WO2020161043A1 - Vorrichtung zur befestigung einer luftfeder mit akustischer entkopplung - Google Patents

Vorrichtung zur befestigung einer luftfeder mit akustischer entkopplung Download PDF

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Kai Marcus - c/o Continental Teves AG & Co. OHG RAUTENBERG
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Definitions

  • the invention relates to a device for fastening an air spring to a body section of a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
  • An air spring is arranged between the motor vehicle chassis or a wheel carrier and the motor vehicle body and fulfills the function of cushioning the wheel.
  • the air spring essentially consists of an air spring cover, a rolling piston and a rolling bellows clamped airtight between them, which delimits a working space under air pressure.
  • the rolling bellows is enclosed by a sleeve-shaped external guide and rolls when it is compressed, forming a roll fold on the concentric rolling piston.
  • the air spring strut is connected to the motor vehicle body via the air spring cover by means of appropriate fastening means. Usually studs or screws are used. These are gas-tight in the air spring cover
  • a shock absorber is arranged inside the air spring, which dampens the vibrations of the wheel or the motor vehicle body.
  • This shock absorber is connected, on the one hand, to the wheel carrier and, on the other hand, with its piston rod, which can be immersed in the damper tube, is fastened in the air spring cover via a damper bearing.
  • the pot-shaped ones act in particular
  • Bearing seat of the air spring cover high tensile and compressive forces. These forces are introduced into the vehicle body via the air spring cover.
  • E-mobility sets new standards for vehicle interior insulation because the Chassis noises are no longer drowned out by the engine noises and are therefore perceived as unpleasant by the vehicle occupants.
  • a previous construction which represents an acoustic decoupling including a screw connection is known, for example, from DE 102012223216 A1.
  • the fastening means for connecting the air suspension strut to the body section are pushed through the acoustic bearing.
  • This construction enables the simultaneous transmission of tensile and compressive forces, with the elastomeric material providing acoustic decoupling. This is to prevent the
  • Sound waves are guided / transmitted unhindered into the body and ultimately into the vehicle interior.
  • Air spring cover is connected to the acoustic bearing and, on the other hand, three further fastening means embedded in the acoustic bearing are provided, by means of which the acoustic bearing is in turn connected to the body section. This is actually intended to prevent a direct metallic force path between the air spring cover and the body in order to achieve structure-borne noise insulation.
  • a device for fastening an air spring to a body section of a motor vehicle at least comprising an air spring cover, the air spring cover comprising at least one fastening means by means of which the air spring is connected to a body section of the
  • Motor vehicle is connectable, wherein the fastening means for connecting the air spring is inserted through an opening in the body section and is fixed by a securing element to this force-locking, wherein a first and a second plastic part are provided for acoustic decoupling of the air spring, the first plastic part between the body section and the securing element is clamped and the second plastic part is provided positioned below the body section.
  • the fastening means for connecting the air spring is inserted through an opening in the body section and is fixed by a securing element to this force-locking, wherein a first and a second plastic part are provided for acoustic decoupling of the air spring, the first plastic part between the body section and the securing element is clamped and the second plastic part is provided positioned below the body section.
  • Air spring cover made of a thermoplastic or thermosetting plastic.
  • suitable plastic materials creates a reflection effect at the interfaces of the components in contact with the transmission of structure-borne sound waves
  • the first and the second plastic part are in the force path of the connection in such a way that the from the air spring cover to the
  • Fastening means transmitted structure-borne sound waves are inhibited in the propagation in the body section.
  • This construction reduces the effective interconnected areas of the components and ensures a spacing of the fastening means from the body section.
  • the area effective for the transmission of structure-borne sound is therefore considerably reduced by the geometric configuration of the first and second plastic parts.
  • Body section through the use of two plastic parts also leads to a considerable reduction in weight and thus also to a reduction in costs. Furthermore, there are versatile geometric design options for the construction according to the invention.
  • the second plastic part is a sleeve which is pushed onto the fastening means in such a way that the
  • Air spring cover is spatially spaced from the body section.
  • the sleeve is placed between the air spring cover and the underside of the body section and thus serves as a spacer.
  • the second plastic part is a ring which is pushed onto the fastening means and is flush with the air spring cover in such a way that the ring and the air spring cover rest against the body section.
  • the ring is embedded as a second plastic part in the air spring cover, so that both of them rest with their upper side in the surface on the lower side of the body section.
  • the second plastic part is formed from the material of the air spring cover in such a way that it
  • Fastening means surrounds a ring, so that the air spring cover on the
  • the ring is replaced by the material of the air spring cover, the material enclosing the fastening means in such a way that it is also in the axial force path of the fastening means and the securing element and ensures a spacing of the fastening means from the body section.
  • the first plastic part is a disk.
  • This disc serves as a preload element and ensures sufficient Pretensioning force to sufficiently fix the securing element with the fastening means.
  • it ensures a spatial spacing of the securing element made of metal from the body section, so that there is no direct metallic contact.
  • the window is also geometrically designed in such a way that the effective surface contact with the body section is as small as possible in order to ensure the greatest possible reflection of the structure-borne sound waves.
  • the fastening means is smaller in diameter than a through hole in the body section. So that not only in the axial direction there is direct metallic contact between the
  • the diameter of the shank of the fastening means is therefore smaller than the diameter of the through-hole through which the fastening means is pushed.
  • the first and / or the second plastic part are made from a thermoplastic.
