DE4327909C2 - Linear geführte Luftfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Federung und Dämp­ fung von Schwingungen sowie zur Aufnahme von seitlich einwir­ kenden Kräften für Fahrzeugachsen.

Roll- 1 in Fig. 16 oder Faltenbalge 2 in Fig. 15 werden von allen großen einschlägigen LKW- und Omnibusherstellern mit kleinen Unterschieden prinzipgleich in den luftgefederten Fahrzeugen eingebaut. Da die Luftfederbälge keine Achsfüh­ rungskräfte aufnehmen können (in ihrem mechanischen Verhalten ähneln sie einer Stahlschraubenfeder), sind aus diesem Grunde die luftgefederten Achsen mit geeigneten Führungselementen versehen. Das sind Längs-, Quer- und Dreieckslenker mit den dazu notwendigen Anlenkungsböcken, ähnlich Fig. 15 und 16. An der Vorderachse ist in die Anlenkungskombination noch eine aufwendige Stahlführungsfeder je Seite mit einbezogen, ähnlich Fig. 17. Diese Teile sind gewichts- und raumaufwendig. Ganz besonders werden die Räume infolge der Feder und Liftbewegun­ gen der Achse durch die Lenker zugemacht. So z. B. gibt es innerhalb des Rahmens über der Hinterachse kein Durchkommen, weil der Dreieckslenker den gesamten Raum bestreicht. Auch ist oft die fehlerfreie Geometrie der Radaufhängung schwer zu erreichen, und häufig müssen kinematische Fehler toleriert werden.

Bei Notlauf Fig. 3 und Fig. 6, ein Zustand, bei dem keine Luft im Druckluftsystem ist (evtl. defekte Luftfeder), kommen bei der mit Lenker geführten Hinterachse nur die zwei hinteren Notlaufpuffer 8 zum Tragen, während die zwei vorderen Notlauf­ puffer noch den freien Federweg "X" haben, ergo nicht tragen (Fig. 18), was zur doppelten Belastung führt und dadurch die Bergungsfahrt bei beladenem Fahrzeug sehr problematisch werden kann. Dieses Handicap resultiert aus der Bogeneinfederung in Fahrzeuglängsrichtung durch die Kinematik der lenkergeführten Achse, wie aus Fig. 18 zu ersehen ist.

Aus der DE-C 12 176 II/63c ist ein Luftfederbalg mit inte­ grierter Teleskopeinrichtung bekannt, doch ist eine Achsfüh­ rung in dieser Entgegenhaltung nicht offenbart. Auch die US 17 06 187 zeigt eine Luftfederung, ohne jedoch eine Achsan­ lenkung zu zeigen. Die WO 88/06106 A1 zeigt eine Achsaufhän­ gung, die einen Hangneigungsausgleich des Fahrzeuges erlaubt, wobei dieser durch unterschiedlich weites Ein- bzw. Ausfahren zweier teleskopischer Baugruppen der Achsaufhängung erfolgt. Die sich bei einer Neigung der Achse ergebenden Variationen des horizontalen Abstandes der beiden Achsbolzen werden durch eine elastische, federnde Schicht zwischen den Mantelrohren und Halterungsrohren der teleskopischen Baugruppen ausgegli­ chen. Zum Stand der Technik wird außerdem auf folgendes Schrifttum verwiesen:

• - Die Luftfederung, eine regelbare Fahrzeugfederung
  Hartwig Voß
  Continental
• - Luftfederung
  Peter Johannsen, Dipl.-Phys.
  Continental
• - Einführung
  Berechnung, Entwicklung, Konstruktion
  Balgtypen, Eigenschaften
  Anwendung im Fahrzeugbau
  Luftfedern
  Continental.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anstelle des seit­ lich labilen Luftfederbalges eine Vorrichtung für Fahrzeug­ achsen zu schaffen, die in der Lage ist, seitliche Kräfte aufzunehmen und eine Neigung der Fahrzeugachse weitgehend auszugleichen.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Eine lineargeführte Luftfeder mit inte­ grierter Teleskopeinrichtung ist in den Fig. 1 bis 3, und die alternative Lösung mit übergestülpter Teleskopeinrichtung in den Fig. 4 bis 6 dargestellt.

