DE2750667B1

DE2750667B1 - Luftfeder fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2750667B1
Application number: DE2750667A
Authority: DE
Inventors: Josef Merkle
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1977-11-12
Filing date: 1977-11-12
Publication date: 1979-05-03
Also published as: IT7851767A0; IT1107791B; SE7811641L; FR2408769B1; GB2008715A; SE435039B; GB2008715B; US4493481A; FR2408769A1; DE2750667C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder für Kraftfahrzeuge mit geschlossenem Federvolumen und zwei unterschiedlich großen, entgegengesetzt durchbeaufschlagten, voneinander abgewandten wirksamen und in ihrer Größe federwegabhängig veränderlichen Federflächen, die koaxial gegeneinander abgestützt sind.

Bei einer bekannten Luftfeder dieser Art (DE-PS 10 21 733) sind zwei gegeneinander wirkende Faltenbälge vorgesehen, zwischen denen die eine Abstützung liegt und die in einem ein Zusatzluftvolumen bildenden Rahmen angeordnet sind, dem die zweite Abstützung zugeordnet ist. An den Rahmen als Zusatzluftvolumen sind die beiden Faltenbälge an ihren von der ersten Abstützung abgelegenen Seiten angeschlossen und bilden mit dem dem Rahmen zugeordneten Zusatzluftvolumen ein geschlossenes Federvolumen, in dem aufgrund der Größe des Zusatzluftvolumens die Druckschwankungen verhältnismäßig klein gehalten werden können, die durch die Volumenveränderungen bedingt sind, welche sich durch die im Hinblick auf die Aufbringung einer Tragkraft unterschiedlich großen wirksamen Flächen der Faltenbälge ergeben. Das Zusatzvolumen bedingt insbesondere bei der bekannten Ausgestaltung lange Luftwege und im dynamischen Betrieb bei Federbewegungen jeweils eine entsprechende Dynamisierung des gesamten Zusatzluftvolumens mit der Folge, daß sich entsprechende Trägheiten und auch eine gewisse dynamische Verhärtung ergeben. Die bekannte Luftfeder, die u. a. wegen der verhältnismäßig harten Federcharakteristik der Faltenbälge bei einem bestimmten Balgvolumen im Hinblick auf ein einigermaßen weiches Ansprechen wenigstens um die Nennlage ein Zusatzluftvolumen erforderlich macht, arbeitet somit aufgrund des Zusatzluftvolumens mit einer gewissen Trägheit und dynamischen Verhärtung und sie bedingt zudem im Hinblick auf eine progressive Verhärtung gegen beide Federendlagen auch einen verhältnismäßig großen konstruktiven Aufwand, da das Zusatzluftvolumen im Hinblick auf die Verhärtung gegen die Endlagen abgeschaltet werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder dieser eingangs auch als bekannt vorausgesetzten Art dahingehend auszugestalten, daß sich bei einfachem und gedrungenem Aufbau durch möglichst geringe Volumenveränderungen und eine entsprechend geringe dynamische Verhärtung ein weich und verzögerungsfrei ansprechendes Federsystem ergibt, das sich gegen beide Endlagen progressiv verhärtet.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Federvolumen durch zwei eine gemeinsame Kammer begrenzende Rollbälge gebildet ist, deren voneinander abgewandte wirksame Federflächen auf starr miteinander verbundenen Federkolben unterschiedlichen Durchmessers derart abgestützt sind, daß die Verformungen der Rollbalgschleifen bei Federbewegungen sich etwa ausgleichende Volumenänderungen ergeben und daß die Federkraft einerseits über die Federkolben und andererseits über einen den Rollbalgwänden zugeordneten Mantel übertragen ist

Bei einer derartigen Konstruktion ist innerhalb der Feder ein unmittelbarer Volumenausgleich gegeben, der ein verzögerungsfreies Ansprechen und damit eine von der Frequenz praktisch unabhängige Federungscharakteristik ergibt. Diese Eigenschaften und die progressive Verhärtung gegen beide Endlagen, die bei weitgehend gleichbleibendem Volumen und damit auch gleichbleibendem Druck durch die Änderung der Differenz der wirksamen Federflächen über dem Einfederweg erreichbar ist, lassen sich mit einem verhältnismäßig kleinen Luftvolumen, und damit bei kleiner Baugröße und bei vergleichsweise einfachem Aufbau verwirklichen. Darüber hinaus sind auch

kräftemäßig, und zwar wegen der günstigen Lage der Abstützungen günstige Einbauvoraussetzungen gegeben.