  • a thermoplastic In order to ensure sufficient pretensioning of the first plastic part, in particular
  • thermoplastics are advantageous because they have a high creep behavior. This ensures that the preload of the
  • Fastening means does not deteriorate inadmissibly over the service life.
  • the creep modulus is an essential parameter for such plastics. This describes the stress on the plastic over time, including the mechanical tension and the time-dependent elongation. Therefore, for example, thermoplastics are used which, according to ISO 899-1, have a creep modulus (0.5% 1000h) of 700 MPa.
  • the first and / or the second plastic part are made from a thermoset.
  • Thermosetting plastics are suitable are particularly advantageous to maintain the preload, as they do not tend to creep.
  • the fastening device according to the invention can be used with a free-standing air spring, but according to a further preferred embodiment it can also be used with an air spring with an integrated shock absorber, that is to say an air suspension strut.
  • the device is used in a chassis of a motor vehicle.
  • FIG 3 shows a second exemplary connection of an air suspension strut
  • FIG. 4 shows a third exemplary connection of an air suspension strut.
  • FIG. 1 shows a known air spring strut 1 with the essential components, air spring 2 and shock absorber 3, air spring 2 comprising an air spring cover 4, a rolling piston 5 and a rolling bellows 6 with an outer guide 7 enclosing it in the form of a sleeve.
  • Shock absorber 3 is provided within air spring 2, shock absorber 3 comprising a damper tube 14, a piston rod 15 which can be immersed in this, and a damper bearing 11.
  • Air suspension strut 1 fulfills two functional areas, on the one hand air spring 2 fulfills the load bearing force generation, while shock absorber 3 is responsible for the linear guide. Via fastening means on the air spring cover 4, air spring strut 1 can be fastened on the one hand to a motor vehicle body and on the other hand to a wheel carrier of the motor vehicle chassis via a shock absorber eye (not shown), whereby the motor vehicle is sprung and damped.
  • This regular installation position of an air suspension strut determines the "top / bottom" orientation.
  • Air spring 2 comprises rolling bellows 6 made of elastomeric material, rolling bellows 6 with air spring cover 4 and rolling piston 5 delimiting an airtight volume-elastic working space 10 that can be filled with compressed air.
  • the tubular rolling bellows 6 is fastened with its first end on the air spring cover 4 and with its second end on the rolling piston 5 via clamping rings 18 on the connection areas of these air spring add-on parts.
  • the rolling bellows 6 rolls on the concentric rolling surface of the rolling piston 5, forming a roll fold 8. Furthermore, the roll bellows 6 forms a cardanic fold 9 on the air spring cover 4, which acts as a cardanic bearing. At the same time, the rolling bellows 6 is provided with embedded reinforcements.
  • external guides 7 are used in order to limit the lateral expansion of the rolling bellows 6.
  • the outer guide 7 is clamped on the rolling bellows 6 by an inner clamping ring 12 provided in the working space 10.
  • a bellows 19 is provided, which is attached, for example, to the end region of the outer guide 7 on the wheel carrier side and to the damper tube 14.
  • an additional spring 16 is arranged facing the shock absorber. Additional spring 16 has a through hole for piston rod 15 and therefore surrounds it. During the compression, the end face of the damper tube 14 moves towards the air spring cover 4, which is why the additional spring 16 serves as a travel limit and dampens any forces acting on the air spring cover 4.
  • the damper tube 14 of the shock absorber 3 is provided within the rolling piston 5 or is at least partially surrounded by the hollow cylinder-shaped rolling piston 5, wherein the rolling piston 5 can be fastened standing on the damper tube via a support ring 17 or suspended via a bearing element 13 on the end face of the damper tube 14.
  • a combination of standing and hanging rolling piston 5 is also possible, as can be seen in the figure. It is also known to produce rolling pistons 5 from a light metal such as aluminum or a fiber-reinforced plastic.
  • a sealing system 20 for example made of elastomeric sealing rings, is provided between its end region facing the wheel carrier and the opposite outer wall of the damper tube 14. This serves to seal off the working space 10 of the air spring 2, which can be expanded inside the rolling piston, from the outside.
  • FIG. 2 shows a first example connection of a section in detail
  • a fastening means 22 is at least partially embedded in its air spring cover 4. This is representative of a large number of fastening means by means of which the air spring cover 4 is fastened to the body section 21.
  • three fasteners are distributed in the circumferential direction
  • Air spring cover 4 provided. Fastening means 22 is designed in the manner of a screw bolt which is enclosed in air spring cover 4.
  • the air spring cover 4 is preferably made of
  • a part of the fastening means 22 is provided with an external thread and protrudes from the air spring cover 4. This shaft is inserted through a corresponding through-hole in the body section 21.
  • Securing element 23 in the form of a nut, fixed.
  • Securing element 23 is equipped with an internal thread and is braced with fastening means 22 in such a way that air spring cover 4 is securely attached to
  • Body section 21 is attached. Other fastening concepts are also possible.
  • an acoustic decoupling in the form of two plastic parts is provided according to the example.
  • a first plastic part 23, in the form of a disc, is between the
  • the second plastic part 24 rests on the underside of the body section 21 and serves as a spacer. It is important to ensure that the bottom of the second plastic part 24 rests on the annular surface of the fastening means 22 in order to be effective.
  • the annular surface of the fastening means 22 ends flush with the top of the air spring cover 4.
  • Fastening means 22 and body section 21 are metallic elements. These should be due to their almost identical material properties from each other be provided separately to prevent the uninhibited transmission of
  • Body section 21 should not be in direct metallic contact.
