DE19607804C1 - Luftfeder zur federnden Abstützung von Fahrzeugbauteilen - Google Patents

Luftfeder zur federnden Abstützung von Fahrzeugbauteilen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder zur federnden Abstützung von zwei relativ zueinander beweglich angeordneten Fahrzeugbauteilen, die einen Ein- oder Mehrfaltenbalg und einen Rollbalg aufweist, die in Reihe angeordnet sind und ein abgeschlossenes, druckbeaufschlagbares Luftfedervolumen bilden, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-AS 11 82 534 ist eine Luftfeder bekannt, die eine Ringbalgfeder (Einfaltenbalg) und eine Rollbalgfeder (Rollbalg) hintereinandergeschaltet aufweist. Dabei ist ,die Rollbalgfeder zwischen einer von der Ringbalgfeder getragenen äußeren Führung und einem an den die Fahrzeugachse tragenden Teilen angeordneten zylindrischen Abstütz- oder Führungsteil geführt. Bewegen sich die Fahrzeugteile gegeneinander, rollt die Rollbalgfeder entlang der äußeren Oberfläche des Abstütz- oder Führungsteils und entlang der inneren Oberfläche der äußeren Führung. Durch eine solche Federbewegung der Rollbalgfeder wird die gewünschte Dämpfungscharakteristik für geringe axiale Bewegungen des abzufedernden Fahrzeugteiles erhalten. Das Abrollen der Rollbalgfeder endet, wenn eine im. Rollbalginneren angeordnete, sich axial erstreckende Rippe mit dem durch die äußere Führung nach innen gezogenen Teil der Luftfeder zusammenwirkt.
Eine darüber hinausgehende Einfederung wird von der Ringbalgfeder aufgenommen, die einer weiteren Bewegung einen beträchtlich größeren Widerstand entgegensetzt. Die Rollbalgfeder nimmt also lediglich geringe Bewegungen der Fahrzeugteile auf, während die Ringbalgfeder bei größeren Ausschlägen der Fahrzeugteile wirksam wird. Diese Aufteilung der Druckmittelfeder in eine Ringbalgfeder und eine Rollbalgfeder hat den Vorteil einer weichen Fahrt bei normalen Fahrbedingungen, weil bei geringen Höhenänderungen nur geringe Bewegungen in der Feder auftreten, die in erster Linie von der Rollbalgfeder aufgenommen werden. Erst mit zunehmenden Achsausschlägen wird dann auch die Ringbalgfeder an der Abfederung beteiligt, bis schließlich die Rollbalgfeder vollkommen ausgeschaltet ist.
Eine derartige Luftfederung könnte auch der Zielvorstellung hinsichtlich des Einsatzes im PKW entsprechen. Im PKW ist neben der Erzielung einer besseren Grundfederung bei großen Bodenunebenheiten auch von Bedeutung, den Abrollkomfort deutlich zu verbessern. Speziell auf sehr guten Straßen, auf denen für den Fahrer sehr kleine Bodenunebenheiten zu sehen sind, sollte der PKW ohne die geringste Unruhe hinwegschweben. Aber auch von einer sehr guten ebenen Straße werden Anregungen in das Fahrzeug geleitet. Diese Anregungen befinden sich in einem sehr kleinen Amplitudenbereich. In diesem Amplitudenbereich wirkt die Rollbalgfeder allein.
Aus elastomerem Material hergestellte Federelemente und Luftfedern haben jedoch einen materialspezifischen Nachteil und zwar in der Form, daß die Rollbalgfeder bei sehr kleinen Amplituden komfortmäßig härter ist als bei großen Amplituden. Man spricht von Federwertverhärtung bei kleinen Amplituden infolge der Losbrechkräfte, die bei Ingangsetzen der Bewegung der Elastomermoleküle beim Federn auftreten.
