DE60308369T2

DE60308369T2 - Luftfeder mit schwingungsisolierung

Info

Publication number: DE60308369T2
Application number: DE60308369T
Authority: DE
Inventors: David A. Bath WEITZENHOF; D. Mark Carmel HILBURGER
Original assignee: BFS Diversified Products LLC
Current assignee: Firestone Diversified Products LLC
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2023-06-07
Also published as: DE60308369D1; EP1511951A1; CN1659390A; US6637733B1; EP1511951B1; WO2003106859A1; CN100378367C; AU2003240562A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft Luftfedern, und insbesondere Luftfedern für Fahrzeuge mit einer darin integrierten Vibrationsabsorptionsanordnung, um Vibrationen der Luftfederhülse gegenüber dem benachbarten Endteil und dem Fahrzeug zu isolieren.
2. HINTERGRUNDINFORMATION
Luftfedern beinhalten typischerweise zwei Endteile, welche abdichtend mit entsprechenden Enden einer hohlen, gewebeverstärkten Elastomer-Hülse verbunden sind. Diese Luftfedern werden primär zum Einbau in Kraftfahrzeugen zur Abstützung der Fahrzeugkarosserie oder zur Verwendung in anderen Betriebsmitteln, welche Stößen ausgesetzt sind, verwendet, um dafür eine Dämpfung bereitzustellen. Die Luftfedern sind an den Enden abgedichtet, um eine unter Druck stehende Fluidkammer innerhalb der Hülse zu bilden. Die Luftfeder erzeugt bei einer vorgegebenen Höhe und einem vorgegebenen Druck eine bestimmte Last, und die Hülse wird – wenn auf die Feder eine Straßenveränderung übertragen wird – komprimiert oder ausgedehnt, wobei die Endteile zueinander bzw. von einander weg bewegt werden, um vorhersagbar dynamische Belastungseigenschaften bereitzustellen. Eine plötzliche Bewegung eines Endes der Luftfeder erzeugt eine Vibration der elastomeren Hülse, welche von der Hülse auf die Endteile und die Fahrzeugkarosserie übertragen wird, wodurch die Fahreigenschaften des Fahrzeugs und das Federungssystem beeinflusst werden.
Es wurden verschiedene Arten von Vibrationsisolation entwickelt, um die Übertragung der Hülsenvibrationen auf die End teile und die damit verbundenen Fahrzeugkomponenten zu verringern oder zu verhindern. Bestimmte dieser Vibrationsisolatoren verwenden verschiedene Arten von elastomeren Materialien, die an dem Ende der Luftfeder, wo sie gegenüber dem Endteil abgedichtet ist, angeordnet sind, wie es zum Beispiel in den US-Patenten 4,697,797 und 6,123,325 gezeigt ist. Andere Arten verwenden Lager und elastomere Materialien an der Verbindung einer Endkappe oder der Endteile mit der tragenden Fahrzeugkarosserie, wie es zum Beispiel in dem US-Patent 5,690,319 gezeigt ist. Andere Arten von Luftfeder-Vibrationsisolationsverfahren und -vorrichtungen verwenden einen elastomeren Isolator, der derart an der Hülse angebracht ist, dass zusätzliche abgedichtete Verbindungen zwischen der Hülse und dem Vibrationsisolator erforderlich sind, wodurch ein potentieller Leckpfad hinter der Luftfeder ausgehend von der inneren Druckkammer erzeugt wird. Es ist immer wünschenswert, die Anzahl der möglichen Luftleckpfade von der internen Fluidkammer der Luftfeder zu der umgebenden Atmosphäre auf ein Minimum zu reduzieren.
Es ist somit wünschenswert, eine Luftfeder mit Vibrationsisolation bereitzustellen, welche keinen potentiellen zusätzlichen Leckpfad von der internen Fluidkammer zu der umgebenden Atmosphäre erzeugt, jedoch dennoch mit existierenden Luftfederkonstruktionen verwendbar ist, ohne die effektive Höhe und Größe der Luftfeder zu erhöhen, und welche auf relativ einfache und ökonomische Art und Weise hergestellt werden kann.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es besteht ein Bedürfnis der Technik nach einer Luftfederanordnung, welche es ermöglicht, die innerhalb erzeugten oder über die Luftfederhülse übertragenen Vibrationen dahingehend zu kontrollieren, dass sie nicht die Endteile und die Fahrzeugkarosserie erreichen, ohne die physische Größe und die Betriebseigenschaften der Luftfeder signifikant zu verändern.