Bei Rollbalgfedern durch die Gestaltung des Federkolbens auf die Größe der wirksamen Federfläche Einfluß zu nehmen und damit ohne Änderung des Luftdruckes die Federkonstante über dem Federweg zu verändern, ist an sich bekannt (DE-AS 11 07 030). Die bekannte Lösung bezieht sich aber lediglich auf einfach wirkende Luftfedern, bei denen die über den einen Federkolben, also z. B. aufbauseitig eingeleitete Kraft über das vom Rollbalg umschlossene Luftvolumen auf den anderen, also beispielsweise den achsseitigen Federkolben übertragen wird, so daß die auf die beiden Federkolben wirkenden Kräfte im Gleichgewicht r> stehen.

Ferner ist es bekannt (GB-PS 9 09 396), bei einer Rollbalg-Luftfeder mit dem Aufbau zugeordnetem Luftdom und mit achsseitigem Federkolben den Ausfederweg des Federkolbens durch einen Zuganker zu begrenzen, der innerhalb des Federkolbens mit einem Freiweg verschiebbar ist und der dem Federkolben gegenüberliegend mit einem flexiblen Innenwandteil des Luftdomes verbunden ist. Wird hierbei nach Durchfahren des Freiweges der Zuganker vom Feder- 2> kolben bei dessen Ausfahrbewegung mitgenommen, so zieht der Zuganker den flexiblen Innenwandteil gegen den Luftdruck von der Domwandung ab, wodurch eine der Ausfahrbewegung des Federkolbens entgegengerichtete Kraft und den Zuganker am Federkolben wirksam und der Ausfahrweg begrenzt wird.

In Ausgestaltung der Erfindung können die Rollbälge einstückig ausgebildet sein und es kann ferner der Mantel als im Mittelbereich zwischen den wirksamen Federflächen liegender, sich in Richtung auf die kleinere derselben verjüngender Ring ausgebildet werden, wodurch die Tragkraft in günstiger Weise auf den Rollbalg zu übertragen ist. Zweckmäßigerweise umfaßt der Mantel dabei auch an den Ring anschließende Hülsenführungen für die Rollbälge, wodurch einmal die Kraftübertragung weiter verbessert werde kann. Zum anderen wird hierdurch den Rollbälgen eine exakte Führung gegeben, wobei durch die Gestaltung dieser Führung auf die Abrollcharakteristik der Rollbälge und damit auf die Größe der wirksamen Federflächen in Abhängigkeit vom Hub Einfluß genommen werden kann. Hierzu kann zumindest eine der Hülsenführungen anschließend an den Ring konisch auslaufen. Durch die wechselseitige Abstimmung der Hülsenführungen kann ferner neben einer Abstimmung der wirksamen Federflächen auch das Volumenverhalten im erfindungsgemäßen Sinne günstig beeinflußt werden.

In weiterer Ausgestaltung erweist es sich als zweckmäßig, wenn die der kleineren wirksamen Federfläche zugeordnete Hülsenführung als geschlosse- r> ne Glocke ausgeführt wird und einen belüfteten, in Abhängigkeit von der Federbewegung volumenveränderlichen Hohlraum einschließt, da so ein Kühlluft-Pumpraum gebildet wird, dessen Luftvolumen zur Kühlung der Luftfeder eingesetzt werden kann, wobei t>o sowohl eine äußere Umströmung wie auch, entsprechende Leitungsverbindungen vorausgesetzt, eine innere Durchströmung der Luftfeder erreichbar ist.

Im Hinblick auf einen möglichst gedrungenen Aufbau bei möglichst großen Luftvolumen erweist es sich als b5 zweckmäßig, wenn zumindest einer der Federkolben geschlossen ausgeführt und als Zusatzvolumen dem Federvolumen zugeordnet ist.

Konstruktiv erweist es sich ferner als zweckmäßig, wenn die Federkolben durch einen zentralen Zuganker verbunden sind, wobei diesem Zuganker gegebenenfalls die zur inneren Durchströmung mit Kühlluft vorgesehene Leitungsverbindung zugeordnet sein kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die diesbezüglichen F i g. 1 und 2 Luftfedern in verschiedenen Ausführungsformen, jeweils im Querschnitt, zeigen.

Die in F i g. 1 dargestellte Luftfeder ist insgesamt mit 1 bezeichnet und umfaßt zwei Rollbälge 2,3, von denen der Rollbalg 2 eine kleinere wirksame Federfläche als der Rollbalg 3 aufweist. Die beiden Rollbälge 2, 3 begrenzen eine gemeinsame Kammer 4, die das Federvolumen beinhaltet. Jeder der Rollbälge 2,3 ist auf einem napfförmigen, und mit seinem Boden gegen den Rollbalg gerichteten Federkolben 5, 6 stirnseitig abgestützt und es sind die beiden napfförmigen Federkolben 5,6 der Rollbälge 2,3 im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 durch einen zentralen Zuganker 7 verbunden, der im Bereich der Kammer 4 innerhalb einer zwischen den Federkolben 5, 6 liegenden Distanzhülse 8 verläuft.

