DE3726923C2 - Luftfeder zur Abfederung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftfeder zur Abfederung eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie sie etwa beispielsweise aus der DE-PS 15 30 833 oder dem DE-GM 71 45 625 bekannt ist.

Des weiteren ist aus der schweizerischen Patentschrift CH 348 423 eine Luftfeder mit zwei Ringkörpern bekannt, welche jeweils mit den Enden (Wülste) eines im wesentlichen aus Gummi bestehenden torusförmigen Hohlkörpers verbunden sind. Die Ringkörper besitzen schräg zur Hauptbelastungsrichtung, also schräg zur Hauptachse des Hohlkörpers verlau­ fende Sitzflächen zur Aufnahme der Wülste. Die Sitzflächen der beiden Ringkörper sind im Durchmesser so bemessen und der lichte Innendurchmesser der Wülste ist so gewählt, daß sich diese stramm gegen die Sitzflächen anpressen, wodurch die Abdichtung des mit vor­ gespannter Luft gefüllten Hohlraums erreicht wird.

Zur Fixierung der Wülste und zur Verbesserung der Abdichtung sind des weiteren die radial innenliegenden Flächen der Wülste mit einem fest haftenden, gummielastisch verformbaren Streifen versehen. Der im Hohlraum des Hohlkörpers herrschende Druck wirkt auf die elasti­ schen Streifen, so daß die Abdichtung des Hohlraums verbessert wird, gleichzeitig ver­ größert sich dabei mit zunehmendem Druck auf die Streifen auch ihre Federsteifigkeit.

Luftfedern sind zur Abfederung von Kraftfahrzeugen weit verbreitet. In Personenkraftwagen finden sie zunehmend Anwendung in Form von Federbeinen oder Federdämpfern, bei denen ein zwischen Fahrzeugaufbau und Radführungsglied/lenker wirksamer Teleskopstoß­ dämpfer von einer Luftfeder umschlossen wird, wobei vorzugsweise das zylindrische Luft­ federgehäuse an der Teleskopstoßdämpfer-Kolbenstange oder am Aufbau selbst und der den Luftfederraum nach außen abschließende Gummirollbalg am als für ihn als Widerlager dienenden Dämpferrohr befestigt sind.

Solche Luftfedern haben sich in der Praxis bewährt; sie verschaffen dem Fahrzeug insbe­ sondere auf schlechten Wegstrecken einen guten Fahrkomfort.

Auf relativ ebenen Fahrbahnen, auf denen die Fahrzeugräder also nur relativ kleinen Fahr­ bahnstößen ausgesetzt sind, wird der Federungskomfort einer Luftfeder mit Gummirollbalg häufig jedoch als nicht befriedigend empfunden, insbesondere im Vergleich zu dem bei schlechten Fahrbahnen vermittelten guten Komforteindruck.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder zur Abfederung eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so zu verbessern, daß auf ebenen Fahrbahnen, d. h. auf solchen Fahrbahnen, die lediglich relativ kurzhubige Anregungen auslösen, ein verbesserter Komforteindruck ermittelt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Unteransprüche dargestellt.

Erfindungsgemäß wird dem ungenügenden Abrollkomfort auf ebenen Fahrbahnen also dadurch entgegengewirkt, daß ein Zusatzfederelement mit kleiner Federsteifigkeit zwischen einem Trägerelement, welches am Gummirollbalg befestigt ist, und dem Luftfedergehäuse bzw. dem Widerlager festgelegt ist, durch welches die Gesamtfedersteifigkeit bei kleinen Anregungsamplituden herabgesetzt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbiidungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Luftfeder gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Luftfeder.