  • the shaft of the fastening means 22 has a smaller diameter for this purpose than that provided for this means
  • the two plastic parts 23, 24 are provided so that the structure-borne sound waves, which are conducted from the air spring cover 4 into the fastening means 22, do not pass directly into the body section 21.
  • the structure-borne sound waves are largely reflected and thus also absorbed during the transition into the body section 21 thanks to the two plastic parts 23, 24.
  • the two plastic parts 23, 24 ensure an acoustic decoupling of the connection of the air suspension strut to the body section 21, while the fastening means 22 absorbs the tensile and compressive forces.
  • plastics with a high creep behavior that is to say a high creep module, come into consideration.
  • thermoplastics which are optimized in their creep behavior, for example by radiation crosslinking, or thermosetting plastics, which are also suitable
  • FIG. 3 shows a partial section of a second exemplary connection of an air suspension strut, in which the second plastic part is designed in the form of a ring 25.
  • the function and mode of action of this second exemplary embodiment are identical to the first exemplary embodiment in FIG.
  • a ring 25 is pushed as a second plastic part over the shaft of the fastening means 21 so that it acts as a buffer.
  • the ring 25 is embedded in the air spring cover 4 in such a way that the top of the ring 25 is flush with the top of the air spring cover 4 and the bottom of the ring 25 rests on the annular surface of the fastening means 22. I.e. the top of the ring 25 and the top of the air spring cover 4 jointly rest against the underside of the body section when the air spring strut is connected.
  • the second plastic part 25 provides a metallic decoupling of the
  • Fastening means 22 to body section 21 because it is in the axial force path from the annular surface of the fastening means 22 and the underside of the
  • Body section 21 is without fastening means 22 being in direct contact with body section 21.
  • the second plastic part 25 has a special assembly.
  • the fastening means 22 comprises an undercut towards its annular surface, so that the inner wall of the second plastic part 25 is at least only partially in contact with the shaft of the fastening means 22.
  • the outside diameter of the second plastic part 25 is smaller than the diameter of the corresponding recess in the air spring cover 4.
  • the outer wall of the second plastic part 25 does not lie in the radial direction with the material of the
  • the second plastic part is dispensed with.
  • the shaft of the fastening means 22 is surrounded by the material of the air spring cover 4 in the region of the undercut in such a way that this is as Spacer between fastening means 22 and body section 21 is effective.
  • a thermoplastic or a duroplastic is used as the material for the air spring cover 4.
  • the structural design also effects acoustic decoupling, since the air spring cover made of plastic material acts as the second plastic part and rests with its upper side on the underside of the body section 21. This also causes an acoustic decoupling of the fastening means 22 from the body section 21.

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Abstract

Vorrichtung zur Befestigung einer Luftfeder (2) an einem Karosserieabschnitt (21) eines Kraftfahrzeugs zumindest umfassend einen Luftfederdeckel (4), wobei der Luftfederdeckel (4) zumindest ein Befestigungsmittel (22) umfasst, mittels welchem die Luftfeder (2) mit dem Karosserieabschnitt (21) des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, wobei das Befestigungsmittel (22) zur Anbindung der Luftfeder (2) durch eine Öffnung des Karosserieabschnitts (21) gesteckt ist und durch ein Sicherungselement (26) an diesem kraftschlüssig fixiert ist, wobei zur akustischen Entkopplung der Luftfeder (2) ein erstes und ein zweites Kunststoffteil (23; 4, 24, 25) vorgesehen sind, wobei das erste Kunststoffteil (23) zwischen dem Karosserieabschnitt (21) und dem Sicherungselement (26) eingespannt ist und das zweite Kunststoffteil (4, 24, 25) unterhalb des Karosserieabschnitts (21) positioniert vorgesehen ist.

Description

Vorrichtung zur Befestigung einer Luftfeder mit akustischer Entkopplung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung einer Luftfeder an einem Karosserieabschnitt eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine Luftfeder wird zwischen dem Kraftfahrzeugfahrwerk bzw. einem Radträger und der Kraftfahrzeugkarosserie angeordnet und erfüllt dabei die Funktion das Rad abzufedern. Die Luftfeder besteht im Wesentlichen aus einem Luftfederdeckel, einem Abrollkolben und einem dazwischen luftdicht eingespannten Rollbalg, wodurch ein unter Luftdruck stehender Arbeitsraum begrenzt wird. Der Rollbalg wird von einer hülsenförmigen Außenführung umschlossen und rollt beim Einfedern unter Ausbildung einer Rollfalte am konzentrischen Abrollkolben ab. Über den Luftfederdeckel wird das Luftfederbein mittels entsprechender Befestigungsmittel mit der Kraftfahrzeugkarosserie verbunden. Üblicherweise werden Stehbolzen oder Schrauben verwendet. Diese sind hierbei gasdicht im Luftfederdeckel
eingelassen/eingebracht werden anschließend mittels Muttern verschraubt.
Als ein Luftfederbein ist innerhalb der Luftfeder ein Stoßdämpfer angeordnet, welcher die Schwingungen des Rades bzw. der Kraftfahrzeugkarosserie dämpft. Dieser Stoßdämpfer ist einerseits mit dem Radträger verbunden und andererseits mit seiner in das Dämpferrohr eintauchbaren Kolbenstange über ein Dämpferlager in dem Luftfederdeckel lagernd befestigt. Besonders im dynamischen Betrieb des Luftfederbeins wirken insbesondere auf die topfförmig ausgestaltete
Lageraufnahme des Luftfederdeckels hohe Zug- und Drückkräfte. Diese Kräfte werden über den Luftfederdeckel in die Kraftfahrzeugkarosserie eingeleitet.
