-
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
-
Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der am 15. April 2019 eingereichten provisorischen
US-Patentanmeldung 62/833,863 mit dem Titel „Hybride Elastomeric Air Spring“, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen wird.
-
HINTERGRUND
-
Gebiet
-
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Luftfedern und Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Luftfedern für Kraftfahrzeuge und Verfahren zur Herstellung von Luftfedern für Kraftfahrzeuge.
-
Technischer Hintergrund
-
Luftfedern werden in einer Vielzahl von Fahrzeuganwendungen eingesetzt. Zum Beispiel können Luftfedern dazu verwendet werden, Sitze in einem Fahrzeug zu stützen, um den Insassen eine bequeme Fahrt zu ermöglichen. In einigen Anwendungen können Luftfedern im Aufhängungssystem des Fahrzeugs verwendet werden. Luftfedern können dazu beitragen, eine gleichmäßige und konstante Fahrqualität zu gewährleisten, und können in Hochleistungsaufhängungssystemen verwendet werden.
-
Bei herkömmlichen Luftfedern für ein Fahrzeugaufhängungssystem besteht die Hülse aus verformbarem Elastomermaterial wie Gummi. Herkömmliche Elastomermaterialien sind jedoch nicht in der Lage, hohe Lasten zu tragen, und herkömmliche Luftfedern enthalten im Allgemeinen textile Verstärkungsfasern, um den Druck einzudämmen und die auf die Luftfedern ausgeübten Lasten zu tragen. Die Einarbeitung von textilen Verstärkungsfasern in Elastomerwerkstoffe ist jedoch zeit- und kostenaufwändig, wodurch die Herstellungskosten herkömmlicher Luftfedern steigen. Außerdem können die textilen Verstärkungsfasern zur Hysterese beitragen und so die Leistung der Luftfeder verringern. Außerdem kann eine ungleiche Verformung der Materialien der Luftfeder (z. B. des Elastomerwerkstoffs und der textilen Verstärkungsfasern) zu Scherwirkungen führen, die ein Versagen der Feder zur Folge haben können.
-
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
-
Dementsprechend besteht ein Bedarf an verbesserten Luftfedern und verbesserten Verfahren zur Herstellung von Luftfederhülsen. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind auf Verfahren zur Herstellung von Luftfedern gerichtet, die eine Hülse enthalten, die im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern ist. Indem die Luftfedern ohne textile Verstärkungsfasern geformt werden, kann die Herstellung der Luftfedern vereinfacht werden. Einige der hier beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf Komposit-Federn mit einer ersten Feder, die sich nach dem Hookeschen Gesetz verformt, und einer zweiten Feder, die sich nach dem Boyle'schen Gesetz verformt (z. B. eine Luftfeder). Die Belastung der Komposit-Feder kann zwischen der ersten und der zweiten Feder verteilt werden, so dass die Drücke innerhalb der zweiten Feder (z. B. der Luftfeder) reduziert werden können, wodurch die Haltbarkeit der zweiten Feder erhöht wird. Darüber hinaus können die erste Feder und die zweite Feder eine Redundanz bieten, die es der Feder ermöglicht, eine Last im Falle des Versagens einer der Federn zu tragen.
-
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Luftfeder für ein Fahrzeug, das einen mit der Luftfeder gekoppelten Rahmen enthält, das Erhitzen eines elastomeren Basismaterials auf einen Schmelzpunkt des elastomeren Basismaterials, wodurch ein geschmolzenes elastomeres Basismaterial gebildet wird, das Bilden einer Hülse aus dem geschmolzenen elastomeren Basismaterial, wobei die Hülse im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern ist, und das In-Eingriff-Bringen der Hülse mit Endkomponenten, wobei die Hülse und die Endkomponenten einen verformbaren Druckbehälter definieren, wobei der verformbare Druckbehälter eine Stützkraft liefert.
-
In einer anderen Ausführungsform umfasst eine Komposit-Federanordnung für ein Fahrzeug eine erste Feder, die strukturell so konfiguriert ist, dass sie sich nach dem Hooke'schen Gesetz verformt, eine zweite Feder, die strukturell so konfiguriert ist, dass sie sich nach dem Boyle'schen Gesetz verformt, wobei die zweite Feder parallel zur ersten Feder angeordnet ist und wobei die zweite Feder eine Hülse umfasst, die im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern ist, und Endkomponenten, die mit der Hülse in Eingriff stehen, wobei die Hülse und die Endkomponenten einen verformbaren Druckbehälter definieren.
