DE60132226T2

DE60132226T2 - Luftfeder mit doppeltem volumen für aufhängungen

Info

Publication number: DE60132226T2
Application number: DE60132226T
Authority: DE
Inventors: John W. Chicago STUART
Original assignee: Hendrickson International Corp
Current assignee: Hendrickson International Corp
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2021-10-25
Also published as: NZ525791A; MXPA03003604A; US6386525B1; CA2426755A1; ES2299533T3; AU2709902A; JP2004512479A; WO2002035113A2; BR0114866B1; WO2002035113A3; EP1328739B1; BR0114866A; CA2426755C; EP1328739A4; DE60132226D1; AU2002227099B2; EP1328739A2

Description

Luftfedern werden weit verbreitet auf Fahrzeugaufhängungssystemen eingesetzt, da sie im Allgemeinen zu einer niedrigeren Federrate des Systems und zu einer geringeren Eigenfrequenz des Fahrzeugs führen als andere erhältliche Federtypen. Eine niedrige Federrate und eine geringe Eigenfrequenz führen zu besserer Isolierung der durch Fahrwege verursachten Störungen und zu verbessertem Kontakt zwischen den Rädern und der Fahrwegsoberfläche (mit anderen Worten, zu einer angenehmeren Fahrt). Leider reduziert die Reduktion der Federrate auch die Schlingerstabilität und erhöht den Aufhängungshub, die beide in einigen Anwendungen ein ungünstiges Charakteristikum sein können.
Eine Reihe an Verfahren ist zur Beseitigung dieses Kompromisses angewandt worden. Viele Aufhängungen verwenden einen Anschlagpuffer, um den Achsenhub und das Schlingern des Körpers einzuschränken. Wenn jedoch der Anschlagpuffer anschlägt, werden sehr hohe Lasten direkt in den Fahrzeugrahmen übertragen, was zu unerwünschten starken Stößen führt. In anderen Gestaltungsformen sind teure Ventile oder Steuerungseinheiten eingesetzt worden, um die Federrate und die Eigenfrequenz zu variieren.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Neuerung auf dem Gebiet der Luftfedern dar, wenn diese in Aufhängungen, besonders in Schwerfahrzeugen und Anhängern verwendet werden. Die Luftfedern der Erfindung haben Doppelvolumina, wobei eines eine komprimierbare, variable Kammer und das andere eine Festvolumenkammer ist. Die Innenräume der beiden Kammern sind durch eine Trennwand getrennt, die eine Öffnung aufweist, die Luft- oder Gasströmungskommunikation zwischen den Kammern bereitstellt.
Im Stand der Technik beschreibt die DE-B-1065669 eine Gasfeder des oben erwähnten allgemeinen Typs, in der (in 1) ein festes, kegelstumpfförmiges Gummifederelement mittig im Inneren eines starren Außenendgehäuses angebracht ist, das der Trennwand mit der Öffnung gegenüber liegt, das auf dem Innenkolbenteil befindlich ist, das die Festvolumenkammer enthält. Nach einem vorgegebenen Verschiebungsgrad des Trennelements trifft dieses auf das Ende der kegelstumpfförmigen Feder, welche die Öffnung so blockiert, dass das komprimierte Gasvolumen unterteilt wird, um die Federrate zu erhöhen. Die Komprimierung der Gummifeder selbst erhöht ebenfalls die Federrate. In der in 2 von DE-B-1065669 gezeigten Alternative ist eine hohle Gummifederhülse an der Trennwand selbst um die Öffnung in dieser herum angebracht und weist eine eigene Endöffnung auf, die nach einem vorgegebenen Verschiebungsgrand auf die gegenüberliegende, starre Gehäusewand trifft, um das komprimierte Gasvolumen zu teilen.