Die Luftfeder der vorliegenden Erfindung verwendet einen elastomeren Vibrationsisolator, welcher auf die Luftfederhülse mit Hilfe eines festen ringförmigen Teils, das innerhalb der Fluidkammer der Luftfederhülse angeordnet ist, an einer Stelle, die von einem der Endteile beabstandet ist, geklemmt ist, wobei das ringartige Teil einen Abschnitt der Hülse sandwichartig an einem festen Außenteil festklemmt. Die Hülse wird durch diese Anordnung gestützt, wobei die Hülsenspannung und Vibrationsübertragung auf den oberen Endverschluss durch die Luftfeder verringert wird. Dieses feste Außenteil ist entweder gegenüber dem Endteil durch einen elastomeren Vibrationsisolator oder gegenüber der Hülse mit einem elastomeren Isolator isoliert, wobei jeder dieser Isolatoren die Übertragung der Hülsenvibrationen auf das Endteil dämpft.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, eine Befestigungsanordnung für einen Vibrationsisolator auf die Luftfederhülse bereitzustellen, ohne die Hülse zu durchstoßen oder zu beschädigen und ohne einen potentiellen Luftleckpfad zwischen der internen Druckkammer und der umgebenden Atmosphäre zu erzeugen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, dass der Vibrationsisolator extern von der Luftfeder angebracht und auf die Hülse geklemmt sowie zusammen mit einem festen Begrenzungszylinder verwendet werden kann, welcher sich entlang der Luftfederhülse erstreckt, um die Expansion der Hülse radial nach außen zu verringern, und welcher die Hülse vor der umgebenden Umgebung schützt.
Das feste Innenteil, welches den elastomeren Isolator in Position befestigt, kann eine nach außen gekrümmte Oberfläche aufweisen, um in der Luftfeder eine Falte auszubilden, um somit deren Bewegung zwischen komprimierten und expandierten Stellungen zu unterstützen und ein Festklemmen der Hülse zwischen den Isolatorkomponenten zu verhindern.
Die vorstehenden Vorteile, der vorstehende Aufbau und der vorstehende Betrieb der vorliegenden Erfindung wird leichter unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung und die beigefügte Zeichnung verständlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt eine Seitenansicht, wobei Abschnitte aufgebrochen und in Querschnitt dargestellt sind, und wobei eine zwischen zwei voneinander beabstandeten Komponenten angebrachte Luftfeder, welche das Vibrationsisolationsmerkmal aufweist, angebracht ist;
2 zeigt eine Ansicht ähnlich zu 1, wobei ein abgewandelter Vibrationsisolator gezeigt ist; und
3 zeigt eine Ansicht ähnlich zu 1 und 2 eines weiteren abgewandelten Vibrationsisolators.
Ähnliche Ziffern bezeichnen ähnliche Teile in sämtlichen Zeichnungen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Fahrzeug-Luftfederanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt und allgemein mit 1 bezeichnet. Die Luftfederanordnung 1 weist allgemein eine obere Endplatte 2 und eine untere Endplatte 3, wie zum Beispiel einen üblichen Kolben, auf, wobei sich eine flexible Blase oder Hülse 5 zwischen den Endteilen 2 und 3 erstreckt und mit diesen verbunden ist. Das Endteil 2 und der Kolben 3 sind an zwei voneinander beabstandeten Komponenten 7 bzw. 8 angebracht, um dazwischen eine Federung bereitzustellen. Die Teile 7 und 8 können Teile eines Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel ein Fahrzeugchassis und eine Fahrzeugachse oder jede andere Vorrichtung sein, wo zwischen zwei beabstandeten Teilen eine Federung wünschenswert ist.
Die Hülse 5 ist mit Hilfe eines üblichen Klemmrings 12 abdichtend mit einem ringförmigen Flansch 10 der Endplatte 2 und mit Hilfe eines Klemmrings 13 mit dem Kolben 3 verbunden und bildet darin eine unter Druck stehende Fluidkammer 15. Die Hülse 5 ist vorzugsweise aus einem elastomeren Material gebildet und weist darin eingebetteten gewebeverstärkenden Cord auf, um die Hülse zu verstärken und den aufgeblasenen Durchmesser der Hülse zu begrenzen, wenn die Hülse während des Betriebs der Luftfederanordnung 1 ausgedehnt und komprimiert wird. Die Hülse 5 kann durch andere Verbindungsarten abdichtend an den Endteilen 2 und 3 angebracht werden, ohne das Konzept der Erfindung zu beeinträchtigen, beispielsweise indem ein gesicktes Ende und eine gewalzte-gebördelte Konfiguration an einem oder beiden der Endteilen vorgesehen wird. Ebenso können die Endteile 2 und 3 verschiedene andere Konfi gurationen als die in 1 gezeigte Konfiguration besitzen, ohne das Konzept der Erfindung zu beeinflussen. Das Endteil 2 weist vorzugsweise verschiedene (nicht gezeigte) Öffnungen zur Anbindung an eine Fluidversorgungsleitung auf, welche mit einer entfernten Druckluftquelle verbunden ist, wobei dies alles auf dem Gebiet der Luftfedertechnologie wohlbekannt ist.