-
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Bilden einer Komposit-Federanordnung für ein Fahrzeug das Verbinden von Endkomponenten mit einer Hülse, wobei die Endkomponenten und die Hülse einen verformbaren Druckbehälter einer zweiten Feder definieren, und das parallele Positionieren einer ersten Feder und der zweiten Feder, wobei die erste Feder strukturell so konfiguriert ist, dass sie sich nach dem Hooke'schen Gesetz verformt, und die zweite Feder strukturell so konfiguriert ist, dass sie sich nach dem Boyle'schen Gesetz verformt.
-
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Technologie, die in dieser Offenbarung offenbart wird, werden in der folgenden detaillierten Beschreibung dargelegt und sind zum Teil für den Fachmann aus der Beschreibung ohne weiteres ersichtlich oder werden durch die Anwendung der Technologie, wie sie in dieser Offenbarung beschrieben ist, einschließlich der folgenden detaillierten Beschreibung, der Ansprüche sowie der beigefügten Zeichnungen erkannt.
-
Figurenliste
-
Die folgende detaillierte Beschreibung spezifischer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist am besten zu verstehen, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Strukturen mit gleichen Bezugsnummern gekennzeichnet sind und in denen:
- 1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs mit Aufhängungsanordnungen gemäß einer oder mehreren hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen;
- 2 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines gefederten Sitzes mit einer Sitzaufhängung gemäß einer oder mehreren hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen;
- 3 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer Federanordnung der Aufhängungsanordnung von 1 und/oder der Sitzaufhängung von 2, gemäß einer oder mehrerer hier gezeigter und beschriebener Ausführungsformen;
- 4 zeigt schematisch eine vergrößerte Schnittansicht einer Komposit-Federanordnung gemäß einer oder mehrerer hier gezeigter und beschriebener Ausführungsformen;
- 5 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zur Herstellung einer Luftfeder, gemäß einer oder mehrerer hier gezeigter und beschriebener Ausführungsformen; und
- 6 zeigt schematisch ein weiteres Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zur Herstellung einer Komposit-Federanordnung gemäß einer oder mehrerer hier gezeigter und beschriebener Ausführungsformen.
-
Es wird nun ausführlicher auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen einige in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wann immer möglich, werden in den Zeichnungen dieselben Bezugsziffern verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile zu verweisen.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind auf Federanorndnungen mit Luftfedern gerichtet. In einigen Ausführungsformen können die Luftfedern im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern sein, wodurch die Kosten für die Herstellung der Luftfeder gesenkt sowie die Haltbarkeit und Leistung der Luftfeder erhöht werden. In einigen Ausführungsformen sind die Luftfedern parallel zu einer Feder angeordnet, die sich gemäß dem Hooke'schen Gesetz verformt. In diesen Ausführungsformen kann der Druck innerhalb der Luftfeder reduziert werden, und die Luftfeder und die Feder nach dem Hooke'schen Gesetz können eine Redundanz für den Fall bieten, dass eine der beiden Federn, die Luftfeder oder die Feder nach dem Hooke'schen Gesetz, ausfällt. Diese und andere Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
-
Wie hierin erwähnt, beziehen sich die vertikale Fahrzeugrichtung, die vertikale Sitzrichtung und die vertikale Sitzrichtung im Allgemeinen auf die Aufwärts-/Abwärtsrichtung des Fahrzeugs, des Sitzes und der hier beschriebenen Federn (z. B. die +/- Z-Richtung wie dargestellt). Die vertikale Fahrzeugrichtung, die vertikale Sitzrichtung und die vertikale Federrichtung können parallel zueinander sein oder auch nicht, abhängig von der relativen Ausrichtung des Fahrzeugs, des Sitzes und der hier beschriebenen Federn.
-
In 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs 10 schematisch dargestellt. In Ausführungsformen kann das Fahrzeug 10 ein beliebiges geeignetes Fahrzeug zum Transport von Personen und/oder Gütern sein und kann zum Beispiel und ohne Einschränkung ein Automobil, einen Lastwagen oder ähnliches umfassen. Während in der in 1 dargestellten Ausführungsform das Fahrzeug 10 ein Automobil darstellt, kann das Fahrzeug 10 in einigen Ausführungsformen eine Stützvorrichtung oder ein anderes Fahrzeug, wie z.B. einen Rollstuhl oder dergleichen, umfassen.
