außerdem wird hiermit eine geringe ungefederte Masse am Rad erzeugt.
– Der Kunststoff für das Gehäuse 7 und den Abrollkolben 8 ist faserverstärkt, insbesondere glasfaserverstärkt, was die Belastbarkeit der Bauteile erhöht.
– Im näheren Bereich der zweiten Schlaufe 20 ist ein Stützring 22 vorhanden, der den Luftfederbalg 4 an die Außenführung 5 presst. Der Stützring erstreckt sich dabei vom Befestigungsbereich des entsprechenden Balgendes in radialer Richtung. Auf diese Weise wird die Außenführung verklemmend am Luftfederbalg befestigt, ohne die Wirkungsweise der zweiten Schlaufe zu beeinträchtigen.

1: Luftfederanordnung
2: Luftfeder (Doppelschlaufenluftfeder)
3: Stoßdämpfer (Schwingungsdämpfer)
4: Luftfederbalg
5: Außenführung
6: Luftfederkopf
7: Gehäuse
8: Abrollkolben
9: volumenelastische Luftkammer
10: erste Schlaufe (Rollfalte)
11: Außenwand (Abrollfläche)
12: Behälterrohr
13: Kolbenstange
14: Dichtmittel
15: Aufnahmekammer (Topf)
16: Dämpferlager (Kopflager)
17: Bodenöffnung der Aufnahmekammer
18: Dichtplatte
19: Außenkontur des Gehäuses
20: zweite Schlaufe (Rollfalte)
21: karosseriefestes Anbindungsteil
22: Stützring
D: Drehpunkte (Dämpferlager, zweite Schlaufe)
X: Dämpferdichtungspaket
Y: Linearführung
Z: Fahrwerksanbindung

Claims

Luftfederanordnung (1), bestehend wenigstens aus: – einem Luftfederkopf (6), der ein Gehäuse (7) und eine Aufnahmekammer (15) aufweist, wobei wiederum in die Aufnahmekammer ein Dämpferlager (16), das einen Elastomerkörper und ein Tragstück umfasst, einsetzbar ist; – einem Abrollkolben (8); – einem Luftfederbalg (4) aus elastomerem Werkstoff, der insbesondere mit einem eingebetteten Festigkeitsträger versehen ist, wobei die beiden Balgenden am Gehäuse (7) des Luftfederkopfes (6) einerseits und am Abrollkolben (8) andererseits befestigt sind, wodurch der Luftfederbalg eine volumenelastische Luftkammer (9) einschließt, wobei ferner der Luftfederbalg eine erste Schlaufe (10) ausbildet, die an der Außenwand (11) des Abrollkolbens entlang gleiten kann; sowie – einem Stoßdämpfer (3), umfassend ein Behälterrohr (12), das zumindest abschnittsweise vom Abrollkolben (8) umgeben ist, sowie eine Kolbenstange (13), die über eine Bodenöffnung (17) der Aufnahmekammer (15) fest mit dem Tragstück (16) des Dämpferlagers (16) verbunden ist und gleitend in das Behälterrohr eintaucht; dadurch gekennzeichnet, dass – das Gehäuse (7) des Luftfederkopfes (6) eine Außenkontur (19) aufweist, die mit einer zweiten Schlaufe (20) des Luftfederbalges (4) in Kontakt steht.
Luftfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehpunkte (D) des Dämpferlagers (16) und der zweiten Schlaufe (20) aufeinander liegen oder nur geringfügig von einander abweichen.
Luftfederanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (19) des Gehäuses (7) als gekrümmte Abroll- und Anschlagsfläche gestaltet ist.
Luftfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) und die Aufnahmekammer (15) herstellungsbedingt getrennte Bauteile sind, wobei die Aufnahmekammer ein Topf ist, der mit dem Gehäuse zusammengefügt ist.
Luftfederanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmekammer (15) einstöckig und im Wesentlichen rechtwinklig in ein karosseriefestes Anbindungsteil (21) übergeht, wobei das Anbindungsteil das Gehäuse (7) abdeckt.
Luftfederanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmekammer (15) ein Topf aus Stahl oder Aluminium ist.
Luftfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) aus Kunststoff besteht.
Luftfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abrollkolben (8) aus Kunststoff besteht.
Luftfederanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff faserverstärkt, insbesondere glasfaserverstärkt ist.
Luftfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einer Außenführung (5) versehen ist, die die erste Schlaufe (10) und die zweite Schlaufe (20) umfasst.
Luftfederanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im näheren Bereich der zweiten Schlaufe (20) ein Stützring (22) vorhanden ist, der den Luftfederbalg (4) an die Außenführung (5) presst.