Die aus der DE-AS 11 82 534 bekannte Luftfeder hat für den Einsatz in einem PKW den Nachteil, daß eine für die beschränkten Raumverhältnisse zu große Bauhöhe erforderlich wird. Weiter ist von Nachteil, daß bei einem größeren Durchfedern das Rollbalgvolumen durch die Anschlagrippe vom federwirksamen Luftfedervolumen abgetrennt wird. Es entsteht eine zu harte Feder mit einem steilen Anstieg der Federkennlinie.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder der eingangs beschriebenen Art derart auszugestalten, daß sie einen geringeren Bauraum benötigt, einen gleichmäßigen weichen Anstieg der Federkennlinie gewährt und die Federwertverhärtung bei kleinen Amplituden auf einen für den Fahrkomfort erträglichen Wert reduziert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im Fahrbetrieb sorgt die Rollbalgfeder für eine weiche Federcharakteristik. Bei weiterer Einfederung wird die Rollbalgfeder über den Anschlag blockiert, so daß nur der Ein- oder Mehrfaltenbalg federt, wobei eine große Progressivität der Federkennlinie durch starkes Vergrößern der wirksamen Fläche des Faltenbalges erzielt wird. Dabei bleibt das Luftvolumen im Rollbalg weiter mit dem Faltenbalgvolumen verbunden. Außerdem können von der Luftfeder große Federwege bewältigt werden, da die Rollbalgfeder tief in den Faltenbalg aufgrund der unterschiedlichen wirksamen Durchmesser eintauchen kann. Der größere Einspanndurchmesser des Faltenbalges, der größer ist als der wirksame Durchmesser des Rollbalges, ergibt eine den Faltenbalg unterstützende, stabilisierende Kraftwirkung gegen seitliches Ausknicken.
Für die Betriebssicherheit (Bersten) der Luftfeder ist im Faltenbalg der Außendurchmesser dA und im Rollbalg die Faltenbreite dR maßgebend. Da dR des Rollbalges wesentlich kleiner ist als dA des Faltenbalges, kann der Rollbalg mit weniger Blastomermaterial und weniger Festigkeitsträger ausgestattet werden als der Faltenbalg. Durch diese Maßnahme wird bei kleinen für den Fahrkomfort bei glatter Fahrbahn vorkommenden Amplituden im Rollbalg nur eine Mindest- bzw. Minimalmenge an Elastomermaterial verformt. Durch diese Materialreduzierung entstehen im Rollbalg geringere Verformungskräfte und die störende Federwertverhärtung bei kleinen Amplituden wird reduziert.
Da im Rollbalgteil die durch den Innendruck erzeugten Umfangskräfte vom Führungsteil aufgenommen werden, kann hier der Festigkeitsträger nicht nur dünner sondern auch im wesentlichen in Axialrichtung angeordnet sein. Dies führt zu einer weiteren Reduzierung der störenden Federwertverhärtung bei kleinen Amplituden.
Im Faltenbalg wirkt dagegen die Umfangskraft durch den Innendruck in voller Größe auf die Balgwand. Der Festigkeitsträger muß deshalb hochfester, bzw. dicker oder mit mehr Gewebefäden bzw. mehr Gewebelagen ausgebildet und im wesentlichen in Umfangsrichtung angeordnet sein. Konstruktiv kann deshalb die Luftfeder in der Weise ausgebildet sein, daß im Faltenbalg dicke oder mehrere Fadenlagen angeordnet sind und im Rollbalg wenige (1 bzw. 2) dünne Fadenlagen vorhanden sind.
Der Faltenbalg und der Rollbalg können sowohl aus einem Stück als auch aus zwei separaten zusammengesetzten Teilen bestehen. Die unterschiedlichen Bälge (Faltenbalg und Rollbalg) können im Bereich des Führungsteiles zusammenvulkanisiert als auch mechanisch miteinander verbunden sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Luftfeder beispielsweise aus zwei Gewebelagen hergestellt ist, wobei im Faltenbalg dicke, im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Fäden angeordnet sind, im Übergangsbereich die Fäden kontinuierlich dünner werden und in Axialrichtung schwenken, so daß dann im Rollbalgbereich dieselben Fäden, aber dünner und im wesentlichen in Axialrichtung ausgebildet sind.