-
In Ausführungsformen umfasst das Fahrzeug 10 ein oder mehrere Räder 12, die mit einem Rahmen 16 des Fahrzeugs 10 verbunden sind. Zum Beispiel können die Räder 12 mit dem Rahmen 16 des Fahrzeugs 10 durch eine oder mehrere Aufhängungsanordnungen 14 gekoppelt sein. Die Aufhängungsanordnungen 14 können eine Bewegung der Räder 12 in Bezug auf den Rahmen 16 des Fahrzeugs 10 ermöglichen, z. B. in einer vertikalen Fahrzeugrichtung (z. B. in der +/- Z-Richtung, wie dargestellt), wodurch ein Aufprall gedämpft wird, der sich ergeben kann, wenn das Fahrzeug 10 ein unebenes Gelände durchfährt. Eine vertikale Bewegung der Räder 12 in Bezug auf den Rahmen 16 des Fahrzeugs 10 kann auch das Ansprechverhalten des Fahrzeugs 10 beeinflussen, z. B. wenn sich das Fahrzeug 10 in die eine oder andere Richtung dreht.
-
In 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Sitzanordnung 20 schematisch dargestellt. Eine Person, z. B. ein Beifahrer oder Fahrer, kann in der Sitzanordnung 20 sitzen, während das Fahrzeug 10 (1) in Bewegung ist. In einigen Ausführungsformen kann die Sitzanordnung 20 mit dem Rahmen 16 (1) des Fahrzeugs 10 (1) verbunden sein, und in einigen Ausführungsformen kann die Sitzanordnung 20 mit dem Rahmen 16 des Fahrzeugs 10 über eine Sitzaufhängung 22 verbunden sein. Die Sitzaufhängung 22 kann im Allgemeinen eine vertikale Bewegung der Sitzanordnung 20 in Bezug auf den Rahmen 16 (1) des Fahrzeugs 10 (1) ermöglichen. Die vertikale Bewegung der Sitzanordnung 20 in einer vertikalen Sitzrichtung (z. B. in der +/- Z-Richtung, wie dargestellt) in Bezug auf den Rahmen 16 (1) des Fahrzeugs 10 (1) kann auch Stöße absorbieren, die sich ergeben können, wenn das Fahrzeug 10 über unebenes Gelände fährt, und verhindern, dass der Stoß auf eine Person in der Sitzanordnung 20 übertragen wird.
-
Unter Bezugnahme auf 3 ist eine Schnittansicht einer Federanordnung 100 schematisch dargestellt. In Ausführungsformen können die Merkmale der Federanordnung 100 in die Aufhängungsanordnung 14 (1) und/oder die Sitzaufhängung 22 (2) integriert werden. In Ausführungsformen umfasst die Federanordnung 100 im Allgemeinen einen Rückhaltezylinder 102 und eine oder mehrere Federn, die innerhalb des Rückhaltezylinders 102 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst die Federanordnung 100 außerdem einen Dämpfer 108 mit einem Dämpferkolben 109.
-
In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist die Federanordnung 100 beispielsweise eine Komposit- Federanordnung mit einer ersten Feder 110 und einer zweiten Feder 120. In Ausführungsformen ist die erste Feder 110 strukturell so konfiguriert, dass sie sich gemäß dem Hooke'schen Gesetz verformt. Zum Beispiel hat innerhalb eines betriebsfähigen Bereichs der elastischen Verformung eine Kraft, die erforderlich ist, um die erste Feder 110 zusammenzudrücken oder auszudehnen, eine lineare Beziehung zu einem Abstand, um den die erste Feder 110 ausgedehnt oder zusammengedrückt wird. In Ausführungsformen kann die erste Feder 110 eine Wellenfeder, eine Schraubenfeder, eine Tellerfeder, eine Gummifeder oder ähnliches umfassen, und die erste Feder 110 kann aus jedem geeigneten Material, einschließlich einem oder mehreren Metallen oder nichtmetallischen Materialien, gebildet sein.
