DE2255304A1 - Luftfeder - Google Patents

Description

DR. ING. DIPL PHYS. H. STURiES PATENTANWÄLTE _{D|pL |NG}. p. _EICHLER ,,5

, 56 WUPPERTAL 2, BRAHViSSTRASSE 29 ^

Firma August Bilstein 5828 Ennepetal-Altenvoerde

"Luftfeder"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftfeder, insbesondere für Kräftfahrzeuge, bestehend aus zwei mit den abzufedernden Massen zu verbindenden Bauteilen, an welchen jeweils ein Ende eines mit einer Gewebeeinlage versehenen elastischen Rollbalges luftdicht festgeklemmt ist.

Die bekannten Luftfedern besitzen Roll- oder Faltenbälge aus Gummi, welche z.B. gegen übermäßige seitliche Verformung mit einer Gewebeeinlage verstärkt sind. An ihren Enden sind Wulste vorhanden, mit denen sie von besonderen, an die Wulste angepaßten Formteilen der starren Luftfeder-Bauteile festgeklemmt werden. Die Wulste müssen in vielen Fällen durch Drahteinlagen verstärkt werden.

Die bekannten Bälge sind kegelstumpfförmig oder derart ausgebildet, daß. es bei im wesentlichen überdruckloser Feder nicht zu einer Reibung zwischen Balgflächen kommen kann, wenn die den Balg tragenden Bauteile der Luftfeder relativ zueineinander bewegt werden. Das ist z.B. denkbar, wenn die Luft-* feder als Hilfsluftfeder bei Federbeinen für Kraftfahrzeuge eingesetzt wird.

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Die Fertigung dieser bekannten Bälge ist aufwendig, da die Balgeinlagen in besonderen Arbeitsschritten in die Herstellungsform eingebracht werden müssen. Beispielsweise muß zuerst eine Balginnenschicht auf einem Formkern erzielt werden, auf die danach die Gewebeeinlage von Hand aufgebracht wird, welche

nach Montage der Außenform mit der Balgaußenschicht überzogen werden kann. Derartige Fertigungsverfahren verteuern die Herstellung der Bälge und sind bei der Vielzahl der nacheinander abzuwickelnden Arbeitsschritte die Mitursache für fehlerhafte Bälge.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder der eingangs genannten Gattung zu schaffen, deren Herstellungskosten bei gesteigerter Lebensdauer geringer sind und deren Rollbälge an den tragenden Bauteilen einfacher befestigt werden können. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der unmontierte gewebeverstärkte Rollbalg ein auf die erforderliche Länge abgeschnittenes Teilstück eines kontinuierlich zu fertigenden Zylinderschlauches stets gleicher Wandstärke ist und die Rollbalgenden von Spannringen befestigt sind.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß der Rollbalg nicht mehr als konisches oder gefaltetes elastisches Element ausgebildet wird, sondern in unmontiertem Zustand zylinderschlauchförmig ist. Er kann so in vorteilhafter Weise Teilstück eines kontinuierlich zu fertigenden Zylinderschlauches stets gleicher Wandstärke sein. Die Zylinderschlauch-Meterware ist bei der Herstellung wesentlich preiswerter, als die bisher üblichen,

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einzeln gefertigten Bälge. Die Rollbälge sind auch gleich?· mäßiger und zuverlässiger im Aufbau, tragen also dazu bei, die Ausfallraten der Luftfedern zu senken. Von Bedeutung ist ferner, daß die Rollbalgenden von Spannringen befestigt sind.

Es entfallen die die Wulste der bekannten Bälge spannenden besonderen Formteile. Das Festklemmen der Rollbalgenden mit Spannringen, läßt sieh technisch einfach bewerkstelligen und ist besonders für die Massenfertigung geeignet. Die Klemmung selbst ist dauerhaft und die Anordnungen der Klemmstellen an den mit den abzufedernden Massen zu verbindenden Bauteilen kann bedarfsweise geändert bzw. korrigiert werden.