Erfindungsgemäß ist eine allgemein mit 18 bezeichnete Vibrationsisolationsanordnung wirksam zwischen der Hülse 5 und dem Endteil 2 angebracht. Die Anordnung 18 weist ein festes Außenteil 20, ein festes Innenteil 21, einen Spreizring 22, und einen elastomeren Isolator 23 auf. Das Außenteil 20 besitzt einen zylindrischen Abschnitt 25 mit einem sich am oberen Ende nach innen erstreckenden Endflansch 26, welcher durch eine beliebige Verbindungsart fest mit dem Endteil 2 verbunden ist, beispielsweise durch Schweißen, Bonden, Presssitz oder dergleichen. Das entgegengesetzte Ende des zylindrischen Abschnitts 25 endet in einem sich nach innen verjüngenden Flansch 27.
Das feste Innenteil 21 besitzt eine ringförmige Form und ist mit einem unteren zylindrischen Abschnitt 30 und einem oberen nach außen gekrümmten Abschnitt 31 ausgebildet. Wie in 1 gezeigt ist, besitzt das Innenteil 21 im Allgemeinen kreisförmige obere und untere Öffnungen 33 und 34, wobei die obere Öffnung 33 einen größeren Durchmesser als die untere Öffnung 34 aufweist. Der Spreizring 22 klemmt an einer Stelle 36 die Hülle 5 gegenüber dem Innenteil 21 fest.
Der elastomere Isolator 23 weist eine ungleichförmige Form auf und ist an die Krümmung des gekrümmten Abschnittes 31 des Innenteils 21 angepasst, um in der Hülse 5 eine sich nach au ßen erstreckende Falte 24 auszubilden. Der Isolator 23 ist auch an den zylindrischen Flanschabschnitt 25 und den verjüngten Flansch 27 des Außenteils 20 angepasst und liegt darüber hinaus an der Außenfläche des Spreizrings 22 an und ist daran angepasst.
Wie somit in 1 gezeigt ist, befindet sich der elastomere Isolator 23 in einer gesicherten festen Position benachbart zu dem festgeklemmten Hülsenbereich 36, so dass auf der Hülse 5 entstehende Vibrationen von dem Isolator 23 absorbiert werden und deren Übertragung auf den Klemmring 12 und das Endteil 2 sowie anschließend auf die Fahrzeugkomponente 7 gedämpft wird. Da das Teil 21 innerhalb der Druckkammer 15 angeordnet ist, erzeugt es darüber hinaus keinerlei potentiellen Leckpfad zu der umgebenden Atmosphäre.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Luftfeder mit einer Vibrationsisolationsanordnung ist allgemein mit 40 bezeichnet und in 2 gezeigt. Die Luftfeder 40 ist ähnlich zu der oben beschriebenen Luftfeder 1, weist jedoch eine davon abweichende daran angebrachte Vibrationsisolationsanordnung auf, die allgemein mit 41 bezeichnet ist. Die Anordnung 41 weist ein ähnliches festes Außenteil 20 auf, welches fest mit dem Endteil 2 und dem elastomeren Isolator 23 verbunden ist. Die Anordnung 41 weist zusätzlich zu dem Teil 20 einen zweiten festen Abschnitt 43 auf, welcher einen zylinderförmigen Abschnitt 45 besitzt, der sich axial entlang und außerhalb der Hülse 5 erstreckt. Der feste Abschnitt 43 endet in einem ringförmigen Klimmabschnitt 46 und einem oberen nach außen gekrümmten Abschnitt 47.
