DE1039375B

DE1039375B - Luftfeder, insbesondere zur Abfederung von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE1039375B
Application number: DEF19842A
Authority: DE
Original assignee: Firestone Tire and Rubber Co
Current assignee: Bridgestone Firestone Inc
Priority date: 1955-07-11
Filing date: 1956-03-21
Publication date: 1958-09-18
Also published as: GB819728A; CH350201A; BE544905A; FR1148710A; DK85964C

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder, wie sie neuerdings insbesondere zur Abfederung von Kraftfahrzeugen zur Anwendung gelangen. Bei Luftfedern dieser Art ist meist zwischen Rad und Fahrgestell ein luftgefüllter, nur eine einzige ringförmige Ausbuchtung aufweisender federnder Balg angeordnet, dessen Wandung in zwei mit den kappenartigen Abschlußgliedern der Luftfeder luftdicht verbundenen Ringwülsten ausläuft; die eine dieser Wülste ist hierbei im Durchmesser so viel kleiner als die zweite ausgebildet, daß sie beim Zusammenpressen der Luftfeder unter Einstülpen des Balgkörpers durch die größere Wulst hindurchtreten kann. Durch die Möglichkeit der Wülste, sich teleskopartig zueinander zu bewegen, wird eine gute Federwirkung bei geringer Raum-Inanspruchnahme erzielt.

Die bisher bekannten Luftfedern dieser Art können jedoch nicht bei solchen Kraftfahrzeugabfederungen zur Anwendung kommen, bei denen sich die Federbewegung in senkrechter Ebene auf gekrümmter Bahn abspielt. Außerdem bleibt bei den bekannten Ausführungen der Balgquerschnitt stets unverändert. Der vom Balg umschlossene Raum bleibt also bei den teleskopartigen Bewegungen der Federteile praktisch immer gleich groß. Die Elastizität der Feder ist daher beschränkt, und ihre Widerstandskraft bleibt auch bei zunehmender Belastung praktisch unverändert.

Demgegenüber zeichnet sich die Luftfeder nach der Erfindung dadurch aus, daß der konvex nach außen gewölbte Balgkörper nach Maßgabe der Verstellbewegungen der Luftfeder ungehindert quer zu dieser Bewegungsrichtung ausdehnbar ist und seine Auswölbung unter entsprechender Querschnittsveränderung des von ihm umschlossenen Luftraumes der jeweils von der Feder aufzunehmenden Last selbsttätig anpaßt. Die Federwirkung der so ausgebildeten neuen Luftfedern ist derart, daß ein besonders angenehmes, stoßfreies Fahren auch auf sehr unebener Fahrbahn gewährleistet ist. Die Luftfedern nach der Erfindung haben bei geringstem Platzbedarf einen großen Arbeitshub und sind überdies derart biegsam, daß sich dieser Hub auch auf einer gekrümmten Bahn abspielen kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels hervor.

Fig. 1 zeigt die Vorderansicht des rechten Vorderrades eines Kraftfahrzeuges sowie eines Stoßdämpfers bzw. einer Wagenabfederung unter Verwendung eines Balges;

Fig. 2 zeigt die Anordnung nach Fig. 1 im senkrechten Schnitt sowie in größerem Maßstabe und veranschaulicht das Zusammenfedern des Balges aus Luftfeder, insbesondere zur
Abfederung von Kraftfahrzeugen

Anmelder:

The Firestone Tire & Rubber Company, Akron, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Juli 1955

seiner äußersten Endlage bis in die neutrale Mittelstellung;

Fig. 3 entspricht etwa der Fig. 2 und veranschaulicht die Bewegung des Balges aus der neutralen Mittelstellung bis in die Endlage stärkster Zusammendrückung.