In der Regel liegt der Luftfederdeckel direkt mit seiner Oberseite an der Karosserie an. Aufgrund des Fahrwerkbetriebs werden Körperschwallwellen in die Karosserie eingeleitet, welche eine unangenehme Geräuschquelle darstellen. Die Anforderung an die akustische Entkopplung von Fahrwerksgeräuschen in das Fahrzeuginnere werden zu nehmend höher. Insbesondere der Entwicklungsfortschritt zur
E-Mobilität setzt neue Maßstäbe an die Fahrzeuginnenraumdämmung, da die Fahrwerksgeräusche nicht mehr von den Motorgeräuschen übertönt werden und somit von den Fahrzeuginsassen als unangenehm empfunden werden.
Eine bisherige Konstruktion, welche eine akustische Abkopplung inklusive einer Verschraubung darstellt, ist bspw. aus der DE 102012223216 A1 bekannt. Darin wird ein Akustiklager beschrieben, welches aus mehreren Scheiben aufgebaut ist und zwischen dem Luftfederdeckel und dem Karosserieabschnitt angeordnet wird. Dabei werden feste Scheiben aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff verwendet, wobei zwischen den festen Scheiben zumindest eine Schicht aus elastomeren Material, bspw. aus Polyurethan, angeordnet ist. Die Befestigungsmittel zur Anbindung des Luftfederbeins an den Karosserieabschnitt werden durch das Akustiklager hindurchgesteckt. Diese Konstruktion ermöglicht die gleichzeitige Übertragung von Zug- und Druckkräften, wobei durch das elastomere Material eine akustische Entkopplung erfolgt. Dadurch soll verhindert werden, dass die
Schallwellen ungehindert in die Karosserie und letztendlich in das Fahrzeuginnere geleitet/transmittiert werden.
Die vom Luftfederdeckel auf den Karosserieabschnitt übertragenen Schallwellen werden durch das Elastomerelement gehemmt. Allerdings ist die Verschraubung dieses Akustiklagers aufwendig und in der Montage umständlich. Zum einen sind im Luftfederdeckel drei Befestigungsmittel vorgesehen, mittels welchen der
Luftfederdeckel mit dem Akustiklager verbunden ist und zum anderen sind drei weitere im Akustiklager eingelassene Befestigungsmittel vorgesehen, mittels welchen das Akustiklager wiederum mit dem Karosserieabschnitt verbunden ist. Damit soll eigentlich direkter metallischer Kraftpfad zwischen Luftfederdeckel und Karosserie verhindert werden, um eine Körperschalldämmung zu erwirken.
Allerdings verbleibt durch die Verschraubung eines Schraubenbolzens mit der inneren festen Scheibe des Akustiklagers und dem Karosserieabschnitt ein direkter metallischer Kontakt bestehen.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung bei der Befestigung einer Luftfeder an einen Abschnitt einer Kraftfahrzeugkarosserie die akustische Entkopplung zu verbessern. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Befestigung einer Luftfeder an einem Karosserieabschnitt eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, zumindest umfassend einen Luftfederdeckel, wobei der Luftfederdeckel zumindest ein Befestigungsmittel umfasst, mittels welchem die Luftfeder mit einem Karosserieabschnitt des
Kraftfahrzeugs verbindbar ist, wobei das Befestigungsmittel zur Anbindung der Luftfeder durch eine Öffnung des Karosserieabschnitts gesteckt ist und durch ein Sicherungselement an diesem kraftschlüssig fixiert ist, wobei zur akustischen Entkopplung der Luftfeder ein erstes und ein zweites Kunststoffteil vorgesehen sind, wobei das erste Kunststoffteil zwischen dem Karosserieabschnitt und dem Sicherungselement eingespannt ist und das zweite Kunststoffteil unterhalb des Karosserieabschnitts positioniert vorgesehen ist. Vorzugsweise ist der
Luftfederdeckel aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff gefertigt.
Um einen direkten metallischen Kontakt bei der Anbindung des Luftfederdeckels an den Karosserieabschnitt zu verhindern, wird durch den erfindungsgemäßen Einsatz geeigneter Kunststoffmaterialien bei der Transmission von Körperschallwellen ein Reflexionseffekt an den Grenzflächen der in Kontakt stehenden Bauteile
ausgenutzt. Das erste und das zweite Kunststoffteil, stehen dabei derart in dem Kraftpfad der Anbindung, dass die von dem Luftfederdeckel auf das
Befestigungsmittel übertragenen Körperschallwellen bei der Ausbreitung in den Karosserieabschnitt gehemmt werden. Dabei verringert diese Konstruktion die wirksamen in Verbindung stehenden Flächen der Bauteile und sorgt für eine Beabstandung des Befestigungsmittels zu dem Karosserieabschnitt. Die für die Körperschallübertragung wirksame Fläche wird also durch die geometrische Ausgestaltung des ersten und zweiten Kunststoffteils erheblich verringert.