Der zylinderförmige Abschnitt 45 bildet einen begrenzenden Behälter, um die Ausdehnung der Hülse 5 radial nach außen zu begrenzen, wenn sich die Luftfeder in eine zusammengefaltete oder komprimierte Position bewegt, und schützt die Hülse vor der umgebenden Umgebung sowie vor einem Durchstechen und einer möglichen Beschädigung durch Straßengeröll und benachbarte Fahrzeugkomponenten. Das feste Außenteil 43 ist mit Hilfe eines ringförmigen festen Innenteils oder mit Hilfe eines Klemmrings 49, der innerhalb der Fluidkammer 15 angeordnet ist, an den Hülsenbereich 36 geklemmt. Das Teil 49 klemmt den Hülsenbereich 36 gegen den Klemmabschnitt 46 des Außenteils 43 und drückt den Klemmabschnitt 46 des Teils 43 gegen den elastomeren Isolator 23, wodurch er in einer festen Position zwischen dem zylinderförmigen Abschnitt 25 und dem sich verjüngenden Abschnitt 27 des Teils 20 sowie gegenüber den Abschnitten 46 und 47 des Teils 43 befestigt wird. Der Isolator 41 dämpft somit die Übertragung von Vibrationen der Hülse 5 auf das Endteil 2 und anschließend auf die Fahrzeugkomponente 7, ohne dass der Hülse 5 irgendwelche möglichen Luftleckpfade hinzugefügt werden.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Luftfeder der vorliegenden Erfindung ist allgemein mit 55 bezeichnet und in 3 gezeigt. Die Luftfeder 55 besitzt ein abgewandeltes oberes Endteil 56, welches eine Fluidzugangsöffnung 56 aufweist, in die ein Verbinder 58 zur Befestigung einer Fluidversorgungsleitung 59 darin eingesetzt ist. Die Leitung 59 kann mit einer entfernten Druckluftquelle, wie beispielsweise einem Kompressor, verbunden sein, der üblicherweise innerhalb des Fahrzeugs zum Zuführen und Abführen eines Fluids, welches üblicherweise Luft ist, in die Fluidkammer 15 und aus der Fluidkammer 15 angeordnet ist. Eine abgewandelte Vibrationsabsorptionsanordnung 60 ist zwischen dem Endteil 56 und der Hülse 5 angebracht und weist ein festes ringförmiges Außenteil 62 auf, welches einen zylinderförmigen Aufbau aufweist und in einem nach innen gekrümmten oberen Ende 63 endet. Das Außenteil 62 bildet einen begrenzenden Behälter ähnlich zu dem zylinderförmigen Abschnitt 45 des Ausführungsbeispiels 40, um die Ausdehnung der Hülse 5 nach außen zu begrenzen.
Das feste Außenteil 62 ist mit Hilfe eines elastomeren Vibrationsisolators 65, welcher im Querschnitt eine kreisförmige Form wie in 3 gezeigt aufweisen kann und innerhalb einer halbkreisförmigen Aussparung 67, die in dem Endteil 56 ausgebildet ist, eingesetzt ist, elastisch an dem Endteil 56 angebracht. Der Isolator 65 wird nach dem Einsetzen in die Anordnung mit Hilfe mechanischer Mittel oder mit Hilfe von Klebemitteln festgehalten. Ein festes Innenteil 69 klemmt den Hülsenabschnitt 36 zwischen die Außenfläche des Teils 69 und das feste Außenteil 62. Auf der Außenfläche des Teils 69 kann eine Versenkung 70 ausgebildet sein, welche innerhalb einer auf dem Außenteil 62 ausgebildeten und komplementär geformten Vertiefung 71 sitzt, um dazu beizutragen, dass das Teil 69 innerhalb der Luftkammer 15 positioniert wird und eine feste Klemmung der Hülse 5 zwischen den festen Teilen 62 und 69 beibehalten wird. Der Isolator 65 dämpft wieder die in der Hülse 5 auftretenden Vibrationen, welche ansonsten auf das Endteil 56 übertragen werden würden. Wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen 1 und 40 ist das feste Innenteil 69, welches innerhalb der Druckkammer 15 angeordnet ist, wieder axial von dem benachbarten Endteil beabstandet und klemmt einen Abschnitt der Hülse 5 gegen das ringförmige feste Außenteil, so dass der elastomere Isolator zwischen einem festen Außenteil und einem festen Endteil, mit dem er verbunden ist, positioniert ist, um die Übertragung von Hülsenvibrationen auf das Endteil zu dämpfen, wobei dies alles ohne Durchstoßen der Hülse oder Erzeugen eines anderen mögli chen Leckpfads zwischen der Hülse und der umgebenden Außenatmosphäre erzielt wird.
Aus Gründen der Knappheit, Klarheit und des Verständnisses wurden in der vorhergehenden Beschreibung bestimmte Begriffe verwendet. Daraus sollen jedoch keine unnötigen Beschränkungen, die über das hinaus gehen, was gemäß dem Stand der Technik erforderlich ist, abgeleitet werden, da derartige Begriffe zu Beschreibungszwecken verwendet werden und breit ausgelegt werden sollen.