Außenseitig sind die Rollbälge 2, 3 von einem insgesamt mit 9 bezeichneten Mantel umschlossen, der im Bereich zwischen den Federkolben 5,6 einen Ring 10 umfaßt, der sich in Richtung auf die kleinere der wirksamen Federflächen, also in Richtung auf den napfförmigen Federkolben 5 verjüngt. An den konisehen Ring 10 schließen bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 beidseitig Hülsenführungen 11,12 an,die ebenso wie der Ring 10 konzentrisch zum Zuganker liegen, so daß sich ein insgesamt rotationssymmetrischer Aufbau der Luftfeder ergibt. Die Hülsenführung 12, die sich vom Ring 10 in Richtung auf die größere der wirksamen Federflächen, also in Richtung auf den Federkolben 6 erstreckt, verläuft vom Ring 10 aus leicht konisch gegen den Federkolben 6, und bildet dabei einen Kegelmantel mit einem Kegelwinkel von bis zu etwa 30°. Der innerhalb der Hülsenführung 12 liegende Federkolben 6 weist bei napfförmiger Grundform eine leicht nach außen geneigte Napfwand 13 auf, die als Abrollkegel für den Rollbalg 3 gegenüber der Hülsenführung 12 einen Ringspalt begrenzt, in dem die Rollbalgschleife 4 des Rollbalges 3 liegt und der sich gegen das freie Ende der Hülsenführung 12 verjüngt. Der Abrollkegel kann bevorzugt ebenfalls einen Kegelwinkel bis zu etwa 30° aufweisen. Die Hülsenfüh rung 11 ist beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 so ausgestaltet, daß sie sich in Richtung auf den der kleineren Federfläche zugeordneten Federkolben 5 erweitert und auf einem Kegelmantel liegt, der wiederum einen Kegelwinkel bis zu etwa 30° aufweisen kann. Auf einem Kegelwinkel in entsprechender Größe kann auch die Napfwand 14 des Federkolbens 5 liegen, wobei für den Federkolben 5 und die Hülsenführung 11 die Kegelwinkel gleiche Öffnungsrichtung haben, während für die Hülsenführung 12 und den Federkolben 6 entgegengesetzte Öffnungsrichtungen der entsprechenden Kegelwinkel gegeben sind.

Die Hülsenführung U ist beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 über den Federkolben 5 hinaus verlängert und läuft in einer geschlossenen Glocke aus, die gegenüber dem Federkolben 5 einen Hohlraum 15 einschließt. Die Glocke, die hier mit 16 bezeichnet ist, trägt kopfseitig die eine Abstützung der Luftfeder, welche hier bei 17 angedeutet ist. Die gegenüberliegen de Abstützung, die mit 18 bezeichnet ist, ist dem

Zuganker 7 zugeordnet, der gegen den Federkolben 5 axial fixiert ist und an seinem gegenüberliegenden Ende, das über den Federkolben 6 hinausragt, die Abstützung 18 trägt.

Der Glocke 16 sind Lüftungsöffnungen 19 zugeordnet, die eine atmosphärische Belüftung des Hohlraumes 15 und damit eine entsprechende Kühlung dieses Raumes ermöglichen. Um die Pumpwirkung, die sich innerhalb des Hohlraumes 15 bei Federbewegungen ergibt, im Hinblick auf die Kühlung der Luftfeder insgesamt auszunützen, kann diese, wie bei 20 angedeutet, mit einer haubenförmigen Abdeckung versehen sein, die den Mantel 9 zumindest über einen wesentlichen Teil seiner Länge mit geringem Abstand umschließt.

Im Hinblick auf ein möglichst kleines Bauvolumen der Luftfeder 1 wird das Kammervolumen der Luftfeder 1 als solches so klein wie möglich bemessen, und es wird eine indirekte Vergrößerung desselben dadurch erreicht, daß der Federkolben 6 als nach außen abgeschlossener Napf ausgeführt ist und einen Luftraum 21 aufweist, der über bodenseitige Bohrungen 22 an die Kammer 4 angeschlossen ist, so daß der Luftraum 21 praktisch einen Teil der Kammer bildet.

Durch die Abstimmung der Abrollkegel der Federkolben 5 bzw. 6, also von deren Napfwänden in ihrer Neigung auf Neigung der jeweils umschließenden Hülsenführung 11 bzw. 12 läßt sich Form und Größe der jeweiligen Rollbalgschleife 23 bzw. 24 in dem Sinne beeinflussen, daß beim Ein- und Ausfedern ohne statische Druckveränderung ein möglichst exakter Abgleich der jeweils verdrängten Volumina erreicht wird. Bezogen auf das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 bedeutet dies beispielsweise, daß auf der Seite des kleineren Federkolbens 5 maximale Verdrängung in der Einfederlage und minimale Verdrängung in der Ausfederlage erreicht wird. Eine gegensinnige Charakteristik wird seitens des größeren Federkolbens 6 durch die dort veranschaulichte Führung für die Kolbenbalgschleife 24 erreicht.

