DE1048165B

DE1048165B - Luftfeder, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1048165B
Application number: DE1957P0018004
Authority: DE
Inventors: Bernhardt Hoehne; Hellmut Lerbs
Original assignee: Phoenix Gummiwerke AG
Current assignee: Phoenix AG
Priority date: 1957-02-20
Filing date: 1957-02-20
Publication date: 1958-12-31

Description

Luftfeder, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf Luftfedern, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Verwendung einer Stülpfeder, die sich auf einem Stempel abrollt und an der Wandung eines Zusatzbehälters befestigt ist bzw. gegen sie anliegt, wobei der eine Teil, beispielsweise die Stülpfeder, am Fahrzeugrahmen und der andere Teil, beispielsweise der Stempel, an einem beweglichen Teil wie ein Schwenkarm befestigt ist. Das Arbeitsprinzip der Feder beruht im wesentlichen darauf, daß ein Abrollkörper an einem Schwenkarm oder einem sonstigen gegenüber dem Fahrzeugrahmen beweglichen Teil des Fahrzeuges befestigt ist, während eine Stülpfeder mit ihrem Außenwulst an einer Behälterwandung gelagert wird. Der mit dem Abrollkörper verbundene Innenwulst der Stülpfeder führt bei einer Federbewegung des die Fahrzeugachse tragenden Schwenkarmes eine Winkelbewegung aus. Zwangläufig wird dadurch bei der bisher bekannten Anordnung eine exzentrische Bewegung zwischen den Symmetrieachsen des Behälters und des Stempels ausgeführt, so daß die Stülpfeder eine mit der Größe des Winkelausschlages steigende asymmetrische Verzerrung erfährt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einwandfrei arbeitende Luftfeder zu schaffen, bei der der Stülpfederrand gegenüber dem Stempel völlig zentrisch geführt ist. Die Erfindung besteht darin, daß die Achsmitten des gekrümmten Stempels der Kreisbogenkrümmung entsprechen, die zu dem betreffenden Radius des Schwenkarmes gehört. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß eine verzerrungsfreie Berührung der Stülpfeder auch dann erzielt wird., wenn keine besondere feste Führung des Schwenkarmes vorgesehen ist. Man erreicht also als wertvolle Ausgestaltung der Erfindung eine über dem äußeren Umfang nahezu gleichmäßige Beanspruchung der deformierten Feder. Eine Überbeanspruchung des zum Drehpunkt des Federsystems weisenden Teiles der Feder kann nicht eintreten; denn in jeder Arbeitsstellung wird die Feder symmetrisch zur Mittelachse verformt. Eine sonst notwendig werdende Wartung des Maschinenteiles wird also vermieden.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der Abrollkörper unabhängig von einer Krümmung desselben drehbar gelagert, so daß er sich in jeder Arbeitsstellung der Feder senkrecht zur Druckrichtung einstellen kann. Die Einstellung kann gesteuert oder ungesteuert sein und läßt sich zum Teil durch die Lage des Drehpunktes beeinflussen.
Eine weitere wertvolle Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Stülpfeder im Längsschnitt gesehen unsymmetrisch ausgebildet ist. Diese unsymmetrische Form beseitigt den letzten Rest einer Verzerrung. Durch Anwendung entsprechender Formen ist ein solcher Balg ohne weiteres herstellbar. So könnte dies eventuell durch ein Gießverfahren von Polyurethan erreicht werden. Um eine wirksame Luftfeder zu schaffen, die die vom modernen Fahrzeugbau geforderten geringen Federkennungen und Frequenzen im mittleren Arbeitsbereich und eine entsprechende Progressivität in den Endbereichen aufweist, ist daher erfindungsgemäß der Art und Ausbildung der Abrollflächen am Stempel eine entscheidende Bedeutung zuzuweisen. Das grundsätzliche Merkmal des Abrollstempels besteht darin, daß der mittlere Bereich eine je nach der Beanspruchungsart festzulegende Einschnürung aufweist. Dadurch wird erreicht, daß beim Zusammendrücken der Feder im mittleren Arbeitsbereich durch Volumenverminderung eine leichte Druckerhöhung eintritt, ohne daß die effektive Wirkfläche der Stülpfeder anzusteigen braucht. Da das Produkt aus beiden Wertgrößen, nämlich Volumenverminderung und Wirkfläche der Stülpfeder, die Größe des Last-Weg-Gradienten bestimmt, kann jeder gewünschte Gradient auf rechnerischem und konstruktivem Wege in seiner Größenordnung vorher bestimmt werden. Nach der Erfindung bildet man den Abrollstempel in seinem oberen Teil teilweise als einen sich zur Mitte hin verjüngenden Kegel aus, wobei der Kegelwinkel je nach dem Bedarfsfall zwischen 0 und 20° liegen kann.
Auf diese Weise ermöglicht es die Erfindung, daß Fahrzeugbau und Schwingungstechnik eine Luftfeder mit einem für den Spezialfall bestimmten idealen Kennungsverlauf erhalten. Mit Hilfe von Rechnung und Versuch kann die günstigtste Ausbildung des Abrodlstempels errechnet werden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß sieh der Abrodlstempel zum, Fuß hin stark verbreitert. Auf diese Weise wird die effektive Wirkfläche der Stülpfeder stark vergrößert. Man erzielt dadurch in diesem Bereich einen stark ansteigenden Last-Weg-Gradienten und verhindert ein Durchschlagen der Feder beim Abfangen besonders starker Stöße. Gleichzeitig gestattet dieses Merkmal eine Beeinflussung des Arbeitsaufnahmevermögens der Feder nach den jeweiligen Erfordernissen.
Der mittlere Bereich des Abrollstempels kann erfindungsgemäß als elastischer Mantel ausgebildet sein. Dadurch wird die Lebensdauer des Stempels auch beim ungünstigen Gebrauch wesentlich erhöht.