Wenn die Beschreibung die Federaufhängung bzw. Stoßdämpfung des rechten Vorderrades eines Kraftfahrzeuges zum Gegenstand hat, so ist doch selbstverständlich, daß die Bälge nach der Erfindung auch an jedem anderen Kraftfahrzeugrad vorteilhaft zur Anwendung gebracht werden können.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist das rechte Vorderrad 10 eines Kraftfahrzeuges an zwei Armen 11 und 12 angelenkt, die vom Rahmen 13 des Kraftfahrzeuges mit Hilfe der Schwenkzapfen 14 und 15 getragen werden. Das Rad 10 ist auf einem (in der Zeichnung nicht veranschaulichten) Achsschenkel gelagert, der von einem Teil 16 gehalten wird, welcher seinerseits mit den äußeren Enden der Arme 11 und 12 in Verbindung steht. Eine derartige Radlagerung ist üblich und allgemein bekannt und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden.

Trifft das Rad 10 auf einen Widerstand in der Fahrbahn, so wird es auf einer bogenförmigen Bahn nach oben und außen bewegt, wie dies mit der strichpunktierten Linie in Fig. 1 etwa angedeutet ist. Diese Bewegung wird von den um ihre Schwenkzapfen sich bewegenden Armen 11 und 12 gesteuert, wobei der Arm 11 sich nach oben in Richtung auf den Rahmen 13 zu bewegt. Diese Radbewegung wird durch eine Luftfeder bzw. einen Stoßdämpfer aufgefangen, der ge-

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maß der Erfindung ausgebildet ist, das Bezugszeichen 20 trägt und zwischen den unteren Armen 11 und dem Fahrzeugrahmen 13 angeordnet ist. Der Balg des Stoßdämpfers enthält Luft, die unter einem Druck von etwa 3,5 bis 7,0 kg/cm² steht. Die Veränderungen des Luftdruckes innerhalb des Balges und die Veränderungen des wirksamen Bereiches des Balges bei seiner Verformung bewirken die gewünschte Dämpfung der Radbewegung.

Die Luftfeder 20 wird von einem nur eine einzige Wölbung besitzenden Balg gebildet, der aus einem Körper 21 mit zwei Schichten 22 und 23 aus Kautschukgewebe besteht. Dieses Kautschukgewebe weist Cordfäden auf, die zweckmäßig in einem Winkel von etwa 15 bis 25° zur Achse des Balges verlaufen, wobei die Cordfäden einander kreuzen. Das Innere des Balges weist ein Kautschukfutter auf, das zweckmäßig aus Neopren besteht, da dieses gegenüber öl besonders widerstandsfähig ist. Das Kautschukfutter dient zur luftdichten Auskleidung des Balges. Die Enden der Gewebelagen sind um ringförmige Wülste 24 und 25 herumgeschlungen und mit ihnen verankert. Diese Wülste sind in an sich bekannter Weise durch Stahldrahteinlagen 26 und 27 verstärkt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die obere Wulst 25 mit dem Rahmen 13 des Kraftfahrzeuges fest verbunden; sie besitzt einen Außendurchmesser von etwa 19 cm und einen Innendurchmesser von etwa 15cm; die untere Wulst 24 bewegt sich mit dem Arm 11 und dem Rad 10 zusammen, ist mit dem Arm 11 verbunden und hat einen Außendurchmesser von 10 cm. In voll ausgestreckter Stellung hat der Balg eine Cordlänge, von Wulst zu Wulst gemessen, von etwa 13 bis 14 cm.