Fig. 1 und 4 stellen die ausgefederten bzw. max. Liftstellun­ gen, Fig. 2 und 5 die Arbeits- bzw. Fahrstellungen und Fig. 3 und 6 die Notlaufstellungen (metallischer Anschlag), der erfindungsgemäßen Luftfedern dar. Die Federwege sind in Fig. 1 und Fig. 4 F1=240 mm, in Fig. 2 und Fig. 5 F2=80 mm. Sie sind keine festen Größen und können je nach Bedarf durch entsprechende Auslegung von Teleskop und Feder größer oder kleiner gewählt werden. Die Löcher 9 in den Teleskopelementen gewährleisten bzw. regeln den Druckausgleich innerhalb der Luftfeder, so daß kein Teleskopelement durch Druckbeaufschla­ gung blockiert werden kann.

Die Verwendung der lineargeführten Luftfeder im allgemeinen Maschinen- und Apparatebau ist so vielfältig und breit ge­ spannt, daß ihre beidseitigen Anlenkungen bzw. Anbindungen je­ weils im gegebenen Fall festzulegen sind. Anders ist es im Fahrzeugeinbau, ob Straße oder Schiene. Die lineargeführte Luftfeder übernimmt zu den Federungs- und Dämpfungs- sowie Liftfunktionen auch die Achsführung, d. h. daß die Kräfte durch Anfahren, Beschleunigen und Bremsen sowie Querbeschleu­ nigungskräfte in den Kurven mit einbezogen sind. Zu diesem Zweck ist die lineargeführte Luftfeder mit zwei bzw. vier Spureinstellagern mit der Achse verbunden. Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9, Fig. 10, Fig. 11 und Fig. 12.

Die Hauptfunktion der beiden Spureinstellager ist die Achsan­ lenkung sowie ihre automatische Spureinstellung auf horizonta­ le und jede unterschiedliche Schrägeneinstellung bei max. Ein- und Ausfederung bis ca. 20 Grad. In Fig. 7 und 8 ist die Hori­ zontal- und Schrägstellung schematisch dargestellt. Die Maße "SP" sind die Federspur an der Achse. Die Fig. 9 zeigt eine Hinterachse mit einer übergestülpten zweiteiligen Teleskopein­ richtung und Exzenter-Spureinstellager sowie die Alternative Kulissen-Spureinstellager.

In Fig. 11 ist die gleiche Hinterachse, jedoch mit einer drei­ teiligen übergestülpten Teleskopeinrichtung und einer um F3=160 mm einseitigen Achsausfederung sowie Kulissen-Spurein­ stellager dargestellt. In schwierigem Gelände sieht das Fahr­ zeug mit dieser Achsstellung, F4=160 mm, entsprechend Fig. 10 aus. Ganz sicher mit einer Seitenstabilität, die ohne die lineargeführte Luftfeder mit Spureinstellungslager nicht zu erreichen ist. Auf ebener Fahrbahn stellt sich die Achse in die Horizontale, entsprechend Fig. 12. Dieses Achsverhalten ist bei Kurvenfahrt besonders vorteilhaft, denn die durch die Querbeschleunigung auftretende Querkraft wirkt auf das linke und rechte Spureinstellager gleich groß. Entsprechend dem Gesetz der Statik sind somit auch die vertikalen Komponenten auf beiden Seiten gleich groß und halten die Achse im Gleich­ gewicht bzw. in der Horizontalen. Die zwei lineargeführten Luftfedern schließen Wankbewegungen über die Federung aus. Dies wird durch die vertikal starre Verbindung der Luftfeder zum Rahmen, rechts und links parallel angeordnet, sowie der gegenseitigen Abstützung der Teleskopelemente innerhalb des Verbandes erreicht. Die funktionell dazugehörende Schrägein­ stellung mit den automatischen Spur-Einstellagern Fig. 7 und Fig. 8 ist ein paralleler Vorgang. Einseitige Reifeneinfede­ rungen bei horizontaler Achsstellung (Fig. 12 ca. 10 mm an der Federspur), durch Querbeschleunigung entstanden, werden durch Teilausfederung der außenkurvenseitigen Luftfeder kompensiert, so daß auch in diesem Fall die Rahmenhorizontale beibehalten ist.