Die Erfindung sieht weiter vor, daß der Innenraum des Abrollstempels an ein Druckmedium, beispielsweise Preßluft oder Preßflüssigkeit, angeschlossen ist. Der Fahrzeugbenutzer hat dadurch die Möglichkeit, beim Befahren schlechter Wegstrecken durch Druckänderung den mittleren Arbeitsbereich des Stempels auszudehnen, zu verflachen oder zu vertiefen und somit eine Anpassung der Federkennlinie zum Auffangen starker Fahrbahnstöße zu erreichen.
Weiter sieht die Erfindung die Möglichkeit vor, durch Verändern der Federkennung die Eigenfrequenz des Federsystems zu ändern, was sich beispielsweise durch Druckerhöhung im Innern des Abrollstempels erreichen läßt. Vielfach können auf diesem Wege Resonanzerscheinungen verringert oder völlig ausgeschaltet werden. Für bestimmte Bereiche der Fahrgeschwindigkeit kann dies eine erhebliche Bedeutung haben.
Zum einwandfreien Arbeiten der Stülpfeder ist es weiterhin notwendig, diese mit dem am. Fahrzeugrahmen sitzenden Luftbehälter luftdicht zu verbinden. Dieses Ziel kann dadurch erreicht werden, daß zur luftdichten Anlage am Hilfsbehälter der Stülprand zu einer Lippe ausgebildet ist, die mit Hilfe des Innendruckes zu einem absolut festen Anliegen kommt.
Weitere wertvolle Einzelheiten der Erfindung sind später näher beschrieben.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines dargestellten - Ausführungsbeispiels erläutert, und zwar zeigt Abb. 1 eine Luftfederanordnung, teilweise im Schnitt, Abb:2 einen gelenkig aufgehängten Stempel im Schnitt, Abb. 3 bis 6 Schnitte durch Stülpfederränder im vergrößerten Maßstab gegenüber den Abb. 1 und 2 und Abb 7 die besondere Art der Gewebelage im Stülpbalg.
Nach Abb. 1 ist an einem Fahrzeugrahmen 1 bei 2 ein Schwenkarm 3 angelenkt. Auf dem Schwenkarm 3 ist ein Stempelhalter 4 befestigt, dessen Achsmitten 5 beim Schwenken des Armes 3 um die Achse 2 auf dem Schwenkarmradius 6 liegen. Der Stempelträger 4 ist mit einer Kopfscheibe 7 versehen, hinter deren oberem Rand $ der Rand 9 eines Stülpfederbalges 10 eingeklemmt ist. Außerdem ist an der Kopfscheibe 7 der Stempelmantel 11 eingeklemmt, der aus einem festen elastischen Stoff, wie z. B. Polyurethan, besteht. Der untere Teil des Stempelträgers 4 ist zu einem Fuß 12 verbreitert. Sein Durchmesser ist wesentlich größer als der der Kopfscheibe 7. Der Rand 13 des Stülpbalges 14 ist zu einer Lippe 14 ausgezogen, die sich gegen die Innenwandung eines Hilfsbehälters 15 luftdicht anlegt: Der Rand 13 kann auch in der Wandung des Hilfsbehälters 15 festgeklemmt sein. Der Hilfsbehälter 15 ist bei 16 an einem Steuerventil 17 angeschlossen, von dem aus eine Leitung 18. zu einem Hauptbehälter 19. führt. Der Hauptbehälter 19 wird beispielsweise mit Preßluft gefüllt und von einem nicht dargestellten Kompressor an die Leitung 20 angeschlossen. Zur Steuerung des Ventils 17 dient eine Hebelübertragung 21, die mit dem eine Hinterachse 22 tragenden Schwenkarm 3 in Verbindung steht. Vom nicht dargestellten Kompressor bzw. von einem anderen Druckmedium kann eine Leitung an eine Öffnung 23 und somit an das Innere des Stempelmantels angeschlossen sein, so daß die Einschnürung des Stempelmantels verschiedene Formen annehmen kann und die Federcharakteristik verändert wird.
Abb. 2 zeigt gegenüber Abb. 1 eine veränderte Befestigung des Stempels. Auf dem Schwenkarm 3 ist ein Stempel 4 befestigt, der eine Kugel 33 trägt. Der obere Teil des Abrollkörpers 7 weist im Innern eine kugelförmige Aussparung auf, so daß der mit der Kopfscheibe verbundene Stempelmantel 1l nach allen Seiten hin frei beweglich ist. Zur Sicherung der Kopfscheibe 7 kann diese von unten her mit einer geeigneten Scheibe befestigt sein, damit die Kugel nicht aus dem Kugelgelenk herausgleiten kann.
In Abb. 3 bis 6 sind verschiedene Formen der luftdichten Verbindung zwischen dem Stülprand und der Wandung des Hilfsbehälters 15 dargestellt. Nach Abb. 3 ist der Rand 13 zu einer Lippe 24 ausgezogen, die mehr oder weniger spitz sein kann, je nach der Elastizität des Stülpfedermaterials, zu dessen Herstellung Kautschuk, Kunststoff oder ähnliches elastisches Material mit Gewebeeinlagen 25 dienen kann. Die Versteifung wird durch einen üblichen, von den Gewebelagen 25 umschlungenen Stahlring 26 erzielt. Neben der Lippe können Saugköpfe oder -rinnen 27 am Stülprand 13 vorgesehen sein. Es können aber auch überhaupt Polsterringe die Lippendichtungen ersetzen bzw. zusätzlich zur Abdichtungslippe 24 vorgesehen sein.
In Abb. 4 und 5 ist der Stülprand mit einem oder zwei Ringpolstern 28 dargestellt.
Nach Abb. G wird die Befestigung des Randes durch einen Spannring 29 erreicht, der unter dem. Einfluß einer Feder steht. Hier wird die Abdichtung des Randes an der festen Behälterwandung durch eine Ringlippendichtung 30 erzielt.
Nach Abb. 7 läßt sich die Wölbung des unter Druck stehenden und nicht am Stempel anliegenden Rollbalges durch Gewebeeinlagen bestimmter Lage beeinflussen. Die Richtung der Einlagefäden 31 und 32 kann das Auswölbeverhalten des Rollbalges verändern, wodurch eine Regelmöglichkeit für die effektive Wirkfläche gegeben ist. Im Grenzfall kann die Fadenrichtung parallel zur Wulstebene verlaufen. Mit -flacher werdendem Winkel, bezogen auf die Wulstebene, wird die Kennung steiler. Die letztbeschriebene Anordnung gehört nicht zur Erfindung.

