DE10050067A1

DE10050067A1 - Schichtfeder

Info

Publication number: DE10050067A1
Application number: DE2000150067
Authority: DE
Inventors: Juergen Reitz; Manfred Taedcke
Original assignee: Trelleborg Automotive Technical Centre GmbH
Current assignee: Trelleborg Automotive Germany GmbH
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2020-10-11
Also published as: DE10050067C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schichtfeder, mit einem Flansch (10) und einer Buchse (20), sowie einem Federelement (30) zur elastischen Verbindung des Flansches (10) mit der Buchse (20). Die genannte Schichtfeder kann zum luftdichten Verschließen eines Hub-Raumes einer Luftfeder bei gleichzeitiger kugelgelenkartiger Führung eines hydraulischen Stoßdämpfers in diesem Hubraum verwandt werden. Mit der Zielsetzung ein Dichtelement anzugegen, welches eine einfache und kostengünstige Integration eines hydraulischen Dämpfungselementes in ein Luftfederdämpfungselement ermöglicht, wobei gleichzeitig eine höchstmögliche Flexibilität hinsichtlich der Lage beider Komponenten zueinander gewährleistet wird, ist eine Schichtfeder vorgesehen, bei der das Federelement (30) über im wesentlichen kugelsegmentartige Oberflächen (32, 32') auf der Oberseite mit dem Flansch (10) und auf der Unterseite mit der Buchse (20) fest verbunden ist und eine zentrale Durchgangsöffnung (34), beispielsweise zur Aufnahme eines Dämpfers (40) aufweist, die mit koaxialen Bohrungen (12, 26) in dem Flansch (10) und der Buchse (20) fluchtend. Aufgrund der guten Federungseigenschaften dieses kombinierten Federungssystems, insbesondere der Unabhängigkeit der Eigenfrequenz vom Beladungszustand, wird diese Federung an Transportfahrzeugen für schwere Lasten vorzugsweise verbaut.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schichtfeder, mit einem Flansch und einer Buchse, sowie einem Federelement zur elastischen Verbin dung des Flansches mit der Buchse.

Eine solche Schichtfeder kann beispielsweise zum luftdichten Verschließen eines Hub-Raumes einer Luftfeder bei gleichzeiti ger kugelgelenkartiger Führung eines hydraulischen Stoßdäm pfers in diesem Hub-Raum verwandt werden. Insbesondere bei Fahrzeugen zum Transport schwerer Lasten, wie Lastkraftfahr zeugen und Schienenfahrzeugen, werden bislang Federungssysteme eingesetzt, die entweder getrennt, z. B. als Luftfeder in Ver bindung mit einem Hydraulikdämpfer oder integriert als hydrop neumatischer Dämpfer ausgeführt sind. Aufgabe einer solchen Kombination von Federungskomponenten ist dabei zum einen, die Höhenlage des Fahrzeuges bei Beladung zu regulieren und zum anderen gleichzeitig eine Federung mit möglichst konstanter Eigenfrequenz zu erzielen. Die Schwingbewegung wird nicht di rekt auf das beispielsweise in einem Gasdruckstoßdämpfer ent haltene Stickstoffvolumen übertragen, sondern über das Zwi schenmedium Öl, die durch eine Trennwand voneinander separiert sind. Das Niveau wird durch Zu- oder Abfüllen von Öl geregelt. Bei der hydropneumatischen Federung ändert sich bei Beladung das Gasvolumen, das Gasgewicht hingegen bleibt konstant. Die Eigenfrequenz erhöht sich dadurch mit zunehmender Beladung. Bei einem Federungssystem, bestehend aus den getrennten Komponenten Luftfeder und Hydraulikdämpfer, wird die Höhenlage des Fahrzeu ges dadurch geregelt, daß in die Luftfeder Luft hineingepumpt oder aus der Feder herausgelassen wird. Dies bedeutet, daß bei der Luftfeder unabhängig von der Beladung das Luftvolumen kon stant bleibt und sich die Eigenfrequenz unabhängig von der Be ladung nicht ändert. Der getrennt von der Luftfeder angebrachte Hydraulikdämpfer nimmt unabhängig von der Luftfeder die Funk tion der Stoßaufnahme durch Fahrbahnunebenheiten wahr. Aufgrund der guten Federungseigenschaften dieses kombinierten Fe derungssystems wird diese Federung an Transportfahrzeugen für schwere Lasten bevorzugt verbaut. Die positiven Schwingungsei genschaften dieses Federungssystems durch getrennte Anbringung der Luftfeder und des Hydraulikdämpfers im Achsbereich von Fahrzeugen erfordern allerdings einige konstruktive Maßnahmen. Für die Integration eines solchen Federungssystems ist ein entsprechender Platzbedarf zu berücksichtigen und durch die konstruktiven Maßnahmen ist auch mit entsprechenden Ferti gungskosten zu rechnen. Eine Zusammenfassung von Luftfeder und Hydraulikdämpfer zu einer Komponente ist folglich wünschens wert, stellt allerdings auch besonders hohe Anforderungen an die Dichtigkeit insbesondere der Luftfeder. Dies wird umso mehr durch die zwangsläufige Bewegung der Hydraulikdämpfer-Längs achse zur Luftfeder-Längsachse bei Ein- und Ausfederung des Sy stems erschwert. Den Anforderungen an Dichtigkeit und Beweg lichkeit entsprechende Dichtelemente für diesen Zweck standen bislang nicht zur Verfügung.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schichtfeder anzugeben, welche eine einfache und kostengünstige Integration eines hydraulischen Dämpfungselementes in ein Luftfeder-Dämpfungselement ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Schichtfeder gelöst, bei der das Federelement über im wesentlichen kugelsegmentartige Oberflä chen auf der Oberseite mit dem Flansch und auf der Unterseite mit der Buchse fest verbunden ist und eine zentrale Durchgangs öffnung, beispielsweise zur Aufnahme eines Dämpfers aufweist, die mit koaxialen Bohrungen in dem Flansch und der Buchse fluchtet.