Die untere Wulst 24 ist mit dem Arm 11 durch einen Teil 30 fest verbunden, der aus einem mit der Wulst 24 gleichachsigen Zylinder 31 besteht und in einen umgebördelten Rand 32 ausläuft, der um die Wulst24 herumgreift und diese Wulst gegen den Ringrand 33 eines Deckels od. dgl. 34 drückt. Dieser Deckel dient dazu, das Gehäuse 30 zu schließen und gegenüber dem Balg abzuschließen. Der umgebördelte Rand 32 wird in an sich bekannter Weise um die Wulst 24 herumgelegt. Diese Maßnahme ist an sich bekannt, bildet nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden. Der Zylinder 31 ist an seinem äußeren Ende nach innen umgebogen, so daß ein Flansch 35 entsteht, der ausgenutzt wird, um den Teil 30 durch Bolzen od. dgl. mit dem Arm 11 zu verbinden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Deckel 34 mit der Wand 31 des Zylinders an der Stelle 36 verschweißt. Der Deckel 34 trennt den Zylinder 31 von dem Balginnern 20 ab. Gewünschtenfalls kann aber in dem Deckel auch ein Loch vorgesehen sein. Außerdem kann der Boden des Teils 30 auch verschlossen sein, so daß dieser Teil 30 als Luftbehälter in Verbindung mit dem Balginnern wirken kann. In diesem Falle wird der Teil 30 zweckmäßig mit einem kappenartigen Boden versehen, der zusammen mit dem Deckel 34 und mit dem Balg 20 in der gleichen Weise vereinigt wird, wie dies bereits beschrieben wurde.

Der Balg 20 ist mit dem Rahmen 13 mittels eines hohlen Verbindungsgliedes 40 fest verbunden, das aus einem Paar ineinandergreifender, kappenartiger Glieder 41 und 42 besteht. Der Kappenteil 42 hat einen Ringflansch 43, der zusammen mit einem Klemmring 44 die obere Wulst 25 des Balgs luftdicht und mechanisch sicher erfaßt. Die beiden Teile 42 und 44 können als getrennte Bauteile hergestellt sein; es kann aber auch der Teil 44 am Flansch 43 im Bereiche des Randes 46 angeschweißt oder angelötet sein. Der Ring 44 erfaßt die Wulst 25 und drückt sie fest gegen den Flansch 43, so daß diese W^rulst 25 in der gleichen Weise verankert ist wie die untere Wulst 24. Der kappenartige Teil 41 ist mit dem Teil 42 mit Hilfe von Flanschen 47, 48 und 49 verbunden, wie dies aus der Zeichnung zu erkennen ist. An Stelle dieser Bauart kann aber auch irgendeine andere geeignete Verbindung gewählt werden. Der Teil 40 ist seinerseits z. B. durch Bolzen und Muttern, die sich durch Flanschansätze u. dgl. hindurch erstrecken, mit dem Rahmen 13 fest verbunden. Die Bauweise des Teiles 40 ist auf der Zeichnung nur als Ausführungsbeispiel veranschaulicht; selbstverständlich können auch andere Befestigungseinrichtungen zur Anwendung gelangen. Ihre Bauweise hängt von der Konstruktion des betreffenden Fahrzeuges und des Stoßdämpfers ab, der mit dem Balg nach der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.

Der kappenartige Teil 42 ist so tief ausgebildet, daß die untere Wulst 24 beim Zusammenpressen während des Arbeitshubes in den Balg eindringen und die in Fig. 3 mit strichpunktierten Linien angedeutete Lage einnehmen kann. Der kappenartige Teil 42 dient als Luftbehälter, und zwar in Ergänzung zu dem im Balg selbst enthaltenen Luftvolumen. Ein weiteres zusätzliches Luftreservoir wird von dem Raum 50 gebildet, der zwischen den beiden kappenartigen Teilen 41 und 42 eingeschlossen ist. Es ist festgestellt worden, daß ein Gesamtluftraum von ungefähr 3275 cm³ einschließlich des Luftvolumens des Balges bei der neuen Bauart ausreicht bzw. zu befriedigenden Ergebnissen führt.

Zwischen dem Raum 50 und dem Innern des kappenartigen Teils 42 besteht eine Verbindung, und zwar über ein Drossel- oder Dämpfungsventil 52, das einen regelbaren Übertritt von Luft aus dem Balgraum in das Reservoir 50 zuläßt. Bauart und Wirkungsweise dieses Drosselventils 52 werden nicht im einzelnen beschrieben, da sie nicht Gegenstand der Erfindung bilden. Gegebenenfalls kann dieses Drosselventil auch in Fortfall kommen oder durch andere Dämpfungsmittel ersetzt werden. Findet ein derartiges Ventil nicht Anwendung, so sind das Balginnere und das Reservoir durch eine ungedrosselte öffnung miteinander verbunden.