-
In 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Federanordnung 100 dargestellt. In Ausführungsformen umfasst die zweite Feder 120 eine Hülse 122, die mit einer oder mehreren Endkomponenten 140, 141 in Eingriff steht und/oder mit diesen gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen definieren die Endkomponenten 140 und 141 und die Hülse 122 einen verformbaren Druckbehälter 150. In einigen Ausführungsformen bilden die Hülse 122 und die Endkomponenten 140 und 141 beispielsweise eine Innenkammer 124, die mit einem Fluid, wie Luft oder einem anderen geeigneten Gas oder einer Kombination von Gasen, gefüllt sein kann. Die zweite Feder 120 ist in einigen Ausführungsformen so konstruiert, dass sie sich innerhalb praktischer Toleranzen gemäß dem Boyle'schen Gesetz verformt. Wenn beispielsweise die zweite Feder 120 zusammengedrückt wird, kann das Volumen der Innenkammer 124 abnehmen, wodurch sich der Druck des Fluids in der Innenkammer 124 in allgemeiner Übereinstimmung mit dem Boyle'schen Gesetz erhöht. Es sollte verstanden werden, dass unter normalen Bedingungen Unterschiede zwischen dem Verhalten des Fluids in der Innenkammer 124 und dem Verhalten eines idealen Gases dazu führen können, dass die Kompression der zweiten Feder 120 von der strikten Einhaltung des Boyle'schen Gesetzes abweicht, und der Begriff „praktische Toleranzen“ ist dazu gedacht, Abweichungen zwischen dem Verhalten eines idealen Gases und dem Verhalten von Fluiden, die zur Verwendung in Luftfedern geeignet sind (z.B. Luft), zu identifizieren.
-
In einigen Ausführungsformen definiert die Hülse 122 einen Kegel 130, so dass der verformbare Druckbehälter 150 eine Rollbalgfeder ist. Es sollte jedoch verstanden werden, dass dies nur ein Beispiel ist, und der verformbare Druckbehälter 150 kann jede geeignete Konstruktion umfassen.
-
Unter besonderer Bezugnahme auf 4 kann in einigen Ausführungsformen eine Wandstärke Tw der Hülse 122 variieren, indem sie sich entlang der Hülse 122 in einer vertikalen Federrichtung bewegt (z. B. in der +/- Z-Richtung, wie dargestellt). In der in 4 dargestellten Ausführungsform weist die Hülse 122 beispielsweise eine erste Wandstärke Tw1 an einer ersten Stelle und eine zweite Wandstärke Tw2 an einer zweiten Stelle auf, die vertikal von der ersten Stelle beabstandet ist, wobei sich die erste Wandstärke Tw1 von der zweiten Wandstärke Tw2 unterscheidet. In der in 4 dargestellten Ausführungsform ist die erste Wandstärke Tw1 geringer als die zweite Wandstärke Tw2. Die Variation der Wandstärke Tw der Hülse 122 kann zu einer bevorzugten Verformung der Hülse 122 beitragen, wenn die Federanordnung 100 zusammengedrückt wird.
-
In einigen Ausführungsformen sind die Hülse 122 und/oder die Endkomponenten 140 und 141 im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern, und in einigen Ausführungsformen können die Hülse 122 und/oder die Endkomponenten 140 und 141 aus elastomeren Materialien, wie thermoplastischen oder duroplastischen Elastomeren oder dergleichen, gebildet werden. In einigen Ausführungsformen können die Hülse 122 und/oder die Endkomponenten 140 und 141 durch ein beliebiges geeignetes Verfahren geformt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Spritzgießen, Blasformen, Einspritzgießen, Spin-Molding, Extrusion oder ähnliches.
-
Da die Hülse 122 und/oder die Endkomponenten 140 und 141 im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern sind, können in einigen Ausführungsformen die Endkomponenten 140 und 141 an die Hülse 122 mittels Co-Molding-Prozess angeformt werden. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen die Endkomponenten 140 und 141 mit der Hülse 122 in einem Co-Molding-Prozess verbunden werden, so dass die Endkomponenten 140 und 141 und die Hülse 122 monolithisch sind. Durch das Anformen der Endkomponenten 140 und 141 mit der Hülse 122 mittels Co-Molding-Prozesses kann die Komplexität der Herstellung im Vergleich zu herkömmlichen Luftfedern mit Quetschverbindungen reduziert werden. Indem die Hülse 122 und die Endkomponenten 140 und 141 monolithisch geformt werden, kann außerdem die Wahrscheinlichkeit eines Klebstoffversagens an einer Verbindung zwischen der Hülse 122 und den Endkomponenten 140 und 141 verringert werden. In einigen Ausführungsformen können die Endkomponenten 140 und 141 mit der Hülse 122 durch eine mechanische oder chemische Verbindung abgedichtet werden, z. B. durch einen strukturellen Klebstoff, eine Quetschverbindung, eine Presspassungsverbindung, eine Wulstverbindung, eine geklebte Verbindung, eine Schweißverbindung, eine Schichtverklebung oder ähnliches.