Ein Ende des Rollbalges ist nach innen umgestülpt und von einem auf der Innenseite des letzteren anliegenden Spannring befestigt. Das Umstülpen bewirkt, daß sich am Rollbalg bei Annäherung der beiden die Rollbalgenden tragenden Bauteile ein Abrollen an der Stülpstelle einstellt. Der Balg rollt nur an dieser Stelle ab und wird an der entfernt liegenden Klemmstelle nicht durch Walken beeinflußt. Ein derartiges Umstülpen empfiehlt sich auch bei Vorhandensein unterschiedlicher Spanndurchmesser an den die Rollbalgenden tragenden Bauteilen. Die radial nach, außen weisende Balgfläche des Rollbalges ist von einer Hülse abgedeckt, die zugleich den Spannring für ein Rollbalgende bildet. Die Hülse deckt die Außenfläche des Rollbalges weitgehend gegen mechanische Beschädigung ab, kann andererseits aber so dünn ausgebildet werden, daß die zum Festklemmen eines Rollbalgendes notwendige Verformung r . möglich ist.

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Mindestens ein nach innen und teilweise zurückgestülptes Rollbalgende liegt Alt der Innenseite seines zurückgestülpten Teilendes am Bauteil an und ist von einem auf der Außenseite des ersteren angreifenden Spannring befestigt. Das doppelte Stülpen bewirkt einen ringförmigen Sack auf Höhe des Spannringes, wodurch die Abrollstelle des Rollbalges beim Arbeiten der Luftfeder vorbestimmt ist. An beiden Klemmstellen liegt dieselbe Rollbalgseite am aufnehmenden Bauteil, so daß beide Klemmstellen unabhängig von der Ausbildungßer beiden Mantelflächen des Rollbalges dasselbe Dichtungsverhalten zeigen.

Die die Rollbalgenden aufnehmenden Spanndurchmesser der Bauteile sind unterschiedlich groß und der Rollbalgdurchmesser ist auf den kleineren Spanndurchmesser abgestimmt. Auch hierdurch wird festgelegt, daß der Rollbalg nur an einer Stelle abrollt, nämlich in der Nähe des kleineren Spanndurchmessers.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Rollbalg außer an seinen Enden mindestens einmal zwischen letzteren mit einem weiteren Spannring an einem Stützring befestigt. Hierdurch kann mit größerem Innendruck der Luftfeder gearbeitet werden, da der Balg versteift wurde. Zugleich ist die Radialauswölbung im Vergleich zum nicht zwischengespannten Balg verringert. Alle Spannringe greifen an der Außenseite des dadurch faltenbalgartig unterteilten Rollbalges an, so daß für eine bestimmte Länge der Luftfeder der geringstmögliche Werkstoffaufwand für den Rollbalg ermöglicht wird.

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Die Stirnringflächen der Rollbalgenden weisen vom Innendruck des Federraumes unbeaufschlagt in den die Luftfeder umgebenden Raum. Damit wird verhindert, daß der Luftdruck im Federraum abnimmt, weil Luft durch die Gewebeeinlage zwischen den Schichten des Rollbalges entweichen kann.

Die Erfindung wird in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein für Kraftfahrzeuge bestimmtes Federbein, bestehend aus einem Schwingungsdämpfer mit Hilfsluftfeder,
Fig. la,b in der Fig. 1 gekennzeichnet·, jedoch vergrößerte

Teildarstellungen,

Fig. Ic einen unmontierten Rollbalg, Fig. 2 ein Federbein mit spezieller Ausbildung der

Hilfsluftfeder und
Fig. 3 bis Fig. 6 Luftfedern mit jeweils besonderer

Anordnung und Befestigung der Rollbälge.