In Fig. 1 ist die Teilansicht eines luftgefederten Federbeins oder Federdämpfers für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Es besteht in üblicher Weise aus einem hydrau­ lischen Teleskopstoßdämpfer, von dem lediglich das Dämpferrohr 3 sowie die Teleskopstoßdämpfer-Kolbenstange 31 dargestellt sind. Sein oberer Teil wird von einer Luftfeder 1 umschlossen, die im wesentlichen aus einem topfförmigen zylindrischen Luftfedergehäuse 2 und einem membranartigen Gummirollbalg (Rollbalg aus einem Elastomer) 4 besteht. Das obere Ende der Teleskopstoßdämpfer-Kolbenstange 31 wird wie üblich über ein geeignetes Lager am nicht weiter dargestellten Fahrzeugaufbau angelenkt. In entsprechender Weise wird das nicht weiter darge­ stellte untere Ende des Dämpferrohres 3 mit dem Radträger (Achsschenkel) oder dem zugehörigen Radführungslenker verbunden.

Während die beiden Enden des Gummirollbalgs bei bekannten luftgefederten Feder­ beinen bzw. Federdämpfern jeweils starr - und natürlich luftdicht - einerseits unmittelbar am Luftfedergehäuse und andererseits unmittelbar am als Widerlager wirkenden Dämpferrohr befestigt sind, ist der Gummirollbalg 4 bei der erfindungs­ gemäßen Luftfeder nur am Dämpferrohr 3 unmittelbar und starr mit einem Spannband 6 befestigt. Sein gehäuseseitiges Ende ist dagegen nicht starr, sondern axial federnd, d. h. unter Zwischenschaltung eines federnden Elementes 7 am Luftfeder­ gehäuse 2 befestigt, und zwar mit einer Federsteifigkeit, welche kleiner ist als die des Gummirollbalgs 4 in axialer Richtung.

Ganz allgemein gilt, daß die Gesamtfederwirkung einer Luftfeder durch die Parallel­ schaltung der Federwirkung der reinen Luftfeder und der Federwirkung des Gummi­ rollbalgs gebildet wird. Bei der erfindungsgemäßen Luftfeder ist der Federwirkung des Gummirollbalgs 4 nunmehr noch die Federwirkung des federnden Elements 7 in Reihe geschaltet.

In Fig. 2 ist das Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Luftfeder dargestellt. Man erkennt, daß der relativ großen Federsteifigkeit (Federkonstante) C₁ der reinen Luftfeder die Reihenschaltung der Federseifigkeit C₂ des Gummirollbalgs und die relativ kleine Federsteifigkeit C₃ der Zusatzfeder parallelgeschaltet ist.

Konstruktiv bedingt wird die Zusatzfeder bei größeren Amplituden wirkungslos, da sie auf Block geht. Bei größeren Amplituden wird somit wie üblich neben der reinen Luftfeder mit der großen Federsteifigkeit C₁ nur die Federwirkung des Gummirollbalgs 4 mit der Federsteifigkeit C₂ wirksam; bei kleineren Amplituden dagegen kommt neben der Federsteifigkeit C₁ der reinen Luftfeder nur noch die kleine Federsteifigkeit C₃ des federnden Elementes 7 zur Geltung, mit der Folge, daß der Fahrkomfort bei kurzhubigen Federanregungen verbessert wird.

Um die wirksame Federsteifigkeit C₃ des dem Gummirollbalg 4 zusätzlich in Reihe geschalteten federnden Elements 7 möglichst klein bemessen-zu können, wird das federnde Element 7 so eingebaut, daß beladungs- und damit druckabhängig keine Kraft auf dieses Element wirkt; durch diese Anordnung kann die Ansprech­ schwelle beliebig tief gelegt werden, so daß die Federwirkung bereits bei sehr geringen Kräften und Federwegen eintritt.

Um eine solche Anordnung zu realisieren, ist daher das gehäuseseitige Ende des Gummirollbalgs 4 starr an einem zylinder- oder ringförmigen Trägerelement 8 befestigt, welches zumindest den unteren Bereich des Außenumfangs des Luft­ federgehäuses 2 mit radialem Abstand umschließt und seinerseits luftdicht und axial federnd mit dem Luftfedergehäuse verbunden ist. Der dabei zwischen dem Luftfedergehäuse 2 und dem Trägerelement 8 gebildete ringförmige Zwischenraum ist durch das beide luftdicht miteinander verbindende federnde Element 7 ausgefüllt, das vorzugsweise als kompressible Gummifeder, oder aber auch als Gummifeder mit eingeschlossenen Hohlräumen bzw. als von einer Gummiabdichtung umhüllte mechanische Feder ausgebildet sein kann.