-
Ferner und unter Bezugnahme auf die 3 und 4 können in Ausführungsformen, in denen die Hülse 122 und/oder die Endkomponenten 140 und 141 im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern sind, unterschiedliche Geometrien des Balgs 130 realisiert werden. Zum Beispiel kann der Balg 130 einen Balgradius 132 definieren, wie in 3 gezeigt. In herkömmlichen Konfigurationen kann die Geometrie des Balgradius 132 durch die Materialbeschränkungen der textilen Verstärkungsfasern eingeschränkt sein. Insbesondere muss der Balgradius 132 vergleichsweise groß sein, damit sich die in der Hülse 122 angeordneten textilen Verstärkungsfasern um den Balg 130 biegen können. In Ausführungsformen, in denen die Hülse 122 im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern ist, können jedoch vergleichsweise kleinere Balgradien 132 realisiert werden, wodurch die Geometrie des Balgs 130 so angepasst werden kann, dass die gewünschte bevorzugte Verformung der Hülse 122 während der Kompression erreicht wird.
-
Da die Hülse 122 im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern ist, kann die Hysterese der zweiten Feder 120 im Vergleich zu herkömmlichen Luftfedern reduziert werden. Insbesondere kann die Reibung zwischen dem Gummi und den textilen Verstärkungsfasern herkömmlicher Luftfedern zur Hysterese herkömmlicher Luftfedern beitragen, und dementsprechend kann durch die Tatsache, dass die Hülse 122 im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern ist, die Hysterese der zweiten Feder 120 reduziert werden, wodurch die Härte verringert wird. Außerdem kann die ungleiche Verformung von textilen Verstärkungsfasern und Gummi herkömmlicher Luftfedern zu Geräuschen und Vibrationen führen. Indem die Hülse 122 im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern ist, kann die zweite Feder 120 im Vergleich zu herkömmlichen Luftfedern weniger Geräusche und/oder Vibrationen aufweisen. Die ungleiche Verformung von textilen Verstärkungsfasern und Gummi herkömmlicher Luftfedern kann auch zu Scherwirkungen führen, die die Haltbarkeit herkömmlicher Luftfedern verringern und zu einem vorzeitigen Ausfall der Luftfedern führen können. Dementsprechend kann die Haltbarkeit der zweiten Feder 120 im Vergleich zu herkömmlichen Luftfedern erhöht werden, da die Hülse 122 im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern ist.
-
Während die in den 3 und 4 dargestellte Ausführungsform sowohl die erste Feder 110 als auch die zweite Feder 120 umfasst, ist es zu verstehen, dass in einigen Ausführungsformen die Federanordnung 100 nur eine der ersten Feder 110 und der zweiten Feder 120 umfassen kann. Beispielsweise kann die Federanordnung 100 in einigen Ausführungsformen nur die zweite Feder 120 enthalten. In Ausführungsformen, die nur die zweite Feder 120 umfassen, kann die zweite Feder 120 strukturell so konfiguriert sein, dass sie die gesamte Last einer auf die Federanordnung 100 ausgeübten Kraft F trägt. In einigen Ausführungsformen weist die zweite Feder 120 beispielsweise eine Stützkraft auf, die einer Lastkraft F zwischen etwa 0 Kilogramm Kraft und etwa 50.000 Kilogramm Kraft, einschließlich der Endpunkte, entgegenwirken kann, ohne dass die zweite Feder 120 versagt. In einigen Ausführungsformen weist die zweite Feder 120 eine Stützkraft auf, die einer Belastungskraft F von mindestens etwa 10 Kilogramm Kraft entgegenwirken kann, ohne dass die zweite Feder 120 versagt. In diesen Ausführungsformen kann die Federanordnung 100 verwendet werden, um die Sitzanordnung 20 (2) zu stützen und kann im Allgemeinen das Gewicht einer Person tragen, die in der Sitzanordnung 20 sitzt.