In der FR-B-1315383 ist die Festvolumenkammer wiederum im Kolben, die gezeigte Ausführungsform hat einen röhrenförmigen Gummipuffer auf dem Kolben, der um die Öffnung in der Kolbenwand herum nach vorne vorsteht und mit einem weichen Gummiring an dessen Ende vorliegt, um die Anfangsdichtung gegen die gegenüberliegende Außengehäusewand herzustellen und die Gasvolumina in einem Zwischenzustand der Komprimierung zu teilen. Eine vorgeschlagene alternative Konfiguration (nicht abgebildet) weist einen solchen Gummipuffer und eine flexible Dichtung auf dem gegenüberliegenden Gehäuse anstelle der Kolbenfläche auf.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Doppelkammer-Luftfeder zur Verwendung in einer Fahrzeugaufhängung bereit, wobei die Luftfeder einen Basiskolben, eine Festvolumenkammer und eine komprimierbare Variationsvolumenkammer zwischen dem Basiskolben und der Festvolumenkammer aufweist, wobei eine Trennwand die Variationsvolumenkammer und die Festvolumenkammer trennt und zumindest eine Öffnung in dieser gegenüber dem Basiskolben aufweist und eine Gasströmungskommunikation zwischen den Kammern bereitgestellt ist, wobei ein stützenartiger Öffnungsschließer auf dem Basiskolben in der Variationsvolumenkammer gegenüber der Öffnung befestigt ist, um mit der Öffnung zusammenzuwirken, wenn das Volumen der Variationsvolumenkammer während der Aufhängungsstoßbelastung bei Verwendung verringert wird, wobei der Öffnungsschließer einen biegsamen Abschnitt, der mit der entsprechenden Öffnung und einem relativ starren Abschnitt in Eingriff bringbar ist, aufweist, der so angeordnet ist, dass während der Stoßbelastung der biegsame Abschnitt zuerst in Eingriff kommt und die entsprechende Öffnung verschließt, um die Gasströmungskommunikation zwischen den Kammern zu blockieren, während bei weiterer Kompression der Variationsvolumenkammer der relativ starre Abschnitt des Öffnungsschließers in Eingriff kommt, um weiteren Stoßbelastungsbewegungen zu widerstehen.
Der stützenartige Schließer hat einen verformbaren oder elastischen Abschnitt, der eine niedrige Federrate und einen relativ starren Abschnitt hat, der eine hohe Federrate aufweist. Während den ausreichend starken Stoßbelastungen der zugehörigen Aufhängung greift der verformbare Abschnitt des stützenartigen Schließers in die Öffnung ein und schließt diese, um dadurch die Festvolumenkammer von der Variationsvolumenkammer zu isolieren. Wenn ein ausreichend starker Stoß auftritt, kommt der starre Abschnitt des stützenartigen Schließers ins Spiel und hemmt weitere Stoßbewegungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Für ein vollständiges Verständnis der Art und des Umfangs der Erfindung und einer Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform wird um auf die beigeschlossenen Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1 ein vertikaler Halb-Schnitt und ein Seitenriss einer Doppelkammer-Luftfeder ist, die eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ausbildet;
2 eine vertikale Schnittansicht der Luftfeder aus 1 in einem zusammengedrückten Zustand mit ihrem stützenartigen Öffnungsschließen in Kontakt mit der Öffnung in der Trennwand zwischen den Kammern und diese verschließend zeigt;
3 eine Draufsicht auf die Luftfeder aus 1 ist;
4 eine Ansicht von unten der Luftfeder von 1 ist und
5 eine perspektivische Ansicht des stützenartigen Schließers ist, der in der Luftfeder von 1 aufgenommen ist.
Detaillierte Beschreibung
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine Doppelvolumen-Luftfeder in 1 bis 4 im Allgemeinen mit 5 bezeichnet, welche die Erfindung dargestellt und eine komprimierbare Variationsvolumenkammer, die im Allgemeinen mit 6 bezeichnet wird, und eine starre Festvolumenkammer umfasst, die im Allgemeinen mit 7 bezeichnet wird. Die Innenräume 8 bzw. 10 der Kammern 6 und 7 sind durch eine starre Trennplatte 11 getrennt, die in der Mitte mit einer Öffnung oder einem Austritt 12 bereitgestellt ist.