Durch die kugelsegmentartige Ausprägung des Federelementes ist eine optimale Flexibilität in radialer Richtung für einen in der Buchse geführten Dämpfer möglich. Gleichzeitig ist, durch die feste Verbindung der Oberseite des Federelementes mit dem Flansch und der Unterseite mit der Buchse eine optimale Dich tigkeit in diesem Bereich gewährleistet. Zwischen Buchse und Dämpfer genauso wie zwischen Flansch und Luftfederelement kann die Dichtigkeit mit herkömmlichen Dichtelementen, wie z. B. Dichtringen, hergestellt werden. Durch die besondere Formgebung des Federelementes ist nur die Oberseite der Buchse so wie die Unterseite des Flansches in ihrer Gestalt bestimmt, wodurch die Abstimmung der weiteren Geometrie der Buchse hinsichtlich der Aufnahme des Dämpfers in der Bohrung sowie die weitere Geome trie des Flansches hinsichtlich der Montagemöglichkeiten in der Luftfeder nicht eingeschränkt wird. Folglich ist eine größtmög liche Flexibilität hinsichtlich der Lage beider Komponenten zu einander gewährleistet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen angegeben.

Durch eine trichterförmige Erweiterung der Öffnung des Fe derelementes von der Buchse in Richtung des Flansches wird ei nem in der Buchse geführten Dämpfer größtmöglicher radialer Spielraum bei einer Kippbewegung um seine untere Halterung ge geben. Dadurch werden besonders lange Federwege der Achse eines Fahrzeugs zu dem Fahrzeuggestell, bei denen der Kippwinkel der Längsachse des Dämpfers relativ zur Längsachse der Luftfeder besonders groß wird, ermöglicht.

Eine formstabile Auslenkung der Schichtfeder wird vorteilhaf terweise dadurch erzielt, daß das Federelement ein oder mehrere integrierte Zwischenbleche aufweist, welche parallel zu der im wesentlichen kugelsegmentartigen Oberfläche verlaufen. Diese Zwischenbleche sorgen als Stabilisierungselemente für den im wesentlichen trapezförmigen Verzug der Schichtfeder bei Auslen kung in eine radiale Richtung und verhindern damit eine un gleichmäßige Kraftübertragung über den Federquerschnitt von der Buchse in den Flansch. Dadurch wird einer vorzeitigen Material ermüdung in besonders belasteten Bereichen des Querschnitts des Federelementes vorgebeugt und damit die Lebensdauer erhöht.

Vorzugsweise werden die Zwischenbleche dabei so ausgeführt, daß sie die Öffnung des Federelementes im wesentlichen ringförmig umschließen. Bei Auslenkung der Dämpferachse und damit der Buchse wird dadurch eine gleichmäßige und über den gesamten Um fang des Federelementes verteilte Einleitung der auftretenden Scherkräfte erzielt. Um eine bestimmte Auslenkungscharakteri stik des Federelementes abhängig von der Umfangsrichtung der Auslenkung zu erhalten, ist es außerdem denkbar, die Zwischen bleche mit entsprechenden Aussparungen in radialer Richtung bis hin zur Unterteilung der ringförmigen Struktur in einzelne Sek tionen vorzunehmen.