-
In einigen Ausführungsformen hat die zweite Feder 120 eine Stützkraft, die einer Belastungskraft F von mindestens etwa 100 Kilogramm Kraft entgegenwirken kann, ohne dass die zweite Feder 120 versagt. In einigen Ausführungsformen weist die zweite Feder 120 eine Stützkraft auf, die einer Belastungskraft F von mindestens etwa 600 Kilogramm ohne Versagen der zweiten Feder 120 entgegenwirken kann. In einigen Ausführungsformen weist die zweite Feder 120 eine Stützkraft auf, die einer Belastungskraft F von mindestens etwa 1000 Kilogramm ohne Versagen der zweiten Feder 120 entgegenwirken kann. In einigen Ausführungsformen weist die zweite Feder 120 eine Stützkraft auf, die einer Belastungskraft F von mindestens etwa 5000 Kilogramm ohne Versagen der zweiten Feder 120 entgegenwirken kann. In einigen Ausführungsformen weist die zweite Feder 120 eine Stützkraft auf, die einer Belastungskraft F von mindestens etwa 10.000 Kilogramm ohne Versagen der zweiten Feder 120 standhalten kann. In einigen Ausführungsformen weist die zweite Feder 120 eine Stützkraft auf, die einer Belastungskraft F von mindestens etwa 25.000 Kilogramm ohne Versagen der zweiten Feder 120 entgegenwirken kann. In einigen Ausführungsformen weist die zweite Feder 12 eine Stützkraft auf, die einer Belastungskraft F von mehr als etwa 50.000 Kilogramm ohne Versagen der zweiten Feder 120 entgegenwirken kann. In diesen Ausführungsformen kann die Federanordnung 100 verwendet werden, um das Fahrzeug 10 (1) zu stützen und kann im Allgemeinen einen Teil des Gewichts des Fahrzeugs 10 tragen.
-
In Ausführungsformen, die sowohl die erste Feder 110 als auch die zweite Feder 120 umfassen, sind die erste Feder 110 und die zweite Feder 120 parallel zueinander angeordnet. Zum Beispiel sind in der in 3 dargestellten Ausführung die erste Feder 110 und die zweite Feder 120 durch einen oberen Federsitz 104 und einen unteren Federsitz 106 miteinander verbunden. Wie hierin erwähnt, bedeutet „parallele“ Positionierung der ersten Feder 110 und der zweiten Feder 120, dass, wenn die Lastkraft F auf die Federanordnung 100 ausgeübt wird, die Lastkraft F gleichzeitig auf die erste Feder 110 und die zweite Feder 120 ausgeübt und zwischen ihnen verteilt wird. Darüber hinaus können die erste Feder 110 und die zweite Feder 120 so positioniert werden, dass die Lastkraft F gleichzeitig auf die erste Feder 110 und die zweite Feder 120 aufgebracht und zwischen ihnen über den gesamten Kompressionsbereich der Federanordnung 100 verteilt wird. Beispielsweise können die erste Feder 110 und die zweite Feder 120 denselben oder einen ähnlichen Kompressionsbereich haben. Die parallele Anordnung der ersten Feder 110 und der zweiten Feder 120 unterscheidet sich von der „Reihenanordnung“ von Federn, bei der eine erste Feder mit Kraft beaufschlagt wird und die Kraft dann nacheinander über die erste Feder auf eine zweite Feder übertragen wird. Während in der in 3 dargestellten Ausführungsform die erste Feder 110 radial innerhalb der zweiten Feder 120 positioniert ist, ist dies nur ein Beispiel, und in einigen Ausführungsformen kann die erste Feder 110 um die zweite Feder 120 herum positioniert sein.
-
In Ausführungsformen kann die Belastung der ersten Feder 110 im Vergleich zu herkömmlichen Federanordnungen mit einer einzelnen Feder vergleichsweise gering sein. Insbesondere, weil die Last auf die Federanordnung 100 zwischen der ersten Feder 110 und der zweiten Feder 120 verteilt werden kann, muss die Last der ersten Feder 110 nicht so hoch gewählt werden, dass sie die gesamte Last der Belastungskraft F trägt. Dementsprechend kann in einigen Ausführungsformen die erste Feder 110 aus einem vergleichsweise weichen Material, wie z. B. einem nicht-metallischen Material, gebildet werden. Da die Last auf die Federanordnung 100 zwischen der ersten Feder 110 und der zweiten Feder 120 verteilt werden kann, kann außerdem der Druck des Fluids (z. B. Luft) in der Innenkammer 124 der zweiten Feder 120 auf einem niedrigeren Druck gehalten werden als bei einer herkömmlichen Luftfeder, die eine ähnliche Last trägt. Indem die zweite Feder 120 auf einem niedrigeren Druck als eine herkömmliche Luftfeder gehalten wird, kann die Belastung der Hülse 122, die aus dem Druck des Fluids (z. B. Luft) in der Innenkammer 124 resultiert, reduziert werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Versagens an der Hülse 122 verringert wird. Darüber hinaus kann die Größe der Aktuatoren und/oder Pumpen, die den Druck des Fluids (z. B. Luft) in der Innenkammer 124 aufrechterhalten, reduziert werden, wodurch das Gewicht der Federanordnung 100 und die zur Unterstützung des Betriebs der Federanordnung 100 erforderliche Energie reduziert werden.