Zuzüglich wirken die unterschiedlichen Materialeigenschaften von Kunststoff gegenüber Metall schallreduzierend. Die Lösung der mechanischen Entkopplung von Befestigungsmittel und
Karosserieabschnitt durch den Einsatz zweier Kunststoffteile, führt zudem zu einer erheblichen Gewichtsreduzierung und damit auch zu einer Kostenreduzierung. Des Weiteren bestehen vielseitige geometrische Gestaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Konstruktion.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Kunststoffteil eine Hülse, welche derart auf das Befestigungsmittel aufgeschoben ist, dass der
Luftfederdeckel von dem Karosserieabschnitt räumlich beabstandet ist. Die Hülse wird zwischen dem Luftfederdeckel und der Unterseite des Karosserieabschnitts platziert und dient dadurch als Abstandshalter.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Kunststoffteil ein Ring, welcher derart auf das Befestigungsmittel aufgeschoben ist und bündig mit dem Luftfederdeckel abschließt, dass der Ring und der Luftfederdeckel an dem Karosserieabschnitt anliegen. In dieser Ausgestaltung wird der Ring als zweites Kunststoffteil in den Luftfederdeckel eingebettet, sodass beide mit ihrer Oberseite in der Fläche an der Unterseite des Karosserieabschnitts anliegen. Diese Lösung erhöht den axialen Bauraumbedarf nicht und sorgt ebenfalls für eine akustische Entkopplung. Dabei ist es wichtig, dass der Ring im axialen Kraftpfad von
Befestigungsmittel und Sicherungselement liegt.
Nach einer weiteren alternativen Ausführungsform ist das zweite Kunststoffteil derart aus dem Material des Luftfederdeckels geformt, dass dieses das
Befestigungsmittel ringförmig umgibt, sodass der Luftfederdeckel an dem
Karosserieabschnitt anliegt. In dieser Ausgestaltung wird der Ring durch das Material des Luftfederdeckels ersetzt, wobei das Material das Befestigungsmittel derart umschließet, dass es ebenfalls im axialen Kraftpfad von Befestigungsmittel und Sicherungselement liegt und für eine Beabstandung des Befestigungsmittels zu dem Karosserieabschnitt sorgt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erste Kunststoffteil eine Scheibe. Diese Scheibe dient als Vorspannelement und sorgt für eine ausreichende Vorspannkraft, um das Sicherungselement mit dem Befestigungsmittel ausreichend zu fixieren. Zudem sorgt es für eine räumliche Beabstandung des aus Metall gefertigtem Sicherungselement von dem Karosserieabschnitt, sodass kein direkter metallischer Kontakt vorliegt. Die Scheibe ist ebenfalls derart geometrisch ausgestaltet, dass der wirksame Flächenkontakt zu dem Karosserieabschnitt möglichst klein ist, um für eine größtmögliche Reflexion der Körperschallwellen zu sorgen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Befestigungsmittel im Durchmesser kleiner als eine Durchgangsbohrung des Karosserieabschnitts. Damit nicht nur in axialer Richtung ein direkter metallischer Kontakt zwischen dem
Befestigungsmittel und dem Karosserieabschnitt vermieden wird, sondern auch in radialer Richtung, ist darauf zu achten, dass das Befestigungsmittel nicht am Karosserieabschnitt anliegt. Daher ist der Schaft des Befestigungsmittels im Durchmesser kleiner dimensioniert, als der Durchmesser der Durchgangsbohrung durch welche das Befestigungsmittel geschoben wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das erste und/oder das zweite Kunststoffteil aus einem Thermoplast gefertigt. Um für eine ausreichende Vorspannung des ersten Kunststoffteils zu sorgen, sind insbesondere
strahlenvernetzte Thermoplasten vorteilhaft, da diese ein hohes Kriechverhalten aufweisen. Dadurch wird gewährleistet, dass die Vorspannung des
Befestigungsmittels über die Lebensdauer nicht unzulässig nachlässt.
Bei solchen Kunststoffen ist das Kriechmodul eine wesentliche Kenngröße. Dieses beschreibt die zeitliche Belastung des Kunststoffes unter Einbeziehung der mechanischen Spannung und der sich zeitabhängig einstellenden Dehnung. Daher werden beispielsgemäß thermoplastische Kunststoffe, welche gemäß ISO 899-1 ein Kriechmodul (0,5% 1000h) von 700 MPa aufweisen, verwendet.
Als alternative bevorzugte Ausführungsform sind das erste und/oder das zweite Kunststoffteil aus einem Duroplast gefertigt. Duroplastische Kunststoffen eignen sich besonders vorteilhaft um die Vorspannung zu erhalten, da diese nicht zum Kriechen neigen.
Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung kann bei einer freistehenden Luftfeder zum Einsatz kommen, aber auch nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bei einer Luftfeder mit einem integrierten Stoßdämpfer, also einem Luftfederbein, eingesetzt werden.
Verwendung findet die Vorrichtung in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Figuren.
Es zeigen
Fig. 1 ein Luftfederbein gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine erste beispielsgemäße Anbindung eines Luftfederbeins,
Fig. 3 eine zweite beispielsgemäße Anbindung eines Luftfederbeins, und
Fig. 4 eine dritte beispielsgemäße Anbindung eines Luftfederbeins.
Die Figur 1 zeigt ein bekanntes Luftfederbein 1 mit den wesentlichen Bauteilen, Luftfeder 2 und Stoßdämpfer 3, wobei Luftfeder 2 einen Luftfederdeckel 4, einen Abrollkolben 5 und einen Rollbalg 6 mit einer diesen hülsenförmig umschließenden Außenführung 7 umfasst. Innerhalb Luftfeder 2 ist Stoßdämpfer 3 vorgesehen, wobei Stoßdämpfer 3 ein Dämpferrohr 14, eine in diesen eintauchbare Kolbenstange 15 und ein Dämpferlager 1 1 umfasst.