Vorzugsweise ist das Führungsteil am Rollbalg festvulkanisiert.
Alternativ besteht das Führungsteil nicht aus Metall oder Kunststoff, sondern es ist als Gürtel mit im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Fäden hergestellt und mit dem Rollbalg zusammenvulkanisiert.
Anhand der Zeichnungen wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine in Fahrstellung dargestellte Luftfeder mit einem Einfaltenbalg und einem in Reihe angeordneten Rollbalg, wobei das Elastomerteil mit Gewebeverstärkung aus einem Stück gefertigt ist;
Fig. 2 die Luftfeder gemäß Fig. 1 im eingefederten Zustand;
Fig. 3 die Luftfeder nach Fig. 1 im ausgefederten Zustand.
Die gezeigte Luftfeder ist in einem PKW-Federbein eingebaut und weist einen elastomeren, wulstlosen Einfaltenbalg 11 auf, der mit seinem oberen Balgende 12 an einem ringförmigen Absatz 13 eines an einem oberen Fahrzeugteil angebrachten Befestigungsteil 15 durch einen aufgepreßten Spannring 16 festgeklemmt ist. Das andere Ende des Einfaltenbalges 11 ist mit der abgerundeten Endkante 18 eines äußeren Führungsteiles 19 in Form einer Stützglocke durch Vulkanisation oder Klemmring 27 verbunden und steht mit einem Rollbalg 21 in Verbindung. Die unterschiedlichen Bälge (Faltenbalg und Rollbalg) können im Übergangsbereich 28 des Führungsteils 19 zusammenvulkanisiert oder auch mechanisch miteinander verbunden sein. Der elastomere, wulstlose Rollbalg 21 ist mit seinem entgegengesetzten Balgende 22 an einem zylindrischen Abstützteil 23 einer Stoßdämpferanordnung festgeklemmt.
Die Luftfeder ist im Betriebszustand gezeigt, in dem sich eine Rollfalte 24 ausbildet, die beim Ein- und Ausfedern über die Außenwand des zylindrischen Abstützteiles 23 abrollt. Das äußere Führungsteil 19 stützt den äußeren Durchmesser des Rollbalges 21 ab. Das untere Ende 25 des Führungsteiles 19 ist nach außen gebogen und wirkt mit einem nach außen gerichteten Flansch 2 des zylindrischen Abstützteiles 23 zusammen.
In der in Fig. 1 gezeigten sogenannten Null-Lage der Luftfeder, der Fahrstellung, ist der wirksame Durchmesser dwf des Faltenbalges 11 gleich dem wirksamen Durchmeser dwr des Rollbalges 21. Der Durchmesser dE der Einspannstelle 13, 16 für das obere Ende 12 des Einfaltenbalges 11 ist ersichtlich größer als der wirksame Durchmesser dwf des Einfaltenbalges 11. Treten im Fahrbetrieb nur kleine Ein- und Ausfederbewegungen auf, übernimmt im wesentlichen nur der Rollbalg 21 die Federung und sorgt für eine weiche Federcharakteristik. Bei weiterer Einfederung wird der Rollbalg 21 durch den Anschlag 25 des äußeren Führungsteils 19 auf dem Flansch 26 blockiert, so daß dann nur noch der Einfaltenbalg 11 federn kann.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, ist dabei durch die Verformung des Faltenbalges 11 die wirksame Fläche des Faltenbalges 11 aufgrund des sich vergrößernden wirksamen Durchmessers dwf stark vergrößert, was eine große Progressivität der Federkennlinie zur Folge hat. Im eingefederten Zustand der Luftfeder verschiebt sich die Rollbalgfederanordnung zum großen Teil in den Bauraum des Einfaltenbalges 11. Dadurch baut die gesamte Luftfeder wesentlich kleiner und kompensiert große Federwege.