-
Darüber hinaus bieten die erste Feder 110 und die zweite Feder 120 Redundanz innerhalb der Federanordnung 100. Insbesondere kann im Falle des Versagens einer der ersten Feder 110 oder der zweiten Feder 120 die andere der ersten Feder 110 oder der zweiten Feder 120 die Lastkraft F unterstützen. Auf diese Weise können Fahrzeuge 10 (1), die Federanordnungen 100 mit sowohl der ersten Feder 110 als auch der zweiten Feder 120 enthalten, im Falle des Versagens einer der ersten Feder 110 oder der zweiten Feder 120 den Betrieb fortsetzen, so dass das Fahrzeug 10 (1) zu einer Servicestation gefahren werden kann, ohne dass ein Abschleppen erforderlich ist.
-
In einigen Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf 4 kann die Federanordnung 100 einen optionalen Stoßdämpfer 170 umfassen, der an einer Endkomponente 140 einer Federanordnung 100 angeordnet ist. Der Stoßdämpfer 170 kann Stöße absorbieren und Geräusche dämpfen und kann verhindern, dass sich die Federanordnung 100 bei Stößen vollständig verdichtet, z. B. wenn das Fahrzeug 10 auf ein Schlagloch oder ähnliches auffährt. In einigen Ausführungsformen kann der Stoßdämpfer 170 jedoch weggelassen werden, zum Beispiel in Ausführungsformen, die sowohl die erste Feder 110 als auch die zweite Feder 120 umfassen. Insbesondere können die erste Feder 110 und die zweite Feder 120 so abgestimmt sein, dass sie verhindern, dass sich die Federanordnung 100 vollständig verdichtet, und die erste Feder 110 und die zweite Feder 120 können so abgestimmt sein, dass sie Geräusche, Vibrationen und Rauheit reduzieren, die üblicherweise von dem Stoßdämpfer 170 absorbiert würden.
-
Darüber hinaus können in Ausführungsformen, die die erste Feder 110 und die zweite Feder 120 umfassen, herkömmliche interne Rückprallfedern in der Federanordnung 100 weggelassen werden, wodurch die Kosten und das Gewicht der Federanordnung 100 im Vergleich zu herkömmlichen Luftfedern verringert werden.
-
Unter Bezugnahme auf die 3, 4 und 5 ist ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zur Herstellung einer Luftfeder, beispielsweise der zweiten Feder 120, dargestellt. In einem ersten Block 502 wird ein elastomeres Grundmaterial auf einen Schmelzpunkt des elastomeren Grundmaterials erhitzt. In Block 504 wird die Hülse 122 aus dem geschmolzenen elastomeren Basismaterial geformt, wobei die Hülse 122 im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern ist. In Block 506 wird die Hülse 122 mit den Endkomponenten 140 und 141 in Eingriff gebracht, um den verformbaren Druckbehälter 150 zu bilden.
-
Wie oben erwähnt, kann die Luftfeder (z. B. die zweite Feder 120) allein verwendet werden oder parallel zur ersten Feder 110 angeordnet sein.
-
Insbesondere und unter Bezugnahme auf die 3, 4 und 6 ist ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zur Bildung einer Komposit-Federanordnung , wie der Federanordnung 100, dargestellt. In einem ersten Block 602 werden die Endkomponenten 140 und 141 mit der Hülse 122 verbunden, wobei die Endkomponenten 140 und 141 und die Hülse 122 den verformbaren Druckbehälter 150 der zweiten Feder 120 definieren. In Block 604 werden die erste Feder 110 und die zweite Feder 120 parallel zueinander angeordnet. Wie oben erwähnt, ist die zweite Feder 120 strukturell so ausgelegt, dass sie sich nach dem Boyle'schen Gesetz verformt, und die erste Feder 110 ist strukturell so ausgelegt, dass sie sich nach dem Hooke'schen Gesetz verformt.