Luftfederbein 1 erfüllt zwei Funktionsbereiche, zu einem erfüllt Luftfeder 2 die Tragkrafterzeugung, während Stoßdämpfer 3 für die Linearführung zuständig ist. Über Befestigungsmittel am Luftfederdeckel 4 kann Luftfederbein 1 einerseits an einer Kraftfahrzeugkarosserie und andererseits über ein nicht dargestelltes Stoßdämpferauge an einem Radträger des Kraftfahrzeugfahrwerks befestigt werden, wodurch das Kraftfahrzeug gefedert und gedämpft wird.
Diese reguläre Einbaulage eines Luftfederbeins bestimmt die Orientierung „oben/unten“.
Luftfeder 2 umfasst Rollbalg 6 aus elastomerem Material, wobei Rollbalg 6 mit Luftfederdeckel 4 und Abrollkolben 5 einen luftdichten und mit Druckluft befüllbaren volumenelastischen Arbeitsraum 10 begrenzt. Der schlauchförmige Rollbalg 6 ist mit seinem ersten Ende am Luftfederdeckel 4 und mit seinem zweiten Ende am Abrollkolben 5 über Klemmringe 18 an den Anschlussbereichen dieser Luftfederanbauteile befestigt.
Bei Relativbewegungen entlang der Längsachse L des Luftfederbeins 1 zwischen Luftfederdeckel 4 und Abrollkolben 5 rollt Rollbalg 6 unter Ausbildung einer Rollfalte 8 auf der konzentrischen Abrollfläche des Abrollkolbens 5 ab. Weiterhin bildet Rollbalg 6 eine Kardanikfalte 9 am Luftfederdeckel 4 aus, welche als kardanisches Lager wirksam ist. Zugleich ist Rollbalg 6 mit eingebetteten Festigkeitsträgern versehen.
Insbesondere bei den komfortablen Axialbälgen, also mit in axialer Richtung ausgerichteten Festigkeitsträgern, werden Außenführungen 7 verwendet, um die seitliche Ausdehnung des Rollbalgs 6 zu begrenzen. Dabei ist Außenführung 7 durch einen im Arbeitsraum 10 vorgesehenen Innenspannring 12 am Rollbalg 6 verklemmt werden.
Zum Schutz vor Verschmutzung der Rollfalte 8 ist ein Faltenbalg 19 vorgesehen, welcher bspw. an dem radträgerseitigen Endbereich der Außenführung 7 und am Dämpferrohr 14 befestigt wird. An der Unterseite des Luftfederdeckels 4 anliegend ist zum Stoßdämpfer gewandt eine Zusatzfeder 16 angeordnet. Zusatzfeder 16 weist eine Durchgangsbohrung für Kolbenstange 15 auf und umschließt diese daher. Beim Einfedern bewegt sich die Stirnseite des Dämpferrohres 14 auf Luftfederdeckel 4 zu, weshalb Zusatzfeder 16 als Wegbegrenzung dient und mögliche auf Luftfederdeckel 4 einwirkende Kräfte abdämpft.
Dämpferrohr 14 des Stoßdämpfers 3 ist innerhalb des Abrollkolbens 5 vorgesehen bzw. ist vom hohlzylinderförmigen Abrollkolben 5 zumindest bereichsweise umgeben, wobei Abrollkolben 5 über ein Stützring 17 stehend auf dem Dämpferrohr oder über ein Lagerelement 13 auf der Stirnseite des Dämpferrohrs 14 hängend befestigt sein kann. Eine Kombination aus stehendem und hängendem Abrollkolben 5 ist wie in der Figur ersichtlich ebenfalls möglich. Es ist zudem bekannt Abrollkolben 5 aus einem Leichtmetall wie Aluminium oder einem faserverstärkten Kunststoff herzustellen.
Bei einem stehenden Abrollkolben 5 ist zwischen seinem dem Radträger zugewandten Endbereich und der gegenüberliegenden Außenwandung des Dämpferrohres 14 ein Dichtsystem 20 vorgesehen, bspw. aus elastomeren Dichtringen. Dies dient dazu den innerhalb des Abrollkolbens erweiterbaren Arbeitsraum 10 der Luftfeder 2 nach außen abzudichten.
Anhand der nachfolgenden Figuren wird die beispielsgemäße Befestigung eines Luftfederbeins an einen Karosserieabschnitt beschrieben.
Figur 2 zeigt im Ausschnitt eine erste beispielsgemäße Anbindung eines
Luftfederbeins mit seinem Luftfederdeckel 4 an einem Karosserieabschnitt 21 . In seinem Luftfederdeckel 4 ist ein Befestigungsmittel 22 zumindest teilweise eingelassen. Dieses steht stellvertretend für eine Vielzahl an Befestigungsmitteln, mittels welchen Luftfederdeckel 4 an Karosserieabschnitt 21 befestigt wird.