Eines besonderen Hinweises bedarf es noch, daß die bis heute übliche Torsionsstabausrüstung immer noch eine kurvenaußen­ seitige Neigung bis ca. 5 Grad beinhaltet. Dies einzuschrän­ ken, würde zu einer nachteiligen, härteren Federung führen. Auch daraus ist ein technischer Fortschritt abzuleiten. Eine mit lineargeführten vier Luftfedern ausgerüstete Hinterachse kann beispielhaft wie in Fig. 13 im Fahrzeug verwendet werden. Ein Einbau der Vorderachse mit zwei Luftfedern wäre beispiels­ weise wie Fig. 14.

Da bekannterweise Gummi und Öl nicht verträglich sind, ist bei Verwendung der integrierten Teleskopeinrichtung davon auszu­ gehen, daß deren Einzelelemente teilweise mit Sintermetall belegt sind und wie Trockengleitlager funktionieren. Zum Bei­ spiel ist in diesem Zusammenhang auf SKF verwiesen, die zylin­ drische Trockengleitlager aus dreischichtigem Verbundwerkstoff unter der Bezeichnung "GLYCODUR F" herstellen. Die Kennung der Schwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude von Conti, umge­ rechnet auf das SKF-Diagramm zur Bestimmung der Lagergröße, ergibt ausreichende Werte für den notwendigen wartungsfreien Betrieb bzw. Trockenlagerung. Der axiale Einsatz anstelle des radialen müßte mit den potenten Herstellern geklärt werden.

Die Luftfeder in weiteren Bereichen des KFZ-Sektors, wie Fah­ rerhaus und Fahrersitzabfederung mit den üblichen Anlenkungs­ elementen, ist mit der lineargeführten Luftfeder problemlos, insbesondere konstruktiv einfacher ersetzbar und weitaus ko­ stengünstiger.

Über den Stand der Technik zum Einbau der Luftfedern in Fahr­ zeugen kann jeder Nutzfahrzeug- und Omnibushersteller umfang­ reich und ausreichend informieren - in beschränkterem Umfang auch PKW-Hersteller. Potente Luftfederhersteller sind Phönix und Conti in Hannover. In bezug auf diese Firma sei verwiesen auf Schrifttum.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Federung und Dämpfung von Schwingungen sowie zur Aufnahme von seitlich einwirkenden Kräften für Fahrzeugachsen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel angeordnete, zusammenpreßbare luftgefüllte Federbalge vorgesehen sind, die innerhalb oder außerhalb eine eigen­ steife Teleskopeinrichtung aufweisen, die synchron zum Federbalg mitbewegbar ist und seitlich auf die Vorrichtung einwirkende Führungskräfte aufnimmt, und die jeweils über ein Spureinstellager an der Fahrzeugachse derart angelenkt sind, daß auch bei einer Neigung der Fahrzeugachse gegen­ über der Horizontalen das Fahrzeugchassis in horizontaler Lage verbleiben kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente der Teleskopeinrichtung mittels in Nuten geführten Stiften miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Spureinstellager von einem Kulissenlager mit einem darin geführten Gleitstück gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitstück mindestens teilweise aus elastischem Mate­ rial gefertigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Spureinstellager von einem Exzenterlager gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagseiten des Exzenterlagers mit Dämpfungsan­ schlägen versehen sind.