DE3909916C2 - Radaufhängung für luftgefederte Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radaufhängung für luftgefederte Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf mehrere verschiedene Verfahren zur Herstellung einer solchen Radaufhängung, wie dies jeweils mit dem Oberbegriff der Patentansprüche 5, 6 und 7 angesprochen ist.

Als nächstliegenden Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird die deutsche Auslegeschrift DE-AS 11 64 251 angesehen, die am 27. Februar 1964 veröffentlicht wurde. Dieser Schrift ist eine Rad­ aufhängung für luftgefederte Fahrzeuge mit den folgenden Merkmalen zu entnehmen, nämlich mit

• a) mindestens einem als Lufttank genutzten Achsaggregateträger (1),
• b) der mit einem Balg (10), der sein Volumen beim Einfedern verkleinert, pneumatisch verbunden ist,
• c) wobei der Lufttank an seiner Außenseite im wesentlichen aus Blech besteht und an seiner Innenseite vollständig mit einer Dichtschicht (13) ausgekleidet ist.

Diese Schrift lässt offen, wie die Fügestellen an dem auch als Lufttank genutzten Achsaggregateträger ausgeführt sind. Der Lufttank gehört hier vollständig zur gefederten Masse und befindet sich hierzu oberhalb der Achse, also in einem Bereich, wo moderne PKWs aus Sicherheitsgründen ihren Treibstofftank aufweisen. Die Radführungsfunktion wird vollständig von je einem Längslenker 6 und einem Halbachsrohr 3 übernommen.

Zur vollständigen Abdichtung des den Lufttank bildenden Hohlraumes lehrt diese Schrift als bevorzugte und in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführung, Lufthüllen 13 aus Gummi oder einem anderen luftundurchlässigen Werkstoff in jede der Luftkammern einzubringen, die sich bei gefüllter Kammer gegen die Innenwand des Achsaggregateträgers anlegen.

Das noch ältere, nämlich am 24. März 1959 veröffentlichte US-PS 2,879,076 befasst sich mit Tandemachsen für luftgefederte Nutzfahrzeuge und lehrt die Heranziehung eines aus 4-Kant-Rohr gebildeten Längslenkers als Druckluftspeicher für die Luftfederung. Die Schrift schweigt zu der Frage, mittels welcher Maßnahmen die erforderliche Dichtigkeit eines solchen radführenden Lufttanks erreicht werden soll, insbesondere ist keinerlei Dichtschicht vorgesehen.

Die bekannte Unterteilung des Gesamtvolumens der Luftfederung eines Rades in ein sich veränderndes Volumen eines Balges und in ein konstantes Volumen eines zusätzlichen Lufttanks dient in erster Linie der Beeinflussung der Federkennlinie. Durch die Volumenabstimmung aufeinander wird die Steilheit der statischen Kennlinie beeinflusst; desto größer das konstante Zusatzvolumen im Verhältnis zu dem sich verändernden Volumen ist, desto flacher ist die Kennlinie. Durch die Bemessung der Drosselstelle zwischen beiden Volumina wird die Hysterese zwischen Ein- und Ausfedern beeinflusst.

Während Luftfederungen im Schienen- und Nutzfahrzeugbau große Marktanteile beherrschen, haben sich bislang Luftfederungen im PKW-Bau nicht durchsetzen können. Sie haben bekanntlich neben dem Nachteil, zusätzlich einen Luftkompressor zu erfordern, den weiteren, Platz für die Zusatzvolumina zu beanspruchen.

Die Erfinder haben erkannt, dass Luftfederungen mit einem weiteren Problem leben, nämlich der Möglichkeit zur Korrosion von innen heraus durch Kondenswasserbildung.

Letzteres wird dann besonders gravierend, wenn die Zusatz­ volumina in an sich bekannter Weise zur Verbesserung der Bauraumausnutzung in Bauteile verlagert werden, die die Räder führen und damit den höchsten Sicherheitsanforderungen genügen müssen.

Die Erfinder haben sich daher die Aufgabe gestellt, in besonders preiswerter, platzsparender und korrosionshemmender Weise das Zusatzvolumen einer Luftfederung im Fahrzeug unterzubringen.

Ausgehend von den gattungsbildenden Merkmalen wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die Ausführung des Lufttankes als Radführungsteil, also die Akkumulation verschiedener Funktionen auf ein Teil, führt zu einer besonders platzsparenden Bauweise. Die Ausführung dieses Bauteiles als Schweißkonstruktion ist besonders preiswert, wobei dieses an sich undichte Fügeverfahren erst durch die Verwendung einer Dichtschicht gangbar ist. Die haftende Ausführung der Dichtschicht vermeidet Kondenswasser-Kavernen und verhindert dadurch Korrosionsnester.

Die Erfindung nutzt den Umstand aus, dass aus Gründen des Leichtbaus in den Radführungen hochwertiger Fahrzeuge hohle Bauteile eingesetzt werden. Solche radführenden Teile können einzelne Lenker oder auch ein kompletter Achskörper sein.

Vorzugsweise besteht die Dichtschicht aus einem Thermoplasten oder einer Mischung von Thermoplasten. Es empfiehlt sich, dass der Thermoplast oder die Mischung von Thermoplasten im heißen Zustand klebrig ist. Unter Anwendung eines geeigneten Verfahrens wird dadurch die erforderliche Haftung zwischen der dichtenden Thermoplastschicht und der Innenseite des aus Stahl gefertigten radführenden Teiles ermöglicht. Die großflächige Haftung verhindert Korrosionsnester.

Die erfindungsgemäße Dichtschicht kann auch aus einer Gummimischung bestehen. Zwar ist die Verarbeitung von Kautschuk generell aufwendiger als die von Thermoplasten, dafür kann aber ein besonders günstiges Kriechverhalten und Alterungsbeständigkeit erzielt werden. Die verwendeten Gummimischungen sind vorzugsweise wenig gefüllt, wodurch eine gute Anpassung der Dichtschicht an das Stahlteil erzeugt wird. Um Härteänderungen durch Weichmacherdiffusion vorzubeugen, enthalten Gummimischungen für diesen Zweck vorzugsweise keine Weichmacher.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Radaufhängung beschrieben, wobei deren Dichtschicht aus einem Thermoplasten oder einer Mischung von Thermoplasten oder einer Gummimischung besteht. Nach diesem Verfahren wird zunächst ein flexibler, strumpfartiger Behälter gebildet, der strumpfartige Behälter dann durch eine offene Stirnseite in das rohrähnliche radführende Teil eingesetzt, dann der strumpfartige Behälter an dem Ende, wo das radführende Teil schließlich verschlossen wird, vor diesem Verschließen nach innen gekrempelt, nach Einkrempeln und Einsetzen des strumpfartigen Behälters wird das radführende Teil durch Aufschweißung eines Stirnbleches verschlossen, nach hinreichender Abkühlung der verschließenden Schweißnaht wird der strumpfartige Behälter durch Aufblasen wieder entkrempelt und füllt den Innenraum des radführenden Teiles vollständig aus, wobei durch ein kleines Loch im hohlen radführenden Teil die Entlüftung zwischen der Außenwandung des strumpfartigen Behälters und der Innenwandung des radführenden Teiles bewirkt wird. Als Loch reicht bei einer durchgehenden Schweißnaht eine kurze Unterbrechung des Schweißstromes aus, bei punktgeschweißten Ausführungen ergeben sich zwangsläufig pneumatische Löcher.

Dieses Verfahren führt dann zu besonders guten Ergebnissen, wenn der lichte Querschnitt des abzudichtenden radführenden Teiles an keiner Stelle größer ist als die Öffnung, durch die der strumpfartige Behälter in das noch unverschlossene radführende Teil eingeführt wird. Dementsprechend sollte die Öffnung zur Einführung des strumpfartigen Behälters an der stärksten Stelle des radführenden Teiles Liegen. Es empfiehlt sich weiterhin, dieses Verfahren nur für die Herstellung solcher radführenden Teile zu verwenden, die im wesentlichen gerade sind und nicht länger als etwa ein halber Meter.

Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens ist der, daß die Dichtigkeit des strumpfartigen Behälters besonders leicht geprüft werden kann und es praktisch ausgeschlossen ist, dass die Dichtigkeit des strumpfartigen Behälters bei dessen Montage in das radführende Teil verlorengeht. Auf diese Weise kann die für den Einbau von konventionellen Federungen gewohnte Arbeitsteilung zwischen dem Automobilhersteller und seinem Zulieferer für Federungen weitgehend beibehalten werden; insbesondere braucht der Automobilhersteller die Dichtigkeit der als Zusatztanks dienenden radführenden Teile nicht selbst zu überprüfen sondern kann sich auf die Qualitätskontrolle seines Zulieferers für die strumpfartigen Behälter verlassen. Der Witz des Verfahrens ist, dass der hitzeempfindliche strumpfartige Behälter infolge seiner zwischenzeitlichen Zurückkrempelung von der Wärmeeinflusszone der abschließenden Schweißnaht nicht beeinträchtigt wird.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer Radaufhängung mit hohlem radführenden Teil, dessen Dichtschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff oder einer Mischung verschiedener thermoplastischer Kunststoffe oder aus einer Gummimischung bestehen soll, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein strumpfartiger Behälter aus flexiblem Polymer geformt und vorvernetzt wird, dieser strumpfartige Behälter dann in das noch unverschlossene radführende Teil eingezogen wird, das radführende Teil und der strumpfartige Behälter zur Haftung an die Innenwandung des radführendes Teiles gebracht wird. Dies gilt unabhängig davon, ob das radführende Teil durch Aufschraubung oder Einklebung eines Stirnverschlusses, was mangels Wärmeeinwirkung kein Ein- und Auskrempeln des strumpfartigen Behälters erforderlich macht, oder durch Aufschweißen eines Stirnbleches erfolgt. Wesentlich ist, dass das Polymer so weit vorvernetzt ist, dass der strumpfartige Behälter als Halbzeug zu handhaben ist und so wenig vorvernetzt ist, dass die Ausnutzung des noch zur Verfügung stehenden Restvernetzungsgrades für eine Haftung an der Innenwandung des radführenden Teiles ausreicht, um Kondenzwasser-Kavernen zu vermeiden.

Die Formgebung eines strumpfartigen Behälters kann gänzlich dadurch eingespart werden, dass das geschlossene radführende Teil nach Abschluß der Schweißarbeiten mit einer Schmelze, Emulsion oder Lösung gespült wird, die nach Erstarrung, Abtrocknung bzw. Aushärtung schließlich einen dichtenden Film hinterläßt, der an Stahl haftet. Dieses Formgebungsverfahren für die Dichtschicht wird im folgenden als freie Formgebung bezeichnet. Für die freie Formgebung eignen sich Schmelzen von thermoplastischen Kunststoffen aber auch von Metallen. Eine besonders korrosionsbeständige Radaufhängung wird dadurch erhalten, dass die Dichtschicht aus Zink besteht. Zur Herstellung einer Zinkdichtschicht im radführenden Teil wird vorzugsweise selbiges nach Abschluss der Schweißarbeiten auf eine Temperatur knapp über der Schmelztemperatur von Zink gebracht, das flüssige Zink durch den Anschlussstutzen eingefüllt und solange durch Schütteln oder Taumeln oder dergleichen gleichmäßig verteilt, während das radführende Teil wieder abgekühlt wird, bis sich die eingefüllte Zinkmenge an der Innenwand des radführenden Teiles niedergeschlagen hat. Das gleiche Verfahren bewährt sich sinngemäß auch bei der Verarbeitung von Thermoplastschmelzen, obwohl die dabei einzusetzenden Temperaturen naturgemäß geringer sind. Die freie Formgebung ist auch möglich mit lösungsmittel­ haltigen Lacken und Kautschuklösungen, insbesondere mit Kautschuklösungen auf der Basis von EPDM-Kautschuken und /oder CR-Kautschuken. Zur Vermeidung umweltschädigender Lösungsmittel empfehlen sich wässerige Dispersionen von Silikonkautschuken.

Die Problematik der freien Formgebung mit Kunststoffen, Wasser- oder Lösungsmitteldämpfe abzuführen aus dem hohlen, radführenden Teil, wird dadurch verringert, dass die Emulsion oder Lösung Monomere enthält, die im Kontakt mit Luft polymerisieren. Vorzugsweise wird hierfür der Polymerisationstyp der Polyaddition gewählt. Auf diese Weise ist die erforderliche Abdampfungsmenge besonders gering.

Da die Erfindung sich insbesondere auf PKW bezieht, zeigen alle nachfolgenden Figuren Radaufhängungen, wie sie für PKW typisch sind.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Hinterachse für einen PKW in der Draufsicht

Fig. 2 die gleiche Hinterachse mit Luftfederung in der Fahrzeugmitte durchgeschnitten und von der Seite gesehen und die

Fig. 3 einen Radlenker in perspektivischer Darstellung.

Die Fig. 1 zeigt für eine nichtangetriebene PKW-Hinterachse einen Achskörper 1 entsprechend dem Typ der sogenannten "Verbund-Lenkerachse", der sich über zwei Gelenke 2 an der nicht dargestellten Karosserie eines PKWs abstützt. An den nach hinten gekröpften Enden 3 des Achskörpers 1 sind innen je eine Lasche 4 zur Befestigung von nicht dargestellten Stoßdämpfern angeschweißt. An den Außenseiten der Enden 3 ist je eine Aufnahme 5 angeschweißt zur Befestigung der nicht dargestellten Bremsankerplatte und Radlager.

Die Fig. 2 zeigt den gleichen Achskörper 1 geschnitten entlang der Fahrzeugmittellinie. In beiden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Achskörper 1 ist im wesentlichen aus einem tiefgezogenen Unterblech 6 und einem ebenfalls tiefgezogenen Oberblech 7, die mittels Punktschweißung an den Abkantungen 8 miteinander verbunden sind, gebildet. Der so geschaffene Achskörper 1 ist ein allseitig geschlossener Hohlkörper.

Auf der Oberseite des Achskörpers 1 sind ebene Sitzflächen 9 angeordnet, auf denen Abrollkolben 10 aufgeschraubt sind. An diesen sind in üblicher Weise je ein Luftfeder-Rollbalg 11 luftdicht angeschlossen, die in der Fig. 2 samt der Karosserie in gestrichelter Linie angedeutet sind, in der Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht dargestellt sind. Der Rollbalg 11 ist mit dem Abrollkolben 10 und dieser wiederum mittels der Löcher 12 mit dem als Hohlkörper ausgebildeten Achskörper 1 pneumatisch direkt verbunden unter Vermeidung jeglicher Schlauchleitung. Je nach Ausbildung des Loches 12 ergibt sich eine zusätzliche Dämpfung der Achsschwingungen.

Achsausbildungen der gezeigten Art sind sehr rationell zu fertigen. Im Gegensatz zu den bekannten Ausbildungen kommt es bei Verwendung des Achsenhohlraumes als Zusatzvolumen für eine Luftfederung darauf an, daß der Hohlraum des Achskörpers 1 - natürlich mit Ausnahme der Verbindungslöcher 12 - luftdicht ist. Es hat sich als besonders wirkungsvoll und kostengünstig herausgestellt, die erforderliche Dichtung durch eine thermoplastische Dichtschicht 13, die im Inneren des Achskörpers 1 angeordnet ist, zu erreichen. Aufgrund der Abkantungen 8 in der Schweißzone ergeben sich im Inneren Kehlen 14, wo die Dichtschicht 13 besonders dick ausfällt. Der Erfolg dieser einfachen Lösung beruht darauf, dass sich besonders viel Dichtungsmaterial dort befindet, wo die zunächst undichten Spalten zwischen den Schweißpunkten abzudichten sind. Der Dichtfilm ist in diesem Beispiel aus Polyurethan gebildet, das in heißem, dünnflüssigen Zustand durch die Löcher 9 eingefüllt wurde und durch Schaukeln des Achskörpers verteilt wurde.

Die Fig. 3 zeigt perspektivisch, ungefähr in Fahrzeugrichtung gesehen einen hohlen Lenker, der als Schweißkonstruktion ausgeführt ist. Zwecks vereinfachter Analogie zu den vorherigen Figuren wird dieser Lenker im folgenden mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Der Lenker 1 ist mittels eines Gelenkes 2 an der nicht dargestellten Karosserie abgestützt. Hier ist erkennbar, dass nur ein Teilbereich des Lenkers als Zusatzvolumen ausgenutzt ist und, dass die entsprechenden Bleche nicht mittels Punktschweißung an Abkantungen sondern mittels durchlaufender Kehlnähte 15 verbunden sind. Es hat sich gezeigt, dass auch durchlaufende Schweißnähte - zumindest in der Qualität, wie sie im Großserienbau von PKW möglich ist - für die Benutzung an einem Lufttank nicht hinreichend dicht sind. Auch hier kommt die Erfindung vorteilhaft zum Einsatz.

Die Erfindung beinhaltet eine luftgefederte Radaufhängung vorzugsweise für PKW, die keinen größeren Bauraum erfordert als konventionelle mechanische Federungen, den gleichen Federkennlinienverlauf ermöglicht, preiswert zu erstellen ist und darüber hinaus eine Anpassung der Federkennlinie an den Beladungszustand ermöglicht, so dass die Verwendung dieses Aufhängungstypes in Großserien von PKW möglich ist.

Claims (10)

1. Radaufhängung für luftgefederte Fahrzeuge mit

• a) mindestens einem Hohlträger, der als Lufttank (1) ausgebildet ist,
• b) wobei der Lufttank (1) mit einem Balg (11), der sein Volumen beim Einfedern verkleinert, pneumatisch verbunden ist,
• c) wobei der Lufttank (1) an seiner Außenseite im wesentlichen aus Blech besteht und an seiner Innenseite zumindest im Bereich seiner Fügestellen eine Dichtschicht (13) aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

• a) dass der Lufttank (1) eine Schweißkonstruktion ist,
• b) die das Rad führt,
• c) wobei die den radführenden Lufttank (1) dicht verschließende Dichtschicht (13) am umgebenden Metallblech anhaftet.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtschicht (13) aus einem Thermoplasten oder einer Mischung von Thermoplasten besteht und dass der Thermoplast oder die Mischung von Thermoplasten im heißen Zustand klebrig ist.

3. Radaufhängung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtschicht (13) aus einer am Metall des radführenden Teiles (1) haftfähigen Gummimischung besteht, vorzugsweise auf Basis von EPDM- und/oder CR-Kautschuken.

4. Radaufhängung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtschicht (13) aus Zink besteht.

5. Verfahren zur Herstellung einer Radaufhängung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

• a) dass zunächst ein flexibler, strumpfartiger Behälter (13) gebildet wird,
• b) der strumpfartige Behälter (13) dann durch eine offene Stirnseite in den rohrähnlichen, radführenden Lufttank (1) eingesetzt wird,
• c) dass der strumpfartige Behälter (13) an dem Ende, wo der radführende Lufttank (1) schließlich verschlossen wird, vor diesem Verschließen nach innen gekrempelt wird,
• d) dass nach Einkrempeln und Einsetzen des strumpfartigen Behälters (13) der radführende Lufttank (1) durch Aufschweißung eines Stirnbleches verschlossen wird und,
• e) dass nach hinreichender Abkühlung der verschließenden Schweißnaht der strumpfartige Behälter (13) durch Aufblasen wieder entkrempelt wird und den Innenraum des radführenden Lufttankes (1) vollständig ausfüllt,
• f) wobei durch ein kleines Loch im hohlen radführenden Lufttank (1) die Entlüftung zwischen der Außenseite des strumpfartigen Behälters (13) und der Innenseite der metallischen Wandung des radführenden Lufttanks (1) bewirkt wird,
• g) wonach der strumpfartige Behälter (13) zur Haftung an der Innenseite der metallischen Wandung des radführenden Lufttanks (1) gebracht wird.

6. Verfahren zur Herstellung einer Radaufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• a) dass der radführende Lufttank (1) nach Abschluss der Schweißarbeiten auf eine Temperatur knapp über der Schmelztemperatur von Zink gebracht wird,
• b) dass danach flüssiges Zink durch den Anschlussstutzen eingefüllt und solange durch Schütteln oder Taumeln oder dergleichen gleichmäßig verteilt wird, während das radführende Teil wieder abgekühlt wird, bis sich die eingefüllte Zinkmenge an der Innenseite der Wand des radführenden Teiles haftend niedergeschlagen hat.

7. Verfahren zur Herstellung einer Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene radführende Lufttank (1) nach Abschluss der Schweißarbeiten mit einer Schmelze, Emulsion oder Lösung gespült wird, die nach ihrer Erstarrung, Abtrocknung bzw. Aushärtung schließlich einen dichtenden Film hinterlässt, der an Stahl haftet.

8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion oder Lösung Monomere enthält, die in Kontakt mit Luft polymerisieren.

9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass

• - nach Verschließen des radführenden Teiles und nach der Einführung des strumpfartigen Behälters (13) bzw. nach dem Auftragen der Dichtschicht - heiße Luft durch den Anschlussstutzen eingefüllt wird, wobei deren Temperatur über der Zeit so gesteuert wird, dass Haftung zwischen dem strumpfartigen Behälter (13) bzw. der Dichtschicht einerseits und der Metallwandung des radführenden Lufttanks (1) andererseits erzielt wird.

10. Radaufhängung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Fahrzeug um einen Pkw handelt.