Vorzugweise sind drei Befestigungsmittel in Umfangsrichtung verteilt am
Luftfederdeckel 4 vorgesehen. Befestigungsmittel 22 ist in der Art eines Schraubbolzen ausgeführt, welcher in Luftfederdeckel 4 eingefasst ist. Vorzugweise ist Luftfederdeckel 4 aus
Kunststoffmaterial gefertigt. Ein Teil des Befestigungsmittels 22 ist mit einem Außengewinde versehen und ragt aus Luftfederdeckel 4 heraus. Dieser Schaft wird durch eine entsprechende Durchgangsbohrung des Karosserieabschnitts 21 hindurchgesteckt. Zur kraftschlüssigen Anbindung des Luftfederbeins wird
Befestigungsmittel 22 oberseitig des Karosserieabschnitts 21 mit einem
Sicherungselement 23, in Ausgestaltung einer Mutter, fixiert. Das
Sicherungselement 23 ist mit einem Innengewinde ausgestattet und wird mit dem Befestigungsmittel 22 derart verspannt, dass Luftfederdeckel 4 sicher am
Karosserieabschnitt 21 befestigt ist. Andere Befestigungskonzepte sind ebenfalls möglich.
Um eine direkte Übertragung von Körperschall in die Kraftfahrzeugkarosserie zu verhindern, ist beispielsgemäß eine akustische Entkopplung in Form zweier Kunststoffteile vorgesehen.
Ein erstes Kunststoffteil 23, in Form einer Scheibe, wird zwischen dem
Sicherungselement 26 und dem Karosserieabschnitt 21 platziert. Beim Anziehen des Sicherungselements 26 wird Kunststoffteil 23 verspannt und bewirkt eine Spannkraft zur Fixierung des Befestigungsmittels 22.
Ein zweites Kunststoffteil 24, in Form einer Hülse, wird vorab über den Schaft des Befestigungsmittel 22 geschoben und somit zwischen Luftfederdeckel 4 und Karosserieabschnitt 21 platziert. Zweites Kunststoffteil 24 liegt an der Unterseite des Karosserieabschnitts 21 an und dient als Abstandshalter. Dabei ist darauf zu achten, dass das zweite Kunststoffteil 24 mit seiner Unterseite auf der Ringfläche des Befestigungsmittel 22 aufliegt, um wirksam zu sein. In dieser Ausgestaltung schließt die Ringfläche des Befestigungsmittel 22 bündig mit der Oberseite des Luftfederdeckels 4 ab.
Befestigungsmittel 22 und Karosserieabschnitt 21 sind metallische Elemente. Diese sollten aufgrund ihrer nahezu identischen Materialeigenschaften voneinander getrennt vorgesehen werden, um das ungehemmte Transmittieren von
Körperschallwellen zu verhindern. D.h. Befestigungsmittel 22 und
Karosserieabschnitt 21 sollten in keinem direkten metallischen Kontakt stehen. Wie es der Figur 2 zu entnehmen ist, weist der Schaft des Befestigungsmittels 22 hierzu einen kleineren Durchmesser auf, als die für dieses Mittel vorgesehene
Durchgangsbohrung des Karosserieabschnitts 21 .
Damit die Körperschallwellen, welche von Luftfederdeckel 4 in Befestigungsmittel 22 geleitet werden, nicht direkt in Karosserieabschnitt 21 übergehen, sind die beiden Kunststoffteile 23, 24 vorgesehen. Die Körperschallwellen werden beim Übergang in den Karosserieabschnitt 21 dank der beiden Kunststoffteile 23, 24 zu größten Teilen reflektiert und damit auch absorbiert. Es findet keine direkte metallische Übertragung von Körperschall in die Kraftfahrzeugkarosserie statt, sondern die Körperschallübertragung wird durch die Kunststoffteile 23, 24 effektiv vermindert.
Beispielsgemäß sorgen also die beiden Kunststoffteile 23, 24 für eine akustische Entkopplung der Anbindung des Luftfederbeins an den Karosserieabschnitt 21 , während das Befestigungsmittel 22 für die Aufnahme der Zug- und Druckkräfte sorgt.
Als Materialen für die Kunststoffteile 23, 24 kommen Kunststoffe mit einem hohen Kriechverhalten, also einem hohen Kriechmodul, in Betracht. Dies sind
Thermoplasten, welche bspw. durch Strahlenvernetzung in ihrem Kriechverhalten optimiert sind, oder auch Duroplasten, welche ebenfalls ein geeignetes
Kriechverhalten aufweisen.
Um sicherzustellen, dass die Fixierung des Befestigungsmittel 22 durch
Sicherungselement 23 dauerhaft und unter Last sichergestellt ist, muss die Fixierung mit einer definierten Vorspannung erfolgen. Hierbei verteilt sich die elastische Verformung auf das erste und das zweite Kunststoffteil 23, 24 in Abhängigkeit von deren Fläche und Steifigkeit. Die Figur 3 zeigt im teilweisen Ausschnitt eine zweite beispielsgemäße Anbindung eines Luftfederbeins, bei welcher das zweite Kunststoffteil in Form eines Rings 25 ausgestaltet ist. Funktion und Wirkweise dieses zweiten Ausführungsbeispiels sind mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Figur 2 identisch.
Anstatt eine Hülse unterhalb des Karosserieabschnitts 21 zu positionierten, wird ein Ring 25 als zweites Kunststoffteil über den Schaft des Befestigungsmittel 21 geschoben, sodass dieser als Puffer wirksam ist. Dabei ist Ring 25 derart in dem Luftfederdeckel 4 eingebettet, dass die Oberseite des Rings 25 bündig mit der Oberseite des Luftfederdeckels 4 abschließt und die Unterseite des Rings 25 liegt auf der Ringfläche des Befestigungsmittel 22 auf. D.h. die Oberseite des Rings 25 und die Oberseite des Luftfederdeckels 4 liegen im angebundenen Zustand des Luftfederbeins gemeinsam an der Unterseite des Karosserieabschnitts an.