Da die Schichtfeder auf der einen Seite eine besondere Scherfä higkeit unter weitgehender Beibehaltung ihrer Grundform aufwei sen soll, auf der anderen Seite aber eingeleitete axiale Feder kräfte des in der Buchse geführten Dämpfers und Druckkräfte aus der Luftfeder übertragen soll, ist zur Erhöhung der Formstabi lität des Federelementes der Schichtfeder die Verwendung eines elastischen Vollmaterials besonders vorteilhaft. Durch die Ver wendung des elastischen Vollmaterials wird eine besonders sta bile Verbindung zwischen Flansch und Buchse und, durch exakte Führung der Zwischenbleche im Material, die allein gewünschte kugelgelenkartige Beweglichkeit des Federelementes, und damit der Buchse und des Dämpfers, gestattet. Denkbar ist aber auch eine Herstellung des Federelementes aus einem elastischen Mate rial, welches zur möglichst widerstandsfreien radialen Auslen kung in alle oder in eine bestimmte gewünschte radiale Richtung Ausnehmungen an der Oberfläche oder Aushöhlungen im Innenbe reich aufweist oder aus einem entsprechend geschäumten Material besteht, ohne dabei allerdings an Festigkeit einzubüßen.

Zur Übertragung von Kräften durch die Luftfeder und den Dämpfer ist eine Verbindung zwischen beiden im Bereich der Schichtfeder notwendig. Vorzugsweise weist die Bohrung der Buchse deshalb zunächst einen Anschlag zur Justierung und Montage des Dämpfers in der Buchse auf. Dieser Anschlag erleichtert insbesondere weitere Fixierungsmaßnahmen zwischen Buchse und Dämpfer, wie das Einsetzten eines Bolzens durch definierte aufeinander abge stimmte Bohrungen, das Einbringen eines Sprengringes in dafür vorgesehenen Nuten, oder dergleichen. Bei Verwendung einer Schraubverbindung zwischen beiden Elementen kann der Anschlag als Gegenlager dienen.

Gerade die erwähnte Fixierung zwischen Dämpfer und Buchse mit Hilfe eines oder mehrerer Sprengringe in dafür vorgesehenen und aufeinander abgestimmten Nuten an beiden Elementen bietet be sondere Vorzüge. Die Verwendung von Sprengringen setzt zunächst keine aufwendigen konstruktiven Maßnahmen - bis auf die Anbrin gung der entsprechenden Nuten an den Elementen - voraus und bietet gleichzeitig den Vorteil der gleichmäßigen Kraftüber tragung über den gesamten Umfang des Dämpfers an dieser Stelle in die Buchse der Schichtfeder. Diese Art der Verbindung ermög licht die leichte Integration am Markt bereits erhältlicher Dämpfer in die Schichtfeder.

Zur Abdichtung der Buchse gegenüber dem Zylinder des Dämpfers weist die Buchse vorteilhafterweise eine oder mehrere Ringnuten zur Aufnahme von Dichtringen auf. Sowohl die Bohrung der Buchse wie auch der Anschlag und die Ringnuten können auf einen je weils gewünschten, handelsüblich erhältlichen hydraulischen Dämpfer abgestimmt werden. Zur weitgehenden Reduzierung laufen der Teile in der Buchse wird idealerweise nur der Zylinder ei nes Dämpfers in der Buchse geführt und damit eine radiale Dich tung des sich in Längsrichtung beweglichen Kolben überflüssig.

Vorteilhafterweise weist das Federelement der Schichtfeder eine rotationssysmmetrische Form auf. Diese Form läßt sich durch Ausnutzung von Symmetrien besonders einfach herstellen und er fordert auch keine konstruktiv aufwendig gestalteten Flansche und Buchsen samt ihren Gegenlagern im Fahrzeug. Eine solche ro tationssymmetrische Form des Federelementes einer Schichtfeder läßt eine radial einheitliche maximale Auslenkung des Dämpfers zu.

Allerdings kann das Federelement auch eine nicht-rotationssym metrische Form aufweisen. Eine solche Form könnte größere Aus lenkungen des Dämpfers in die eine Richtung und kleinere Aus lenkungen in die andere Richtung zulassen. Damit wäre eine an die geometrischen Gegebenheiten oder den vorgegebenen Lastfall genau anpaßbare Schichtfeder herstellbar.