Im Betriebe nimmt der Balg zunächst eine Mittelstellung ein, die in den Fig. 2 und 3 mit voll ausgezogenen Linien veranschaulicht ist. In dieser Stellung bietet der Balg das Maximum seiner Wirkungsfläche dar, nämlich ungefähr 200 cm²; er enthält Luft, die unter einem Druck von ungefähr 4 kg/cm² steht, und zwar bei einem Kraftfahrzeug mit einer Radbelastung von ungefähr 365 kg. Trifft das Vorderrad auf einen Fahrbahnwiderstand, so wird der Bag zusammengepreßt, d. h., die untere Wulst 24 wird nach oben durch die größere Wulst25 hindurchbewegt; am äußersten Ende dieses Hubes nehmen die Einzelteile die in Fig. 3 mit strichpunktierten Linien angedeutete Lage ein. Wenn sich der Balg aus der mit voll ausgezogenen Linien veranschaulichten Stellung in die in Fig. 3 mit gestrichelten Linien veranschaulichte Lage bewegt, verringert sich der wirksame Balgbereich, bis er am Ende des Hubes sich auf 160 cm² verringert hat. Zur gleichen Zeit wächst der Luftdruck im Innern des Balges, bis er am Ende des Hubes 5,6 kg/cm² beträgt. Obwohl also der wirksame Bereich des Balges beim Zusammendrücken des Balges kleiner wird, bewirkt der zunehmende Luftdruck doch

eine größere Dämpfungswirkung, je mehr sich der Balg beim Arbeitshub seiner Endstellung nähert.

Trifft das Vorderrad auf ein Schlagloch in der Fahrbahn, so hat das Rad das Bestreben, in dieses Loch hineinzufallen und damit den Balg zu dehnen, bis er in seiner äußeren Hublage die in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien veranschaulichte Stellung eingenommen hat. Dieselbe Ausdehnung erfährt der Balg auch beim Rückhub nach dem Zusammendrücken. Wenn der Balg aus der mit voll ausgezogenen Linien veranschaulichten Stellung sich in die in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien veranschaulichte Lage bewegt, so nimmt der wirksame Querschnittsbereich bis zum Ende des Hubes ab, und zwar bis er den Wert Null erreicht hat. Zur gleichen Zeit sinkt der Luftdruck im Balg auf ungefähr 3,3 kg/cm². Beim Dehuungshub entsteht also in dem Balg keine Rückführungskraft, wie dies der Fall ist beim Zusammenpressen des Balges. Dies ist aber nicht nachteilig, weil die von außen einwirkenden Kräfte den Balg automatisch wieder in die neutrale Mittelstellung zurückführen. Der Gesamtarbeitshub des Balges auf seinem Wege aus der in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien dargestellten Endlage in die mit gleichen Linien in Fig. 3 veranschaulichte Endstellung beträgt ungefähr 7,6 cm.

Die Halterung der unteren Wulst 24 mittels des Teils 30 ist besonders vorteilhaft. Zunächst wird auf diese Weise die Wulst fest gegenüber dem Arm 11 gehalten, während gleichzeitig eine teleskopartige Bewegung der beiden Wülste zueinander stattfinden kann. Außerdem wird durch den Teil 30 die Verformung der Balgwandung während des Zusammenpressen beim Arbeitshub gesteuert. Wenn sich also der Balg aus seiner Mittelstellung in die eingedrückte Stellung bewegt, rollt die Balgwandung auf dem Zylinder 31 des Teils 30 ab, d. h., sie kann sich nicht nach innen in Richtung auf die Balgachse zu durchwölben. Die Folge dieser Halterung der kleinen Wulst ist, daß der wirksame Bereich des Balges sich allmählich verringert und der Balg die gewünschte Bremswirkung ausübt, bis am Ende seines Hubes der zunehmende Luftdruck im Balg die Wirkung des sich verringernden Wirkungsbereiches überwiegt und verursacht, daß die Dämpfungswirkung zunimmt. Der Zylinder 31 bietet also die Möglichkeit einer Regelung des Wirkungsgrades des Balges; es braucht zu diesem Zweck nur die Form der Wandung 31 in eine nicht zylindrische Gestalt umgewandelt zu werden. Diese Wandung ist auf der Zeichnung nur beispielsweise zylindrisch veranschaulicht. Außerdem hat die Wandung 31 die Aufgabe, die Umkehrbewegung der Balgwand zu steuern, wenn die untere Wulst 25 durch die obere Wulst 24 hindurchtritt. Es wird auf diese Weise ein zu starkes Ausbeulen der Balgwand und damit ein Scheuern und Abreiben der Balgwand verhindert bzw. auf ein Mindestmaß herabgesetzt, da der Balg glatt und widerstandslos auf dem Teil 30 abrollt. Auf diese Weise ist die Lebensdauer des Balges verlängert.