Der Stoßdämpfer in Fig. 1 besteht aus dem Arbeitszylinder 10, an dessen äußerem Ende das Befestigungsauge 11 angeordnet ist, mit dem das Federbein z.B. an der Radachse eines Kraftfahrzeuges befestigt ist. Aus der anderen Seite des Arbeitszylinder tritt die Kolbenstange 12 des Schwingungsdämpfers aus, die an ihrem nach außen weisenden Ende ein Befestigungsauge 13 aufweist, mit dem das Federbein z. B. am Fahrgestell eines Kraftfahrzeuges zu befestigen ist. Die mit dem Schwingungsdämpfer zusammenwirkende Luftfeder besteht im wesentlichen aus dem Rollbalg 14, dessen eines Ende 21 an der äußeren Mantelfläche des Arbeits-

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Zylinders 10 luftdicht festgeklemmt ist und dessen anderes Ende an einer von der Kolbenstange getragenen Kappe 16 angreift. Diese besteht aus einem mit der Kolbenstange bzw» dem Arbeitszylinder gleichachsigen zylindrischen Teil 16* und einer diesen Teil auf einer Seite nach außen abschließenden Abdeckung 16'·, die zwischen Kolbenstangenende und Befestigungsauge 13 angreift. Im zylindrischen Teil ist ein Füllnippel 17 angebracht, mit dem der von Kappe 16, Rollbalg 14 und Arbeitszylinder IO gebildete Federraum 18 mit Luft gefüllt werden kann. Es versteht sich, daß statt Luft auch ein anderes Gas oder eine Flüssigkeit einzufüllen ist. In Fig. 1 und 2 bis 6 ist der Federraum mit dem gewünschten Mittel auf den erforderlichen Druck gefüllt, der durch die Federkennlinie des Aggregates bzw. die Höhenlage der gegeneinander abzufedernden Massen bestimmt ist.

Demgegenüber zeigt Fig. Ic den unmontierten, gewebeverstärkten Rollbalg, wie er von einem kontinuierlich zu fertigenden Zylinderschlauch stets gleicher Wandstärke auf die erforder-

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liehe Länge abzuschneiden ist. Der Durchmesser S des abgelängten Teilstückes 14* bzw. des Rollbalges wird auf den kleineren Durchmesser d des Arbeitszylinders 10 abgestimmt. Es wird unter geringer Aufweitung auf letzteren aufgeschoben und mit dem Spannring 19 festgeklemmt. Die Befestigung an der Kappe

16 erfolgt unter Aufweitung des Rollbalges auf den Kappenaußendurchmesser D . Auch hier wird ein Spannring 19 bzw. 19" zum Festklemmen verwendet. Der Kappenaußendurchmesser D wird

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so gering wie möglich gehalten, um eine Ermüdung des Werkstoffes durch die Aufweitung zu vermeiden.

Die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Lage des Federbeines nach völligem Einfahren der Kolbenstange 12 in den Arbeitszylinder läßt die Differenz a der beiden Spanndurchmesser d, D erkennen. Weiterhin ist ersichtlich, daß der Rollbalg nur in der Nähe der unteren Klemmstelle am Spannring, nämlich bei 20 abrollt, während an der oberen Klemmstelle kein Abrollen des Balgendes 15 stattfindet. Dieses wird zum einen dadurch erreicht, daß der Durchmesser S des Rollbalges auf den kleineren Spanndurchmesser" d abgestimmt ist, so daß die im Rollbalg zu leistende Walk- bzw. Verformungsarbeit an der Stelle 20 geringer ist, als in der Nähe des oberen Spannringes 19, wo der Rollbalg durch die Aufweitung bereits vorgespannt ist. Außerdem trägt die besondere Befestigung des unteren Rollbalgendes 21 dazu bei, daß lediglich hier ein Abrollen stattfindet. Hierzu ist der axiale Abstand zwischen den Spannringen kürzer als die Länge des Rollbalges gehalten, so daß sich eine ringförmige Ausstülpung 22 ergibt. Diese wird von dem zuerst nach innen und dann teilweise zurückgestülpten. Rollbalgende 21 gebildet, das mit der Innenseite seines zurückgestülpten Teilendes am Arbeitszylinder 10 anliegt. Beim Einfahren * der Kolbenstange 12 in den Arbeitszylinder 10 erweitert,sich die Ausstülpung 22 in der dargestellten Weise, so daß das Abrollen an der oberen Klemmstelle A unterbunden wird.