Die Variationsvolumenkammer 6 hat eine Konstruktion, die im Allgemeinen jener der bekannten, im Handel erhältlichen Luftfedern für Lastfahrzeugs- und Anhängeraufhängungen entspricht. Sie weist im Allgemeinen einen zylinderförmigen, komprimierbaren Körper aus Gummi oder gummiähnlichem Plattenmaterial 9 auf, dessen oberes Ende durch die starre Platte 11 geschlossen wird, während das untere Ende durch eine Basis 13, üblicherweise als „Luftfederkolben" bezeichnet, geschlossen wird.
Die starre obere Kammer 7 ist ebenfalls in im Allgemeinen zylinderförmiger Form vorhanden und aus Walzblech oder einem anderen geeigneten starren oder nicht ausdehnbaren Material ausgebildet. Die starre Platte 11 schließt das untere Ende der Kammer 7, wie durch 14 bezeichnet. Der Umfangsrand 15 des Luftbeutels 9 ist hermetisch verschlossen oder zwischen der Unterseite der starren Platte 11 und dem nach oben gebogenen Rand 16 der starren Kammer 7 gequetscht.
Der untere Rand 17 des Luftbeutels 9 ist hermetisch verschlossen und wird zwischen dem Umfang einer einer Unterlegscheibe ähnlichen Platte 18 und einer entspre chenden einer Schüssel ähnlichen Oberfläche der Basis 13 befestigt. Daher wird die komprimierbare Variationsvolumenkammer 6 in Übereinstimmung mit der bekannten Konstruktion von im Handel erhältlichen Luftfedern hermetisch verschlossen.
Ein stützenartiger Schließer der Öffnung 12, der im Allgemeinen mit 20 bezeichnet ist, ist durch eine kegelstumpfförmige Basis 21, die einen Anschlagpuffer ausbildet, und aus einem starren oder halbstarren Material und einem komprimierbaren Stopfen 22 ausgebildet, der aus einem biegbaren Material ausgebildet ist. Aus 2 ist ersichtlich, dass, wenn die Kammer 6 in ihrem komprimierten Zustand während der Stoßbewegung der zugehörigen Aufhängung ist, der Stopfen oder Anschlag 22 in die Unterseite des starren Trennelements oder der Trennwand 11 eingreift, um die Öffnung 12 zu schließen. Der Stopfen 22 hat eine relativ niedrige Federrate, bis dieser auf dem Anschlagpuffer 21 fest komprimiert wird, der eine hohe Federrate hat. Der Stopfen- oder Anschlagsabschnitt 22 kann aus einem relativ niedrigen Durometergummi- oder -polyurethanmaterial eines bekannten handelsüblichen Typs sein. Während der Anschlagpuffer 21 aus einem natürlichen hohen Durometergummi, einem hohen Durometerpolyurethan, Hytre^® (Thermoplastelastomer von DuPont) oder ähnlichen Materialien eines bekannten handelsüblichen Typs ausgebildet sein kann. Die Basis des Anschlagpuffers 21 ist mit einem Stift 23 bereitgestellt, der durch Öffnungen in der Unterlegscheibe 18 und der Basis 13 vorsteht. Eine Mutter 24 befestigt den stützenartigen Öffnungsschließer in seiner Position.
Die Oberseite der starren Kammer 7 ist mit einem Paar Stifte 25 und 26 bereitgestellt, wodurch die Luftfeder 5 in bekannter Weise an einer Aufhängung angebracht werden kann und an derem oberen Ende an einem starren Teil eines Fahrzeuggehäuses befestigt werden kann. Der Stift 26 hat einen Durchlass 27, durch den Luft oder anderes Gas in die Luftfeder 5, wie benötigt, eingelassen werden kann. Untere Befestigungsstifte 30-30 werden eingesetzt oder durch Presspassung in den Boden der Basis 13 eingelassen.
Während des Betriebs werden eine oder mehrere Luftfedern 5 auf bekannte Weise an jeder gegenüberliegenden Seite einer Fahrzeugaufhängung angebracht, um ein Fahrzeuggehäuse auf einer Achse und zugehörigen Bodenrädern zu tragen. In Abhängigkeit von der auf das Fahrzeug ausgeübten Last wird die Variationskammer 6 teilweise durch den Anteil der Last auf jeder Luftfeder 5 komprimiert, der durch die Luft oder Gas unter Druck im durch die kombinierten Volumina der Kammern 8 und 10 ausgebildeten Volumen getragen wird, die durch die Öffnung 12 in Kommunikation stehen. Aufgrund dieser kombinierten Volumina wird die Luftfeder 5 zuerst eine relativ geringe Federrate in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung aufweisen: K = [n·A2.(P + PAT)/Vwobei