Man erkennt, daß bei dieser Anordnung der Kraftanteil des Gummirollbalgs, der über die mit A bezifferte Ringfläche auf das ringförmige Trägerelement 8 wirkt, durch eine entsprechende druckbeaufschlagte Fläche A im Bereich der Rollbalg­ falte 41 kompensiert wird. Dadurch wird erreicht, daß unabhängig von dem im Luftfederraum 5 herrschenden Druck das ringförmige Trägerelement 8 mit dem federnden Element 7 in der Ausgangslage kräftefrei ist.

Die Gummifeder 7 kann grundsätzlich derart ausgebildet und mit dem Luftfeder­ gehäuse 2 bzw. dem Trägerelement 8 verbunden sein, daß sie im wesentlichen auf Schub beansprucht ist. Im Ausführungsbeispiel ist sie jedoch derart ausge­ bildet und mit Luftfedergehäuse 2 sowie Trägerelement 8 verbunden, daß sie im wesentlichen nur auf Druck beansprucht wird, weil auf Druck beanspruchte Gummielemente i.a. eine höhere Lebensdauer besitzen.

Der Vollständigkeit halber ist in Fig. 1 noch die wirksame Fläche der reinen Luftfeder mit A_w angedeutet.

Claims (8)

1. Luftfeder zur Abfederung eines Kraftfahrzeuges, mit einem im wesentlichen zylindrischen Luftfedergehäuse (Lufttopf), einem im axialen Abstand dazu liegenden etwa zylindrischen Widerlager geringeren Durchmessers und einem Gummirollbalg, der an seinem einen Ende mit dem Luftfedergehäuse und an seinem anderen Ende mit dem Widerlager ver­ bunden ist und einen Luftfederraum nach außen abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der beiden Enden des Gummirollbalgs, vorzugsweise das gehäu­ seseitige Ende, nicht starr, sondern über ein in Reihe zum Gummirollbalg wirkendes, federndes Element (7) mit einer Federsteifigkeit, die kleiner ist als die des Gummirollbalgs (4) axial federnd zwischen einem Trägerelement (8), welches am Gummirollbalg (4) befestigt ist, und dem Luftfedergehäuse (2) bzw. dem Widerlager (3) festgelegt ist.

2. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gehäuseseitige Ende des Gummirollbalgs (4) starr an dem ringförmigen Trägerelement (8) befestigt ist, welches seinerseits über das federnde Element (7) luftdicht und axial federnd mit dem Luftfeder­ gehäuse (2) verbunden ist.

3. Luftfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Trägerele­ ment (8) zumindest den unteren Bereich des Außenumfangs des Luftfedergehäuses (2) mit radialem Abstand umschließt und daß der gebildete ringförmige Zwischenraum zwischen Luftfedergehäuse (2) und Trägerelement (8) durch das beide luftdicht mitein­ ander verbindende federnde Element (7) ausgefüllt ist.

4. Luftfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element (7) als Gummifeder ausgebildet ist.

5. Luftfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element (7) als Gummifeder mit eingeschlossenen Hohlräumen ausgebildet ist.

6. Luftfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element (7) als von einer Gummiabdichtung umhüllte, mechanische Feder ausgebildet ist.

7. Luftfeder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummifeder derart ausgebildet und mit dem Luftfedergehäuse (2) sowie dem Trägerelement (8) verbunden ist, daß sie im wesentlichen auf Schub beansprucht ist.

8. Luftfeder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummifeder derart ausgebildet und mit dem Luftfedergehäuse (2) sowie dem Trägerelement (8) verbunden ist, daß sie im wesentlichen auf Druck beansprucht ist.