Der in Fig. Ib vergrößert dargestellte Schnitt des

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Rollbalges entsprechend Ausschnitt B in Fig. 1 zeigt die aus einzelnen Fäden 23 bestehende Gewebeeinlage 24, die von elastischen Balgschichten 25, 26 eingekleidet ist. Die Gewebeeinlage muB das ermüdungsfreie Arbeiten des elastischen Rollbalges ermöglichen und hierzu insbesondere die radial nach außen wir' kenden Kräfte aufnehmen. Dabei ist es möglich, mehrere Gewebeschichten und/oder diese Kräfte besonders gut aufnehmende, konzentrisch verlaufende Gewebefäden o.dgl. zu verwenden. Die außenliegende Balgschicht 25 muß schmutzfest, also insbesondere widerstandsfähig gegen Salz, Ozon u.dgl. sein. Die innere Balgschicht 26 muß insbesondere kondenswasser- und schutzmittelfest sein. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 muß die innere Balgschicht auch ölfest sein, damit sie nicht durch etwa aus dem Arbeitszylinder austretende Dämpfungsflüssigkeit angegriffen werden kann.Die Gewebeeinlage muß so ausgebildet und verarbeitet sein, daß sie zwischen den Stirnringflächen keine Luft durchläßt. Zweckmäßigerweise sind jedoch die Stirnringflächen der Rollbalgenden vom überdruck des Federraumes unbeaufschlagt, indem sie in den die Luftfeder umgebenden Außenraum weisen. Das ist bei den Stirnringflächen 42, 42* in Fig. 1 der Fall*

In Fig. la ist die obere Klemmstelle A vergrößert dargestellt, wobei Spannring 19* und Kappe 16 je eine ringnutartig profilierte Verformung aufweisen, durch die das Rollbalgende 15 zusätzlich zur kraftschlüssigen Verbindung

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auch formschlüssig gehalten wird.

Die Montagekräfte zum Erzielen dieser Verformung werden mechanisch oder durch Magnetstoß erzielt. Es versteht sich, daß der Formschluß bedarf sweise' anders ausgebildet sein kann; Er kann auch entfallen, falls die Belastungen der Luftfeder nicht zur Trennung einer rein kraftschlüssigen Verbindung von Spannring und Kappe führen. Der Spannring hat dann den in Fig. 1 dargestellten Querschnitt.

Die in Fig. 2 in Verbindung mit einem Schwingungsdämpfer lo¹, 12' dargestellte Hilfsluftfeder besteht im wesentlichen aus dem Rollbalg 27, dessen unteres Ende nach innen umgestülpt am Arbeitszylinder Io' befestigt ist. Der untere Spannring liegt an der Innenseite des Rollbalges an und drückt diesen mit der Außenseite gegen den Arbeitszylinder. Das obere Ende des Rollbalges 27 wird zwischen der Kappe 16 und einer Hülse 28 festgeklemmt, wobei letztere die Rolle des oberen Spannringes übernimmt. Die Hülse reicht in axialer Richtung von der oberen Klemmstelle über die untere Klemmstelle hinaus, so daß die Außenfläche des Rollbalges gegen direkte, Stöße durch auffliegende Steine o.- dgl. geschützt ist. Die Hülse übernimmt außerdem,eine Abstützfunktion gegenüber radial wirkenden Druckkräften des Federraumes und führt dazu, daß der Rollbalg nur im zwischen Hülse und

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Arbeitszylinder gebildeten Ringraum abrollen kann. Der AuBendurchmesser der den Füllnippel 17 tragenden Kappe 16 muß dementsprechend größer gehalten werden, als der Spanndurchmesser D der Kappe 16 in Fig. 1.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Luftfeder besteht aus den beiden relativ zueinander beweglichen, beliebig auszubildenden Bauteilen 30, 31, welche lediglich die Bedingungen erfüllen müssen, einerseits an den abzufedernden Massen 32, 33 befestigt werden zu können und andererseits Spanndurchmesser D¹ aufzuweisen, um die Rollbalgenden des elastischen Rollbalges befestigen zu können. Die Befestigung erfolgt über Spannringe, nämlich Spannbänder, Schellen oder sonstige gleichwirkende Mittel, für die auch das bezüglich Fig. 1, la Gesagte gelten kann. Das untere Rollbalgende ist nach innen gestülpt, so daß der Rollbalg beim Verkleinern des Abstands zwischen beiden Bauteilen 30, 31 nur unten bei 36 abrollt und oben im wesentlichen unverformt bleibt,