Darüber hinaus ist die Beschreibung und Darstellung der Erfindung beispielhaft, und die Erfindung ist nicht auf die dargestellten oder beschriebenen exakten Einzelheiten beschränkt, sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche.

Claims

Luftfeder, umfassend: voneinander beabstandete erste und zweite Endteile (2, 3, 56); eine flexible Hülse (5), welche direkt an den Endteilen abdichtend angebracht ist und sich dazwischen erstreckt und eine innere Fluidkammer (15) bildet; und eine Vibrationsabsorptionsanordnung (18, 41, 60), welche wirksam mit der Hülse verbunden ist, um das erste Endteil gegenüber Hülsenvibration zu isolieren, wobei die Absorptionsanordnung ein festes ringförmiges Außenteil (20, 62), welches wirksam an dem ersten Endteil angebracht ist und sich entlang wenigstens eines Abschnitts der Hülse erstreckt, ein festes ringförmiges Innenteil (21, 49, 69), welches innerhalb der Fluidkammer angeordnet ist und von dem ersten Endteil beabstandet ist und die Hülse gegen das feste ringförmigen Außenteil zur Reduktion von Hülsenspannung und somit Vibrationsübertragung klemmt, und einen zwischen der Hülse und dem ersten Endteil angeordneten Vibrationsisolator zum Stützen der Hülse und zur Reduktion der Übertragung von Hülsenvibration auf das erste Endteil umfasst.
Luftfeder wie in Anspruch 1 definiert, wobei das feste Außenteil (20, 62) einen sich entlang der Hülse erstreckenden zylinderförmigen Behälter (45, 62) aufweist, wobei der Vibrationsisolator ein elastomeres Teil ist, mit welchem der Behälter elastisch an dem ersten Endteil angebracht ist.
Luftfeder wie in Anspruch 1 definiert, wobei der Vibrationsisolator ein ringförmiges Band (23) aus einem elastomeren Material ist, wobei das Band zwischen der Hülse und dem festen Außenteil angeordnet ist.
Luftfeder wie in Anspruch 1 definiert, wobei das feste Außenteil ein zweiteiliges Teil ist, welches ein an dem ersten Endteil angebrachtes erstes Teil (25) und ein sich entlang der Hülse erstreckendes zweites Teil (22, 43) aufweist, wobei der Vibrationsisolator (23) zwischen den ersten und zweiten Teilen angeordnet ist.
Luftfeder wie in Anspruch 1 definiert, wobei das zweite feste Teil einen unteren zylindrischen Abschnitt (45), einen mittleren ringförmigen Klemmabschnitt (46) und einen nach außen gekrümmten Abschnitt (47) aufweist, wobei das feste Innenteil die Hülse gegen den mittleren Klemmabschnitt des zweiten festen Teils klemmt.
Luftfeder wie in Anspruch 5 definiert, wobei das erste feste Teil einen zylindrischen Abschnitt (25) aufweist, welcher in einen sich nach innen erstreckenden und ein offenes Ende definierenden Flansch (27) endet, wobei der Vibrationsisolator (23) auf dem sich nach innen erstreckenden Flansch des ersten festen Teils sitzt und darauf mit Hilfe des festen ringförmigen Innenteils (21, 49) geklemmt ist.
Luftfeder wie in Anspruch 5 definiert, wobei der Vibrationsisolator (23) eine ungleichförmige Form mit einem Paar von Seitenflächen aufweist, welche zwischen dem sich nach innen erstreckenden Flansch (27) des ersten festen Teils und dem nach außen gekrümmten Abschnitt (31, 47) des zweiten festen Teils geklemmt sind.
Luftfeder wie in Anspruch 1 definiert, wobei das feste ringförmige Innenteil (21) eine ringförmige Seitenwand auf weist, welche in einem Paar von kreisförmigen offenen Enden (33, 34) mit ungleichen Durchmessern endet.
Luftfeder wie in Anspruch 8 definiert, wobei die Seitenwand im Querschnitt einen zylinderförmigen Abschnitt (30) und einen gekrümmten Abschnitt (31) aufweist, wobei die Hülse zwischen dem zylinderförmigen Abschnitt des festen Innenteils und einem äußeren Spreizring (22) geklemmt ist.
Luftfeder wie in Anspruch 9 definiert, wobei der Vibrationsisolator (23) zwischen dem Spreizring und dem festen Außenteil angeordnet ist, wobei das feste Außenteil fest an dem ersten Endteil angebracht ist.