n: = die Gaskonstante (~1,4 für Luft)
A: = Effektiver Fläche
P: = Luftfederdruck
P_AT: = Umgebungsdruck
V: = Luftfedervolumen

Wie anhand der Gleichung ersichtlich ist, ist das Volumen zur Federrate umgekehrt proportional. Zur Verringerung der Federrate erhöhen viele Gestaltungsformen das Luftvolumen, um so groß wie praktisch anwendbar zu sein.
Während des Betriebs wird die in einer herkömmlichen Weise in einer Fahrzeugaufhängung, beispielsweise einer Schwerlast-Zugmaschine, eingebaute Luftfeder 5 auf Fahrwegsunebenheiten in einer für Luftfedern herkömmlichen Arbeitsweise reagieren, außer, dass aufgrund der kombinierten Volumina der Kammern 8 und 10, die gemeinsam wirken, die Fahrt angenehmer oder komfortabler als eine normale sein wird. Wenn das Fahrzeug auf eine starke Unebenheit trifft, wird jedoch der komprimierbare Luftbeutel 9 während des Stoßes bis zu jenem Punkt komprimiert, an dem der Stopfen 22 die Öffnung 12 verschließt, wie in 2 gezeigt und veranschaulicht. Danach wird nur das Volumen der Kammer 8 betriebsbereit sein und in Übereinstimmung mit der zuvor erwähnten Gleichung wird das Volumen V niedriger als normal sein und folglich wird die Federrate proportional höher als normal sein.
Falls weitere Stoßbewegungen auftreten, wird die Luftfeder 5 schrittweise steifer, da der Stopfen 22 vollständig zusammengedrückt wird und der Anschlagpuffer 20 beginnt, Widerstand gegenüber den Stoßbewegungen bereitzustellen.
Die Wirkung des stützenartigen Öffnungsschließers 20 kann auf verschiedene Weise variieren, beispielsweise durch Verändern dessen Form und Auswählen verschiedener Materialien zur Ausbildung des Stopfen 22 und der Basis 21. Ferner können mehr als zwei verschiedene Materialien verwendet werden, um eine Vielzahl an Federraten bereitzustellen, die von der höchsten Federrate zur niedrigsten Federrate reichen.

Claims

Doppelkammer-Luftfeder (5) zur Verwendung in einer Fahrzeugaufhängung, wobei die Luftfeder einen Basiskolben (13), eine Festvolumenkammer (7) und eine komprimierbare Variationsvolumenkammer (6) zwischen dem Basiskolben (13) und der Festvolumenkammer (7) aufweist, wobei eine Trennwand (11) die Variationsvolumenkammer und die Festvolumenkammer (6, 7) trennt und zumindest eine Öffnung (12) in dieser gegenüber dem Basiskolben (13) aufweist und eine Gasströmungskommunikation zwischen den Kammern (6, 7) bereitgestellt ist, wobei ein stützenartiger Öffnungsschließer (20) auf dem Basiskolben (13) in der Variationsvolumenkammer (6) gegenüber der Öffnung (12) befestigt ist, um mit der Öffnung (12) zusammenzuwirken, wenn das Volumen der Variationsvolumenkammer (6) während der Aufhängungsstoßbelastung bei Verwendung verringert wird, wobei der Öffnungsschließer (20) einen biegsamen Abschnitt (22), der mit der entsprechenden Öffnung (12) und einem relativ starren Abschnitt (21) in Eingriff bringbar ist, aufweist, der so angeordnet ist, dass während der Stoßbelastung der biegsame Abschnitt (22) zuerst in Eingriff kommt und die entsprechende Öffnung (12) verschließt, um die Gasströmungskommunikation zwischen den Kammern (6, 7) zu blockieren, während bei weiterer Kompression der Variationsvolumenkammer (6) der relativ starre Abschnitt (21) des Öffnungsschließers (20) in Eingriff kommt, um weiteren Stoßbelastungsbewegungen zu widerstehen.
Doppelkammer-Luftfeder nach Anspruch 1, die eine im Allgemeinen zylinderförmige Form aufweist, wobei die Öffnung (12) in der Trennwand (11) und der Öffnungsschließer (20) koaxial in der Feder (5) angeordnet sind.
Doppelkammer-Luftfeder nach Anspruch 1 oder 2, worin der biegsame Abschnitt des Öffnungsschließers (20) ein komprimierbarerer Stopfen (22) ist, der durch einen koaxialen Stab mit dem relativ starren Abschnitt (21) verbunden ist, der kegelstumpfförmig ist.
Doppelkammer-Luftfeder nach Anspruch 3, worin der komprimierbare Stopfen (22) aus Kautschuk oder Polyurethan ist und der relativ starre Abschnitt aus Naturkautschuk, Polyurethan oder einem thermoplastischen Elastomer ist.
Doppelkammer-Luftfeder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der Öffnungsschließer (20) eine niedrigere Federkonstante, wenn die Öffnung (12) zuerst geschlossen wird, und eine im Wesentlichen höhere Federkonstante bei steter Stoßbelastungsbewegung bereitstellt.
Doppelkammer-Luftfeder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der relativ starre Abschnitt (21) des Öffnungsschließers (20) einen Anschlagpuffer bereitstellt, wenn der biegsame Abschnitt (22) vollständig komprimiert ist.
Fahrzeugaufhängung mit zumindest einer Doppelkammer-Luftfeder (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.