Gleich große Spanndurchmesser D¹ finden sich auch bei den Luftfedern der Fig. 5, 6. Im Vergleich zu Fig. 3 wird bei Fig. 5 jedoch durch die der Fig. 1 entsprechenden Ausstülpungen 22' erreicht, daß der Rollbalg 37 am oberen und auch am unteren Ende der Luftfeder abrollt, also symmetrisch verformt wird. Symmetrisch verformt wird auch der Rollbalg 38 in Fig. 6. Der Rollbalg 39 in Fig. 4 rollt hingegen genau entsprechend Fig. 1 ab, da bei der Luftfeder dieser Fig. eine entsprechende Ausstülpung 22¹¹ sowie unterschiedliche Spanndurchmesser D, d vorhanden sind.

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Die in Fig* 6 dargestellte Luftfeder weist die Besonderheit auf, daß beide Rollbalgenden ohne der Fig.3 oder der Fig· 4 gemäßes Umstülpen in gleicher Weise durch Spannringe 35 an den ihnen zugeordneten Bauteilen 30, 31 befestigt sind. In seiner Mitte ist der Rollbalg 38 von einem weiteren Spannring 40 eingeschnürt und auf dem Stützring 41 festgeklemmt. Die Anordnung erfolgt zweckmäßigerweise derart symmetrisch, daß beide ROllbälghälfteh durch den im Federraum herrschenden Druck in gleicher Weise elastisch verformt werden.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   Luftfeder, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus zwei mit den abzufedernden Massen zu verbindenden Bauteilen, an welchen jeweils ein Ende eines mit einer Gewebeeinlage versehenen elastischen Rollbalges luftdicht festgeklemmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der unmontierte gewebeverstärkte Rollbalg (14*) ein auf die erforderliche Länge abgeschnittenes Teilstück eines kontinuierlich zu fertigenden Zylinderschlauches stets gleicher Wandstärke ist und die R&llbalgenden von Spannringen (19, 19', 28, 35) befestigt sind.
2. 2. Luftfeder nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Rollbalges (27) nach innen umgestülpt und von einem auf der Innenseite des letzteren anliegenden Spannring (19) befestigt ist.
3. 3. Luftfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die radial nach außen welsende Balgfläche des Rollbalges von einer Hülse (28) abgedeckt ist, die zugleich den Spannring für ein Rollbalgende bildet.
4. 4. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein nach innen und teilweise zurückgestülptes Rollbalgende (21) mit der Innenseite seines zurückgestülpten Teilendes am Bauteil (lo) anliegt und von einem auf der Außenseite des ersteren angreifenden Spannring (19) befestigt ist.

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5. 5. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rollbalgenden aufnehmenden Spanndurchmesser (D, d) der Bauteile (lo, Io', 16, 3o, 31) unterschiedlich groß sind und der Rollbalgdurchmesser (5) auf den kleineren Spanndurchmesser (d) abgestimmt ist.
6. 6. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Rollbalg (38) außer an seinen Enden mindestens einmal zwischen letzteren mit einem '_. weiteren Spannring (4o) an einem Stützring (41) befestigt ist. ■ ' . /' _,_'·'
7. 7. Luftfeder nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß alle Spannringe (35, 4o) an der Außenseite des dadurch faltenbalgartig unterteilten Rollbalges (38) angreifen.
8. 8. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende (21) des gewebeverstärkten Rollbalges (14, 27) an dem Arbeitszylinder (lo, lo') eines Schwingungsdämpfers und das andere Rollbalgende

   (15) an einer von der Kolbenstange (12, 12') des Schwingungsdämpfers getragenen Kappe (16) befestigt ist.
9. 9. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Stirnringflächen (42, 42') der Rollbalgenden (15, 21) vom Innendruck des Federraumes (18) unbeaufschlagt in den die Luftfeder umgebenden Raum weisen.

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