Claims

PATEN Th:ErSPilUCFFE: 1. Luftfeder, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Verwendung einer Stülpfeder, die sich auf einem Stempel abrollt und an der Wandung eines Zusatzbehälters befestigt ist bzw. gegen sie anliegt, wobei der eine Teil, beispielsweise die Stülpfeder, am Fahrzeugrahmen und der andere Teil, beispielsweise der Stempel, an einem. beweglichen Teil wie ein Schwenkarm befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsmitten (5) des Stempelmantels (I1) der Kreisbogenkrümmung (6> entsprechen,, die zu dem betreffenden Radius des: Schwenkarmes (3) gebärt. 2. Luftfeder, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Verwendung einer Stülpfeder, die sich auf einen Stempel abrollt und an der Wandung eines Zusatzbehälters befestigt ist bzw. gegen sie anliegt, wobei der eine Teil, beispielsweise die Stülpfeder, am Fahrzeugrahmen und der andere Teil, beispielsweise der Stempel, an einem beweglichen Teil wie ein Schwenkarm befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempelmantel (11) drehbar gelagert ist. 3. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stülpfederbalg (10), im Längsschnitt gesehen, unsymmetrisch ausgebildet ist. 4. Luftfeder nach den Ansprüchen. 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bereich des Stempelmantels (11) eine Einschnürung aufweist. 5. Luftfeder nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempelfuß (12) gegenüber dem Stempelkopf (7) verbreitert ist. 6. Luftfeder nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bereich des Stempelmantels (11) als elastischer Mantel ausgebildet ist. 7. Luftfeder nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempelinnenraum an ein Druckmedium, beispielsweise Preßluft, angeschlossen ist. B. Luftfeder nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur luftdichten Anlage am Hilfsbehälter (15) der Stülprand (13) in an sich bekannter Weise zu einer Lippe (14) ausgebildet ist. 9. Luftfeder nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stülprand (13) in an sich bekannter Weise Saugköpfe oder einen Saugringraum (27) aufweist. 10. Luftfeder nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stülprand (13) in an sich bekannter Weise mit Ringpolstern (28) versehen ist. 11. Luftfeder nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beim Befestigen des Stülprandes (13) am Hilfsbehälter (15) mittels eines Klemmringes (29) der Stülprand in an sich bekannter Weise mit Ringdichtungen (30) versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 382 031, 66(1208; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1675 728; USA.-Patentschrift Nr. 2 309 446.