Der dargestellte und beschriebene Balg ist im Vergleich zu früheren Bälgen dieser Art auch deswegen noch besonders praktisch und vorteilhaft, weil er sich selbst reinigt. An der Übergangsstelle zwischen der oberen Wulst und der Balgwand bildet sich eine Tasche 53: eine ähnliche Tasche ist an derselben Stelle auch bei den früher verwendeten Luftfederbälgen vorhanden; es ist festgestellt worden, daß sich an diesen Stellen und an diesen Taschen von der Fahrbahn aufgeworfener Schmutz und Staub ansammeln. Dies hat zur Folge, daß der Schmutz den Balg im Bereiche seiner Wulst abscheuert. Die Folge davon ist, daß die Bälge bisher an dieser Stelle vorzeitig zerstört wurden. Bei der Anordnung nach der Erfindung hingegen wird Schmutz, der sich in der Tasche 53 anzusammeln versucht, durch die Balgbewegung, insbesondere beim Zusammenpressen des Balges, abgeschüttelt. Durch diese Selbstreinigung wird die Lebensdauer des Balges erhöht.

Claims

Patentansprüche:

1. Luftfeder, insbesondere zur Abfederung von Kraftfahrzeugen, bei welcher zwischen Rad und Fahrgestell ein luftgefüllter, nur eine einzige ringförmige Ausbuchtung aufweisender federnder Balg angeordnet ist, dessen Wandung in zwei, mit den kappenartigen Abschlußgliedern der Luftfeder luftdicht verbundene Ringwülste ausläuft, von denen die eine im Durchmesser so viel kleiner ist als die zweite, daß sie beim Zusammendrücken der Luftfeder unter Einstülpen des Balgkörpers durch die größere Wulst hindurchtreten kann, dadurch gekennzeichnet, daß der konvex nach außen gewölbte Balgkörper (21) nach Maßgabe der Verstellbewegungen der Luftfeder ungehindert quer zu dieser Bewegungsrichtung ausdehnbar ist und seine Auswölbung unter entsprechender Querschnittsveränderung des von ihm umschlossenen Luftraumes der jeweils von der Feder aufzunehmenden Last selbsttätig anpaßt.

2. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kappenartigen Abschlußglieder (31, 41), mit denen die Balgwülste (24, 25) luftdicht verbunden sind, bei den Verstellbewegungen der Luftfeder unabhängig voneinander bewegbar sind.

3. Luftfeder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinere Balgwulst (24) an einem zylindrischen Führungskörper (30) befestigt ist, auf dem in an sich bekannter Weise der Balgkörper (21) sich beim Zusammendrücken der Feder abrollt.

4. Luftfeder nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch· gekennzeichnet, daß die Balgwülste (24, 25) in an sich bekannter Weise nicht dehnbare, ringförmige Verstärkungsglieder, z. B. Stahldrahteinlagen (26, ΊΠ), enthalten.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 127 479; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 678 349; deutsche Patentanmeldung H 15887 11/63 c kanntgemacht am 8. 7. 1954).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen