DE4325172C1

DE4325172C1 - Luftfeder mit einem elastomeren Luftfederbalg und einer integrierten Dämpfungseinrichtung

Info

Publication number: DE4325172C1
Application number: DE19934325172
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl Ing Wode
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental AG
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2013-07-28

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder-Dämpfer-Einrichtung mit einem elastomeren Luftfederbalg, der unter Bildung eines abgeschlossenen, druckbeaufschlagbaren Federvolumens mit seinen beiden Enden an je einem Bauteil dicht befestigt ist gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Luft hat bei Kompression eine sehr geringe Eigendämpfung und eine progressive Kraft-Weg-Kennlinie. Als Puffer- oder Prellbock zur Abbremsung von Stoßenergie ist Luft daher nicht geeignet, als Federungsmittel jedoch sehr gut. Es ist daher notwendig, parallel zu den Luftfederbälgen zusätzliche Schwingungsdämpfer anzubringen. Dabei ist es üblich, hydraulische Stoßdämpfer zu verwenden.

Es ist auch bereits versucht worden, eine ausreichende Dämpfung dadurch zu erreichen, daß zwischen dem Luftfederbalg und einer Zusatzluftkammer ein Engpaß für die strömende Luft eingebaut wird, der eine Drosselstelle oder ein Drosselventil bildet. Dieses Prinzip ist bisher lediglich bei einigen Schienenfahrzeugen erfolgreich ausgeführt worden. Bei Straßenfahrzeugen mit ihren wesentlich größeren und schnelleren Federbewegungen können solche Drosselsysteme zu einer dynamischen Verhärtung der Federung führen, da der Strömungswiderstand der Drosselstelle bei sehr schnellen Federstößen stark ansteigt. Dies wirkt wie eine Abschaltung des Zusatzvolumens und somit Verhärtung der Federung gerade bei schnellen, das heißt harten Fahrbahnstößen. Daher ist dieses Dämpfungssystem bei Straßenfahrzeugen bisher noch nicht eingeführt worden.

Aus der DE 35 26 156 A1 ist ein lastabhängiges Feder-Dämpfer- Aggregat bekannt. Dabei wird der Kolben einer mit dem Fahrzeugrahmen in Verbindung stehenden Kolbenstange in einem mit einem hydraulischen Medium gefüllten Dämpfungsrohr verschoben. Ein mit dem Tragluftdruck beaufschlagter Miniaturreifen ist am Dämpfungskolben angeordnet und wirkt als ein lastabhängiges Drosselventil. Eine absolute Begrenzung der Dämpferkraft ist nur durch die Federsteifigkeit der unterhalb des Dämpfungsraumes liegenden Gasfeder gegeben.

Der Nachteil des geführten Kolbens ist darin zu sehen, daß die Luftfeder nicht auf einem Kreisbogen ablaufen kann, das heißt, ein Versatz eines der beiden gegeneinander abgefederten Bauteile in einer zur Rotationsachse senkrechten Achse ist nicht möglich.

Bei schnellen, starken Stößen kommt es zu einer Verhärtung der Dämpfung, weil sich die Dämpferkraft proportional zur Einfederungsgeschwindigkeit erhöht. Eine Abschaltung des Dämpfers oder Begrenzung seiner Dämpferkraft für diesen Betriebsfall ist nicht vorhanden.

Das Federdämpferaggregat weist den Einsatz gleitender Dichtungen auf. Damit sind technische Probleme wie Slip-Stick- Effekte, Verschleiß und die Notwendigkeit hochpräziser Gleitflächen verbunden. Bei der Übertragung höherer Frequenzen weist diese Dämpferanordnung Nachteile auf, weil es durch den Slipstickeffekt nicht zu einer Gleitbewegung zwischen Kolben und Zylinder kommt, so daß hohe Frequenzen direkt als Körperschall vom Kolben auf den Zylinder als auch über das inkompressible Dämpfungsmedium übertragen werden.

Aus der US-PS 4 325 541 ist eine Luftfeder-Dämpfer-Anordnung bekannt, die als Stoßdämpfer einen konventionellen Hydraulik- Dämpfer aufweist. Die Luftfeder weist eine Rollmembran auf, zu der konzentrisch eine zweite Rollmembran montiert ist. Diese zweite Rollmembran steht unter dem gleichen Luftdruck wie die äußere erste Rollmembran. An ihr stützt sich ein konventioneller Stoßdämpfer mit seinem Gehäuse ab, der durch die innere Rollmembran in Ausziehrichtung beaufschlagt ist. Der Stoßdämpfer muß dadurch beim Einfedern stets genau den Luftfederhub mitmachen; eine Einfederkraftbegrenzung existiert nicht. Die höchsterreichbare Dämpferkraft wird vom Innendruck der Luftfeder begrenzt. Diese Begrenzung erstreckt sich allerdings nur auf den Ausfederhub, so daß zwar die Durchschnittsdämpferleistung der Last angepaßt ist, eine bei kleineren Geschwindigkeiten oder beim Einfedern wirksame Dämpferkraftregulierung aber nicht existiert. Eine Begrenzung der Dämpferkraft beim Einfedern ist nicht gegeben, obwohl dies in der Einfederrichtung von größerer Bedeutung ist als bei der Ausfederung. Weiter ist von Nachteil, daß auch in dieser Luftfederdämpferanordnung gleitende Dichtungen vorhanden sind und die erzielte Winkelbeweglichkeit auf technisch sehr aufwendigen Kugelgelenken beruht.

Aus der JP 2-125 117 A in Patents Abstract of Japan, Section M, VOL. 14 1990 Nr. 355, M-1004, ist eine Luftfeder mit einer Dämpfungseinrichtung bekannt, die einen an einem oberen Bauteil angeordneten Hohlstempel aufweist, der in seiner Stirnflächen in seinem Endbereich eine Öffnung hat. Im unteren abzufedernden Bauteil ist ein mit einem viskoelastischen Medium gefüllter Topf vorhanden, in den das Ende des Hohlstempels zur Verhinderung der Übertragung von Schwingungen eintaucht. Als Nachteil neben der Lageabhängkeit dieser Dämpfungseinrichtung ist die auch bei sehr hoch viskosen Dämpfungsmedien vergleichsweise geringe Dämpfungsleistung zu sehen.

Aus der DE-OS 29 21 866 ist ein Gummi-Feder-Element mit Dämpfung bekannt, welches ein Dämpfungsrohr und ein konzentrisches Außenrohr aufweist, die über eine anvulkanisierte Gummifeder miteinander verbunden sind. Das Innenrohr ist hohl ausgebildet und in seiner Stirnseite mit einer Drossel versehen, durch die der Innenraum des Rohres mit einem Dämpfungsraum im Außenrohr verbunden ist. In dem Dämpfungsraum ist eine hydraulische Dämpfungsflüssigkeit.

Dieses Gummifederelement erfüllt die Aufgabe einer Federung sowie auch die einer Dämpfung. Beim Einfedern muß das Drosselmedium aber zwangsweise die Drossel passieren, was zu entsprechend hohen Dämpfungskraftspitzen führt, sofern die Einfedergeschwindigkeit entsprechend hoch wird. Bei höheren Frequenzen verhärtet sich die Gummifeder. Als weiterer Nachteil ist der im Verhältnis zur Bauhöhe nur sehr kleine erzielbare Hub zu sehen.

Aus der JP 57-84 222 A (Patent Abstracts of Japan, Sec.M, Vol. 6 (1982) Nr. 172, M154) ist es bei einem hydraulischen Motorlager bekannt, den Dämpfungsraum aus einer unteren, flexiblen Rollmembran und einer oberen Membran zu bilden, wobei der eingeschlossene Dämpfungsraum durch eine Zwischenwand in zwei über eine Drossel miteinander verbundene Dämpfungskammern unterteilt ist. Die untere, flexible Rollmembran wird durch einen am unteren Bauteil angeordneten elastischen Stempel beaufschlagt. Dieser Stempel weist einen Ringschlitz auf, sich bei niedrigen Frequenzen mit hoher Amplitude nahezu schließt, bevor die Dämpfungsflüssigkeit aus der von der Rollmembran gebildeten Kammer durch die Drossel in die obere Dämpfungskammer strömt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder der eingangs geschilderten Art derart auszugestalten, daß Vertikal- und Horizontalschwingungen eines Luftfedersystems mit geringem konstruktiven Aufwand unter platzsparender Bauweise gedämpft werden und dabei ein axialer Seitenversatz der gegeneinander abzufedernden Bauteile möglich ist.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Beim Einfedern knickt die Rollfalte des inneren Rollbalges ein, sobald der Druck im Dämpferteil den Innendruck der Luftfeder überschreitet. Das hat den Vorteil, daß bei einem Überfahren eines Hindernisses die entstehenden Geschwindigkeitsmaxima des Luftfederelementes nicht in voller Höhe geschwindigkeitsproportional als Dämpferkraft weitergegeben werden, sondern nur bis zu einer gewissen Höchstgrenze. Beim Einfedern wird das Dämpfungsmedium durch die Drossel in das volumenelastische Teilvolumen gepreßt. Die Winkelbeweglichkeit der Luftfederdämpfereinrichtung bleibt trotz des integrierten hydraulischen Dämpfers erhalten.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Dämpferstempel als Hohlkolben ausgebildet und weist in seiner eingetauchten Stirnseite die Drossel auf. Dadurch kann der Bauraum der Einrichtung weiter verkleinert werden, da das Volumen des Hohlkolbens als Dämpfungsraum genutzt wird.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb des Hohlkolbens eine den Innenraum trennende Membran angeordnet, die ein Gaspolster von dem hydraulischen Dämpfungsmedium trennt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung endet der Hohlkolben in dem an ihm befestigten Bauteil und ist mit einer dem Außenluftdruck ausgesetzten Membran abgeschlossen.