Zudem stellt zweites Kunststoffteil 25 eine metallische Entkopplung des
Befestigungsmittel 22 zu Karosserieabschnitt 21 dar, weil es im axialen Kraftpfad von der Ringfläche des Befestigungsmittel 22 und der Unterseite des
Karosserieabschnitts 21 liegt, ohne dass Befestigungsmittel 22 direkt in Kontakt zu Karosserieabschnitt 21 steht.
Um die Wirkweise der akustischen Entkopplung mittels zweier Kunststoffteile zu bewirken, weist zweites Kunststoffteil 25 eine spezielle Konfektion auf. Zunächst umfasst Befestigungsmittel 22 einen Freistich hin zu seiner Ringfläche, sodass die Innenwandung des zweiten Kunststoffteils 25 zumindest nur teilweise am Schaft des Befestigungsmittel 22 anliegt. Des Weiteren ist der Außendurchmesser des zweiten Kunststoffteils 25 kleiner, als der Durchmesser der entsprechenden Aussparung im Luftfederdeckel 4. D.h. die Die Außenwandung des zweiten Kunststoffteils 25 liegt in radialer Richtung nicht mit dem Material des
Luftfederdeckels 4 an.
In dem dritten Ausführungsbeispiel der Figur 4 wird auf das zweite Kunststoffteil verzichtet. Der Schaft des Befestigungsmittel 22 wird im Bereich des Freistichs derart von dem Material des Luftfederdeckels 4 umgeben, dass dieses als Abstandshalter zwischen Befestigungsmittel 22 und Karosserieabschnitt 21 wirksam ist. Hierbei wird als Material für Luftfederdeckel 4 ein Thermoplast oder ein Duroplast verwendet. Die konstruktive Ausgestaltung bewirkt ebenfalls eine akustische Entkopplung, da der aus Kunststoffmaterial gefertigte Luftfederdeckel als das zweite Kunststoffteil wirksam ist und mit seiner Oberseite an der Unterseite des Karosserieabschnitts 21 anliegt. Dadurch wird ebenfalls eine akustische Entkopplung des Befestigungsmittel 22 vom Karosserieabschnitt 21 bewirkt.
Folglich sind Funktion und Wirkweise dieses dritten Ausführungsbeispiels ebenfalls mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Figur 2 identisch.
Bezugszeichenliste
1 Luftfederbein
2 Luftfeder
3 Stoßdämpfer
4 Luftfederdeckel
5 Abrollkolben
6 Rollbalg
7 Außenführung
8 Rollfalte
9 Kardanikfalte
10 Arbeitsraum
11 Dämpferlager
12 Innenspannring
13 Lagerelement
14 Dämpferrohr
15 Kolbenstange
16 Zusatzfeder
17 Stützring
18 Klemmring
19 Faltenbalg
20 Dichtsystem
21 Karosserieabschnitt
22 Befestigungsmittel
23 Scheibe
24 Hülse
25 Ring
26 Sicherungselement
L Längsachse

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Befestigung einer Luftfeder (2) an einem Karosserieabschnitt (21 ) eines Kraftfahrzeugs zumindest umfassend einen Luftfederdeckel (4), wobei der Luftfederdeckel (4) zumindest ein Befestigungsmittel (22) umfasst, mittels welchem die Luftfeder (2) mit dem Karosserieabschnitt (21 ) des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, wobei das Befestigungsmittel (22) zur
Anbindung der Luftfeder (2) durch eine Öffnung des Karosserieabschnitts (21 ) gesteckt ist und durch ein Sicherungselement (26) an diesem kraftschlüssig fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur akustischen Entkopplung der Luftfeder (2) ein erstes und ein zweites Kunststoffteil (23; 4, 24, 25) vorgesehen sind, wobei das erste Kunststoffteil (23) zwischen dem
Karosserieabschnitt (21 ) und dem Sicherungselement (26) eingespannt ist und das zweite Kunststoffteil (4, 24, 25) unterhalb des Karosserieabschnitts (21 ) positioniert vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kunststoffteil eine Hülse (24) ist, welche derart auf das Befestigungsmittel (22) aufgeschoben ist, dass der Luftfederdeckel (4) von dem Karosserieabschnitt (21 ) räumlich beabstandet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kunststoffteil ein Ring (25) ist, welcher derart auf das Befestigungsmittel (22) aufgeschoben ist und bündig mit dem Luftfederdeckel (4) abschließt, dass der Ring (25) und der Luftfederdeckel (4) an dem Karosserieabschnitt (21 ) anliegen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kunststoffteil derart aus dem Material des Luftfederdeckels (4) geformt ist, dass dieses das Befestigungsmittel (22) ringförmig umgibt, sodass der Luftfederdeckel (4) an dem Karosserieabschnitt (21 ) anliegt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffteil (23) eine Scheibe ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (22) im Schaftdurchmesser kleiner ist als eine Durchgangsbohrung des Karosserieabschnitts (21 ).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Kunststoffteil (23; 4, 24, 25) aus einem Thermoplast gefertigt sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Kunststoffteil (23; 4, 24, 25) aus einem
Duroplast gefertigt sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder (1 ) einen integrierten Stoßdämpfer (3) umfasst.
10. Kraftfahrzeug umfassend ein Fahrwerk mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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