Für das Ausfedern (Fig. 3) der Luftfeder steht nicht nur der Rollbalg 21 mit seiner Rollfalte 21 zur Verfügung sondern auch die Wand des Faltenbalgs 11, die sich streckt.
Bezugszeichenliste
11 Einfaltenbalg (Faltenbalg, Mehrfaltenbalg)
12 oberes (freies) Ende (des Ein- oder Mehrfaltenbalges)
13 ringförmiger Absatz (Einspannstelle)
15 Befestigungsteil
16 Spannring (Einspannstelle)
18 abgerundete Endkante
19 äußeres Führungsteil (Stützglocke)
21 Rollbalg
22 entgegengesetztes Ende (des Rollbalges)
23 zylindrisches Abstützteil
24 Rollfalte
25 unteres Ende (des Führungsteiles 19, Anschlag, Rand)
26 (nach außen gerichteter) Flansch (Außenflansch, Anschlag)
27 Klemmring
28 (Verbindungs-)Bereich des Führungsteils 19 (Umfangsbereich, Übergangsbereich zwischen Einfalten- und Rollbalg)

Claims (9)

1. Luftfeder zur federnden Abstützung von zwei relativ zueinander beweglich angeordneten Fahrzeugbauteilen, die einen Ein- oder Mehrfaltenbalg und einen Rollbalg aufweist, die in Reihe angeordnet sind und ein abgeschlossenes, druckbeaufschlagbares Luftfedervolumen bilden, mit folgenden Merkmalen:
  • a) der Ein- oder Mehrfaltenbalg (11) ist mit seinem freien Ende (12) in einer Einspannstelle (13, 1 an einem Fahrzeugbauteil dicht befestigt und ist mit seinem anderen Ende mit dem Rollbalg (21) verbunden,
  • b) der Rollbalg (21) ist zwischen einem äußeren Führungsteil (19) und einem an dem anderen Fahrzeugbauteil angeordneten zylindrischen Abstützteil (23) geführt,
  • c) die Einfederung des Rollbalges (21) wird durch einen Anschlag (25, 26) begrenzt,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • d) der Durchmesser (dE Einspannstelle (13, 16) des Faltenbalges (11) ist größer als der wirksame Durchmesser (dwr) des Rollbalges (21),
  • e) der Anschlag (25, 26) besteht aus dem unteren Rand (25) des äußeren Führungsteils (19) und einem mit diesem zusammenwirkenden Außenflansch (2 des zylindrischen Abstützteils (23).
2. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollbalg (21) mit weniger Elastomermaterial und mit weniger Festigkeitsträger ausgestattet ist als der Faltenbalg (11).
3. Luftfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Festigkeitsträger des Rollbalgs (21) im wesentlichen in Axialrichtung angeordnet ist.
4. Luftfeder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Festigkeitsträger des Faltenbalges (11) hochfester und/oder dicker oder mit mehr Gewebefäden und/oder mehr Gewebelagen als der Rollbalg (21) ausgebildet ist und im wesentlichen in Umfangsrichtung angeordnet ist.
5. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (11) und der Rollbalg (21) zwei separate Teile sind, die im Bereich (28) des Führungsteils (19) zusammenvulkanisiert oder mechanisch miteinander verbunden sind.
6. Luftfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bälge (11), (21) aus zwei Gewebelagen aufgebaut sind, wobei im Faltenbalg (11) dicke, im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Fäden angeordnet sind, und wobei die Fäden im Umfangsbereich (28) kontinuierlich dünner werden und in Axialrichtung schwenken, so daß dieselben Fäden im Rollbalgbereich (21) dünner und im wesentlichen in Axialrichtung ausgebildet sind.
7. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Führungsteil (19) am Rollbalg (21) festvulkanisiert ist.
8. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Führungsteil (19) als Gürtel mit im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Fäden ausgebildet und mit dem Rollbalg (21) zusammenvulkanisiert ist.
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