-
Dementsprechend sollte es jetzt verstanden werden, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf Federanordnungen einschließlich Luftfedern gerichtet sind. In einigen Ausführungsformen können die Luftfedern im Wesentlichen frei von textilen Verstärkungsfasern sein, wodurch die Kosten für die Herstellung der Luftfeder gesenkt sowie die Haltbarkeit und Leistung der Luftfeder erhöht werden. In einigen Ausführungsformen sind die Luftfedern parallel zu einer Feder angeordnet, die sich gemäß dem Hookeschen Gesetz verformt. In diesen Ausführungsformen können die Drücke innerhalb der Luftfeder reduziert werden, und die Luftfeder und die Feder nach dem Hookeschen Gesetz können eine Redundanz für den Fall bieten, dass eine der beiden Federn, die Luftfeder oder die Feder nach dem Hookeschen Gesetz, ausfällt.
-
Nachdem der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung im Detail und unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird darauf hingewiesen, dass die verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Details nicht so verstanden werden sollten, dass diese Details sich auf Elemente beziehen, die wesentliche Bestandteile der verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen sind, selbst in Fällen, in denen ein bestimmtes Element in jeder der Zeichnungen, die die vorliegende Beschreibung begleiten, dargestellt ist. Vielmehr sollten die beigefügten Ansprüche als einzige Darstellung des Umfangs der vorliegenden Offenbarung und des entsprechenden Umfangs der verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen verstanden werden. Darüber hinaus sollte es für den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang des beanspruchten Gegenstandes abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Spezifikation die Modifikationen und Variationen der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen abdeckt, vorausgesetzt, dass solche Modifikationen und Variationen in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den Erwähnungen einer Komponente der vorliegenden Offenbarung, die in einer bestimmten Weise „strukturell konfiguriert“ ist, um eine bestimmte Eigenschaft zu verkörpern oder in einer bestimmten Weise zu funktionieren, um strukturelle Erwähnungen handelt, im Gegensatz zu Erwähnungen der beabsichtigten Verwendung. Genauer gesagt, die Verweise auf die Art und Weise, in der ein Bauteil „strukturell konfiguriert“ ist, bezeichnen einen bestehenden physikalischen Zustand des Bauteils und sind als solche als eine definitive Aufzählung der strukturellen Merkmale des Bauteils zu verstehen.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass Begriffe wie „vorzugsweise“, „üblicherweise“ und „typischerweise“, wenn sie hier verwendet werden, nicht verwendet werden, um den Umfang der beanspruchten Erfindung einzuschränken oder zu implizieren, dass bestimmte Merkmale kritisch, wesentlich oder sogar wichtig für die Struktur oder Funktion der beanspruchten Erfindung sind. Vielmehr sind diese Begriffe lediglich dazu bestimmt, bestimmte Aspekte einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu kennzeichnen oder alternative oder zusätzliche Merkmale hervorzuheben, die in einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können oder nicht.
-
Zum Zwecke der Beschreibung und Definition der vorliegenden Erfindung wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „im Wesentlichen“ und „ungefähr“ hier verwendet werden, um den inhärenten Grad an Unsicherheit darzustellen, der jedem quantitativen Vergleich, Wert, jeder Messung oder anderen Darstellung zugeschrieben werden kann. Die Begriffe „im Wesentlichen“ und „ungefähr“ werden hier auch verwendet, um den Grad darzustellen, um den eine quantitative Darstellung von einer angegebenen Referenz abweichen kann, ohne dass dies zu einer Änderung der grundlegenden Funktion des fraglichen Gegenstands führt.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass in einem oder mehreren der folgenden Ansprüche der Begriff „wobei“ als Übergangsphrase verwendet wird. Für die Zwecke der Definition der vorliegenden Erfindung wird darauf hingewiesen, dass dieser Begriff in den Ansprüchen als offener Übergangssatz eingeführt wird, der dazu dient, eine Aufzählung einer Reihe von Merkmalen der Struktur einzuleiten, und in gleicher Weise zu interpretieren ist wie der allgemeiner verwendete offene Präambelbegriff „umfassend“.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