Die Luftfeder gemäß Fig.2 entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau dem in F i g. 1 erläuterten Ausführungsbeispiel und es finden deshalb für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 entsprechende Bezugszeichen im Hunderterbereich Verwendung. So ist hier die Luftfeder insgesamt mit 101 bezeichnet und es trägt der kleinere Rollbalg das Bezugszeichen 102,

ίο während der größere Rollbalg mit 103 bezeichnet ist. 104 bezeichnet insgesamt die Kammer. Des weiteren sind, analog zu F i g. 1 mit 105,106 die Federkolben, der Zuganker mit 107, mit 108 die Distanzhülse, mit 109 der Mantel, mit 110 der Ring, mit 111 und 112 die Hülsenführungen und mit den weiteren Bezugszeichen 113 bis 124, soweit verwendet, die den Bezugszeichen 13 bis 24 entsprechenden Teile bezeichnet.

Abweichend vom Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ist in Fig.2 die Hülsenführung 111 gegensinnig zur Hülse 112 sowie auch zu dem von ihr umschlossenen napfförmigen Federkolben 105 geneigt. Hierdurch ergeben sich zwar, bezogen auf die Luftfeder insgesamt in Abhängigkeit vom Hubfederweg gewisse, wenn auch verhältnismäßig kleine Druckschwankungen, da die Volumenunterschiede, die sich beim Federn zwischen dem oberen Rollbalg 102 und dem unteren Rollbalg 103 ergeben, nicht mehr voll ausgeglichen werden können. Dafür weist bei dieser Ausführungsform aber der Mantel 109 eine fertigungstechnisch besonders günstige

Grundform auf, die eine günstige Kraftaufnahme und Weiterleitung insbesondere zur aufbauseitigen Abstützung 117 ermöglicht, die an die Glocke 116 anschließt.

Weiter ist in Fig. 2 die Anordnung eines Filterringes 125 zwischen einer die Glocke 116 übergreifenden

Abdeckung 120 und der Glocke 116 gezeigt, so daß das Eintreten von Verunreinigungen in den als Pumpraum dienenden Hohlraum 115 über die Lüftungsöffnungen 119 ausgeschlossen ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Luftfeder für Kraftfahrzeuge mit geschlossenem Federvolumen und zwei unterschiedlich großen, entgegengesetzt druckbeaufschlagten, voneinander abgewandten wirksamen und in ihrer Größe federwegabhängig veränderlichen Federflächen, die koaxial gegeneinander abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Federvolumen durch zwei eine gemeinsame Kammer (4) begrenzende Rollbälge (2,23) gebildet ist, deren voneinander abgewandte wirksame Flächen auf starr miteinander verbundenen Federkolben (5, 6) unterschiedlichen Durchmessers derart abgestützt sind, daß die Verformungen der Rollbalgschleifen bei Federbewegungen sich etwa ausgleichende Volumenänderungen ergeben und daß die Federkraft einerseits über die Federkolben (5, 6) und andererseits über einen den Rollbalgwänden zugeordneten Mantel (9) übertragen ist.

2. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollbälge (2, 3) einstückig ausgebildet sind.

3. Luftfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (9) als im Mittelbereich zwischen den wirksamen Federflächen liegender, sich in Richtung auf die kleinere der wirksamen Federflächen verjüngender Ring (10) ausgebildet ist.

4. Luftfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (9) an den Ring (10) anschließend Hülsenführungen (11, 12) für die Rollbälge (2,23) aufweist.

5. Luftfeder nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Hülsenführungen (Ul) anschließend an den Ring (HO) konisch ausläuft.

6. Luftfeder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der kleineren wirksamen Federfläche zugeordnete Hülsenführung (11,111) als geschlossene Glocke (16, 116) ausgeführt ist und einen belüfteten, in Abhängigkeit von der Federbewegung volumenveränderlichen Hohlraum (15) einschließt, der einen Kühlluft-Pumpraum bildet.

7. Luftfeder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft aus dem Pumpraum (Hohlraum 15) außenseitig über die Luftfeder abführbar ist.

8. Luftfeder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft aus dem Pumpraum (Hohlraum 15) innerhalb der Luftfeder durch deren Federvolumen zentral abführbar ist

9. Luftfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Federkolben (6) geschlossen ausgeführt und als Zusatzluftvolumen dem Federvolumen zugeordnet ist.

10. Luftfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkolben (5, 6) durch einen zentralen Zuganker (7) verbunden sind.