Eine besonders weite Auslenkung des Dämpfers ist vorzugsweise dann möglich, wenn die Öffnung des Flansches einer Schichtfeder direkt an die Öffnung des Federelementes anschließt. Das bedeu tet, daß der sich oberhalb des Federelementes erstreckende Flansch besonders schmal sein kann. Die maximale Auslenkung des Dämpfers wird damit nur von der trichterförmigen Aufweitung der Öffnung des Federelementes bestimmt.

Grundsätzlich kann eine Schichtfeder der in Rede stehenden Art zum luftdichten Verschließen eines Hubraums einer Luftfeder bei gleichzeitiger kugelgelenkartiger Führung eines hydraulischen Stoßdämpfers in diesem Hubraum Verwendung finden. Dies kann ge nerell Anwendungen betreffen, bei denen die Absorption einer Stoßenergie in Verbindung mit einer Niveauregelung gewünscht ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispie les beschrieben, welches anhand der Abbildungen näher erläutert wird.

Fig. 1A zeigt eine geschnittene Ansicht einer Schichtfe der gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1B zeigt dieselbe geschnittene Ansicht einer Schichtfeder gemäß der vorliegenden Erfindung wie Fig. 1a mit einem in die Buchse (20) einge führten Dämpfer (40);

Fig. 2 zeigt eine im Bereich einer Luftfeder (50) teil weise geschnittene Vorderansicht eines an einer Fahrzeugachse angebrachten kombinierten Dämp fungssystems, welches mit einer Schichtfeder ge mäß der vorliegenden Erfindung einen Dämpfer (40) in eine Luftfeder (50) integriert;

Fig. 3 zeigt eine geschnittene Seitenansicht des kombi nierten Dämpfungssystems aus Fig. 2; und

Fig. 4 zeigt ein nicht integriertes kombiniertes Dämp fungssystem bestehend aus einer Luftfeder (50) und einem Dämpfer (40) gemäß dem Stand der Tech nik.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche oder gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.

Fig. 1A zeigt eine geschnittene Ansicht einer Schichtfeder ge mäß der vorliegenden Erfindung, welche aus einem Flansch (10), einer Buchse (20) und einem dazwischenliegenden kugelsegmentar tig geformten Federelement (30) besteht. Im elastischen Mate rial der Schichtfeder (30) und parallel zu deren Oberflächen (32, 32') verlaufend sind Zwischenbleche (36, 36') zu erkennen, die als Stabilisierungselemente des Federelementes (30) bei Auslenkung der Buchse (20) in radialer Richtung dienen. Die Buchse (20) weist eine Durchgangsbohrung (26) mit einem An schlag (28) auf, der zur Justierung eines Dämpfers (40) dient. Die in der Bohrung (26) der Buchse (20) angebrachte Ringnut (27) dient in diesem Fall der Aufnahme eines Dichtringes zur Dichtung der Buchse (20) gegen einen Zylinder (42) des Dämpfers (40). In die Ringnut (27') wird ein Sprengring eingebracht, der in einen angeschweißten Flansch an einem Zylinder (42) des Dämpfers (40) eingreift. Um möglichst große Auslenkungen des Kolbens (44) des Dämpfers (40) zuzulassen, ist das Federelement (30) mit einer sich nach oben trichterförmig erweiternden Öffnung (34) versehen, die in eine Bohrung (12) des Flansches (10) übergeht.

Fig. 1B zeigt eine geschnittene Ansicht einer Schichtfeder ge mäß der vorliegenden Erfindung wie in Fig. 1A, jedoch nun mit in die Buchse (20) montiertem Dämpfer (40), bestehend aus einem Zylinder (42) und einem Kolben (44). Die axiale Kraftübertra gung vom Dämpfer (40) in die Buchse (20) der Schichtfeder wird hier über einen in der Ringnut (27') verlaufenden Sprengring, der gleichermaßen in die Buchse (20) und den Zylinder (42) ein greift, gewährleistet. Gleichzeitig kann der Kolben (44) des Dämpfers (40) sich in axialer Richtung frei bewegen. Die Dichtigkeit zwischen Dämpfer (40) und Buchse (20) wird über eine in der Ringnut (27) der Buchse (20) verlaufende Dichtung hergestellt. Gleichzeitig kann der Dämpfer (40) kugelgelenkar tig aus seiner Längsachsenrichtung in eine beliebige radiale Richtung geschwenkt werden, ohne daß Undichtigkeiten zwischen Flansch und Buchse entstehen. Das Federelement (30) der Schichtfeder stellt sich bei einer Auslenkung des Dämpfers (40) in der beschriebenen Art durch elastische Verformungen parallel zu seinen Oberflächen (32, 32') auf die neue Längsachsenrich tung des Dämpfers (40) ein.