Durch die Erfindung wird eine Luftfeder-Dämpfer-Einrichtung geschaffen, die vergleichsweise hohe und zudem in Zug- und Druckstufe unterschiedlich einstellbare Dämpfungskräfte erzielbar macht. Der integrierte Schwingungsdämpfer weist vorteilhafterweise keine gleitenden Dichtungen auf.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Luftfeder-Dämpfer-Einrichtung mit einem in zwei Volumina aufgeteilten Dämpfungsraum,

Fig. 2 eine modifizierte Luftfeder-Dämpfer-Einrichtung, bei der der Dämpfungsraum um den Innenraum des Dämpferstempels erweitert ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Luftfeder-Dämpfer-Einrichtung weist als Luftfederbalg einen elastomeren Rollbalg 11 auf, dessen oberes Ende 12 an einer Befestigungsplatte 13 über einen Spannring 14 befestigt ist. Die Befestigungsplatte 13 ist über hier nicht dargestellte Befestigungsmittel an einem Fahrzeugrahmen anschraubbar. Die Befestigungsplatte 13 weist einen Luftanschluß 15 auf, über den das Innere 16 des Rollbalges 11 mit einer hier nicht dargestellten Druckluftquelle verbindbar ist.

Der Rollbalg 11 ist im unteren Bereich auf dem Umfang eines an einer hier nicht gezeigten Fahrzeugachse befestigten Abrollkolbens 17 über einen weiteren Spannring 18 befestigt. Der Abrollkolben 17 ist topfförmig ausgebildet und realisiert so einen Dämpfungsraum 19, der mit einem hydraulischen Dämpfungsmedium gefüllt ist.

Das obere Bauteil, die Befestigungsplatte 13, weist als zentrischen Ansatz einen nach unten ragenden Dämpferstempel 21 auf, der in den Dämpfungsraum 19 des Abrollkolbens 17 unter Bildung eines Ringspaltes 20 eintaucht. Auf diesem Dämpferstempel 21 ist in seinem oberen Bereich ein zweiter elastomerer Rollbalg 23 mittels eines Spannringes 24 befestigt. Dieser Rollbalg 23 ist aus wirtschaftlichen Gründen eine Verlängerung des ersten Rollbalges 11, so daß eine weitere Befestigung entfallen kann.

Durch den zweiten Rollbalg 23 wird eine auf dem Dämpferstempel 21 ablaufende Rollfalte 25 gebildet, durch die der Innenraum 16 des Rollbalges 11 von dem Dämpfungsraum 19 des Abrollkolbens 17 getrennt wird.

Der Dämpfungsraum 19 ist durch eine Trennwand 27 in zwei Teilvolumina 28 und 29 getrennt. Die Trennwand 27 weist eine zentrale Drosselöffnung 31 auf, die von einer elastischen Ventilplatte 32 abdeckbar ist, die ihrerseits eine kleinere Drosselöffnung 33 aufweist. Die Ventilplatte 32 ist beweglich abhebbar von der Drosselöffnung 31.

In dem Teilvolumen 29 weist der Dämpfungsraum 19 auf seinem Boden ein durch eine Trennmembran 35 separiertes Gaspolster 36 auf.

Die Wirkung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt:

Bei einem Einfedern, d. h. einem Aufeinanderzubewegen der beiden Bauteile 13 und 17 erhöht sich der Druck im Dämpfungsraum 19. Dadurch wird das dort vorhandene Dämpfungsmedium zum Teil aus dem Teilvolumen 28 durch die Drossel 31 in das Teilvolumen 29 gepreßt. Ist der Druck im Dämpfungsraum 19 größer als der Druck im Innenraum 16 des Rollbalges 11, fällt bzw. knickt die Rollfalte 25 des zweiten Rollbalges 23 ein. Dadurch wird die Dämpfungskraft begrenzt.

Bei einem Ausfedern, d. h. einem Vergrößern des Abstandes zwischen den beiden Bauteilen 13 und 17, drückt das Gaspolster 36 das hydraulische Dämpfungsmedium aus dem Teilvolumen 29 durch die kleine Drosselöffnung 33 in das Teilvolumen 28. Das Ventil 32 drosselt in dieser Richtung stärker. Dadurch bleibt der Druck im Teilvolumen 28 kleiner als im Federinnenraum 16 und verringert sich beim weiteren Ausfedern weiter, so daß die Rollfalte 25 des Rollbalges 23 nicht einfallen kann.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Dämpferstempel 21 hohl ausgeführt. Der Dämpfungsraum 19 im Abrollkolben 17 ist ungeteilt ausgebildet.

Stirnseitig ist der hohlausgebildete Dämpferstempel 21 von einer Stirnplatte 41 abgedeckt, die eine zentrale Öffnung 42 aufweist. Diese zentrale Öffnung 42 ist von einer elastischen Ventilplatte 32 abgedeckt, die ihrerseits eine kleine Drosselöffnung 33 aufweist. Die Ventilplatte 32 ist beweglich abhebbar von der Öffnung 42. Der Dämpferstempel 21 ist am Bauteil 13 durch eine eingesetzte Platte 43 gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen. Im oberen Bereich des hohlen Dämpferstempels 21 ist ein Gaspolster 44 angeordnet, das über eine eingesetzte Trennmembran 45 von dem hydraulischen Dämpfungsmedium, das sich auch im hohlen Dämpferstempel 21 befindet, getrennt ist.

Die Wirkung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung entspricht der unter Fig. 1 geschilderten Weise, wobei der Innenraum des hohlen Dämpferstempels 21 dem hinter der Drossel liegenden Teilvolumen 29 der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entspricht.

Bezugszeichenliste

11 Rollbalg
12 oberes Ende
13 Befestigungsplatte
14 Spannring
15 Luftanschluß
16 Luftfederinnenraum
17 Abrollkolben
18 Spannring
19 Dämpfungsraum
21 Dämpferstempel
23 Zweiter Rollbalg
24 Spannring
25 Rollfalte
27 Trennwand
28 Teilvolumen
29 Teilvolumen
31 Zentrale Drosselöffnung
32 Ventilplatte
33 Kleinere Drosselöffnung
35 Trennmembran
36 Gaspolster
41 Stirnplatte
42 Zentrale Öffnung
43 Platte
44 Gaspolster
45 Trennmembran

Claims

1. Luftfeder-Dämpfer-Einrichtung mit einem elastomeren Luftfederbalg, der unter Bildung eines abgeschlossenen druckbeaufschlagbaren Federvolumens mit seinen beiden Enden an je einem zweier gegeneinander abzufedernder Bauteile dicht befestigt ist, und mit einem hydraulischen Schwingungsdämpfer, der einen an einem der Bauteile angeordneten Dämpferstempel aufweist, der in einen mit einem hydraulischen Dämpfungsmedium gefüllten, topfförmigen Dämpfungsraum eintaucht, der an dem anderen Bauteil angeordnet ist, wobei zwischen dem Dämpferstempel und der konzentrischen Wand des Dämpfungsraums ein Ringspalt gebildet ist und das Dämpfungsvolumen in zwei durch eine Drossel miteinander in Verbindung stehende Teilvolumina unterteilt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1) der Dämpfungsraum (19) ist von einem zweiten, als Rollbalg (23) ausgebildeten Luftfederbalg gegenüber dem Luftfederinnenraum (16) des ersten Luftfederbalges (11) abgetrennt,
2) der Rollbalg (23) ist mit seinem einen Ende auf dem Umfang des Dämpferstempels (21) befestigt und andererseits an der Wand des topfförmigen Dämpfungs raums (19) fixiert,
3) die Rollfalte (25) des Rollbalges (23) liegt im Ringspalt (20) zwischen dem Dämpferstempel (21) und der konzentrischen Wand des Dämpfungsraumes (19) und ist in Richtung auf das hydraulische Dämpfungsmedium eingestülpt, so daß bei im Dämpfungsraum (19) gegenüber dem Luftfederinnenraum (16) größerem Druck die Rollfalte (25) einfällt bzw. einknickt,
4) das nicht von der Rollfalte (25) abgeschlossene Teilvolumen (29) des Dämpfungsvolumens ist volumenelastisch ausgebildet.

2. Luftfeder-Dämpfer-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpferstempel (21) als Hohlkolben ausgebildet ist und in seiner eingetauchten Stirnseite (41) die Drossel (42) aufweist.

3. Luftfeder-Dämpfer-Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Hohlkolbens eine den Innenraum trennende Membran (45) angeordnet ist, die ein Gaspolster (44) von dem hydraulischen Dämpfungsmedium trennt.

4. Luftfeder-Dämpfer-Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkolben (21) in dem an ihm befestigten Bauteil (13) endet und mit einer dem Außenluftdruck ausgesetzten Membran abgeschlossen ist.