Fig. 2 zeigt eine im Bereich der Luftfeder (50) teilweise ge schnittene Vorderansicht eines an einer Fahrzeugachse ange brachten kombinierten Dämpfungssystems, welches mittels einer Schichtfeder gemäß der vorliegenden Erfindung einen Dämpfer (40) in eine Luftfeder integriert. Zu erkennen ist der Flansch (10) der Schichtfeder, der in ein an der Achse eines Fahrzeuges angebrachtes Gehäuse montiert ist und durch dessen Öffnung (12) der Zylinder (42) des Dämpfers (40) verläuft. In dieser Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung tritt der Kolben (44) des Dämpfers (40) erst im Inneren der Luftfeder (50) aus dem Zylin der (42) des Dämpfers (40), wodurch im Bereich der Buchse (20) einer Schichtfeder keine laufenden Teile geführt werden müssen, was Dichtigkeitsvorteile mit sich bringt.

Fig. 3 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines kombinierten Dämpfungssystems wie in Fig. 2 in dem noch einmal deutlich die Führung des Dämpfers (40) zu erkennen ist, welcher bei Aus- und Einfederung der Achse aus seiner Längsrichtung ausgeschwenkt wird.

Fig. 4 zeigt ein nicht integriertes kombiniertes Dämpfungssy stem bestehend aus einer Luftfeder (50') und einem Dämpfer (40') gemäß dem Stand der Technik. Durch die vorliegende Er findung einer Schichtfeder kann der Dämpfer (40') in der Luft feder (50') dichtend und gleichzeitig kugelgelenkartig radial beweglich in der Luftfeder (50') gelagert werden.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß alle oben be schriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombi nation, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten De tails als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.

Bezugszeichenliste

10

Flansch

12

Bohrung des Flansches

20

Buchse

26

Bohrung der Buchse

27

,

27

' Ringnut der Buchse

28

Anschlag der Buchse

30

Federelement

32

,

32

' Oberfläche des Federele ments

34

Öffnung des Federelements

36

,

36

' Zwischenbleche des Fe derelements

40

,

40

' Dämpfer

42

Zylinder

44

Kolben

50

,

50

' Luftfilter

Claims

1. Schichtfeder, mit einem Flansch (10) und einer Buchse (20), sowie einem Federelement (30) zur elastischen Verbindung des Flansches (10) mit der Buchse (20), dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (30) über im wesentlichen kugelsegmentar tige Oberflächen (32, 32') auf der Oberseite mit dem Flansch (10) und auf der Unterseite mit der Buchse (20) fest ver bunden ist und eine zentrale Durchgangsöffnung (34), bei spielsweise zur Aufnahme eines Dämpfers (40) aufweist, die mit koaxialen Bohrungen (12, 26) in dem Flansch (10) und der Buchse (20) fluchtet.

2. Schichtfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnung (34) des Federelementes (30) von der Buch se (20) in Richtung des Flansches (10) trichterförmig er weitert.

3. Schichtfeder nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (30) ein oder mehrere integrierte Zwi schenbleche (36, 36') aufweist, welche parallel zu der im wesentlichen kugelsegmentartigen Oberfläche (32, 32') ver laufen.

4. Schichtfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenbleche (32, 32') die Öffnung (34) des Federele mentes (30) im wesentlichen ringförmig umschließen.

5. Schichtfeder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (30) aus einem elastischen Vollmaterial besteht.

6. Schichtfeder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (26) der Buchse (20) einen Anschlag (28) zur Justierung des Dämpfers (40) aufweist.

7. Schichtfeder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (20) eine oder mehrere Ringnuten (27, 27') zur Aufnahme von Sprengringen aufweist.

8. Schichtfeder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (20) eine oder mehrere Ringnuten (27, 27') zur Aufnahme von Dichtringen aufweist.

9. Schichtfeder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (30) eine rotationssymetrische Form auf weist.

10. Schichtfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (30) eine nicht rotationssymetrische Form aufweist.

11. Schichtfeder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (12) des Flansches (10) direkt an die Öffnung (34) des Federelementes (30) anschließt.

12. Verwendung einer Schichtfeder zum luftdichten Verschließen eines Hub-Raumes einer Luftfeder bei gleichzeitiger kugel gelenkartiger Führung eines hydraulischen Stoßdämpfers in diesem Hub-Raum.