DE102006038523A1 - Federdämpfer für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Federdämpfer für ein Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Federdämpfer für ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten Gehäuseteil (11) und einem zweiten Gehäuseteil (12), wobei das erste Gehäuseteil (11) über einen ersten Rollbalg (13) mit dem zweiten Gehäuseteil (12) ein erstes veränderbares Volumen (V<SUB>1</SUB>) und das zweite Gehäuseteil (12) über einen zweiten Rollbalg (14) mit einem mit dem ersten Gehäuseteil (11) verbundenen Abrollkolben (15) ein zweites veränderbares Volumen (V<SUB>2</SUB>) bildet, wobei die beiden Rollbälge (13, 14) derart angeordnet sind, dass diese beim Abrollen durch Außenkonturen der beiden Gehäuseteile (11, 12) sowie des Abrollkolbens (15) in radialer Richtung geführt werden, wobei die beiden Volumen (V<SUB>1</SUB>, V<SUB>2</SUB>) über ein Drosselelement (20) miteinander in Verbindung stehen und bezüglich einer Auslenkung des Federdämpfers (10) ein hermetisch abgeschlossenes Zweivolumensystem bilden. Erfindungsgemäß ist der Abrollkolben (15) mittels eines Dichtelements (21) längsverschiebbar durch das zweite Gehäuseteil (12) hindurchgeführt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Federdämpfer, insbesondere einen Luftfederdämpfer für ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil, wobei das erste Gehäuseteil über einen ersten Rollbalg mit dem zweiten Gehäuseteil ein erstes veränderbares Volumen und das zweite Gehäuseteil über einen zweiten Rollbalg mit einem mit dem ersten Gehäuseteil verbundenen Abrollkolben ein zweites veränderbares Volumen bildet, wobei die beiden Rollbälge derart angeordnet sind, dass diese beim Abrollen durch Außenkonturen der beiden Gehäuseteile sowie des Abrollkolbens in radialer Richtung geführt werden, wobei die beiden Volumen über ein Drosselelement miteinander in Verbindung stehen und bezüglich einer Auslenkung des Federdämpfers ein hermetisch abgeschlossenes Zweivolumensystem bilden.
  • Ein derartiger Federdämpfer für ein Kraftfahrzeug geht aus der EP 1 344 957 B1 hervor. Dieser umfasst zwei mit Pressluft gefüllte, hermetisch abgeschlossene und jeweils in ihrem Volumen veränderbare Luftfedern, die über ein in zwei Richtungen durchströmbares Drosselorgan in Verbindung stehen.
  • Die erste Luftfeder weist ein erstes nach unten geöffnetes glockenförmiges Gehäuse auf, das über einen ersten Rollbalg mit einem zweiten nach unten geöffneten glockenförmigen Gehäuse verbunden ist. Des weiteren ist ein Abrollkolben vorhanden, der in die untere Öffnung des zweiten glockenförmigen Gehäuses hineinragt und über einen zweiten Rollbalg mit dem zweiten glockenförmigen Gehäuse die zweite Luftfeder bildet. Die Rollbälge sind derart angeordnet, dass diese beim Abrollen durch Außenkonturen der beiden glockenförmigen Gehäuse sowie des Abrollkolbens in radialer Richtung geführt werden. Der Abrollkolben ist dabei durch Verwendung eines l-förmigen Verbindungselements, das den Federdämpfer von außen umgreift, mit dem ersten glockenförmigen Gehäuse verbunden.
  • Nachteilig ist, dass das l-förmige Verbindungselement zusätzlichen Platz im Außenraum des Federdämpfers beansprucht, mithin also eine Verwendung des bekannten Federdämpfers bei beengten Karosserieverhältnissen zu Problemen führen kann. Da das zweite Gehäuse zur Straßenoberfläche hin geöffnet ist, wird zugleich eine Abdichtung gegen unerwünschte Verschmutzungen erschwert.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Federdämpfer für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, der sich durch kompakte Bauweise auszeichnet sowie eine zuverlässige Abdichtung gegen unerwünschte Verschmutzungen gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Federdämpfer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Der Federdämpfer weist ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil auf, wobei das erste Gehäuseteil über einen ersten Rollbalg mit dem zweiten Gehäuseteil ein erstes veränderbares Volumen und das zweite Gehäuseteil über einen zweiten Rollbalg mit einem mit dem ersten Gehäuseteil verbundenen Abrollkolben ein zweites veränderbares Volumen bildet, wobei die beiden Rollbälge derart angeordnet sind, dass diese beim Abrollen durch Außenkonturen der beiden Gehäuseteile sowie des Abrollkolbens in radialer Richtung geführt werden, wobei die beiden Volumen über ein Drosselelement miteinander in Verbindung stehen und bezüglich einer Auslenkung des Federdämpfers ein hermetisch abgeschlossenes Zweivolumensystem bilden.
  • Genauer gesagt umfasst der erfindungsgemäße Federdämpfer genau zwei Volumen sowie einen durch die beiden zugehörigen Rollbälge gebildeten Differenzrollbalg. Eine derartige Anordnung zeichnet sich durch eine besonders gute Dämpfungswirkung bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit aus.
  • Erfindungsgemäß ist der Abrollkolben mittels eines Dichtelements längsverschiebbar durch das zweite Gehäuseteil hindurchgeführt. Da der Abrollkolben im Innern des Federdämpfers verläuft, ist es möglich, einen baulich kompakten, rundum geschlossenen Federdämpfer zu schaffen. Die geschlossene Bauweise gewährleistet hierbei eine zuverlässige Abdichtung gegen unerwünschte Verschmutzungen.
  • Der Federdämpfer wird beispielsweise mit Druckmittel aus einer im Kraftfahrzeug vorhandenen Druckmittelversorgung betrieben, typischerweise mittels Pressluft aus einem Pressluftspeicher oder dergleichen.
  • Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Federdämpfers gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Vorteilhafterweise ist das Drosselelement außerhalb des Federdämpfers angeordnet, sodass sich durch den verbesserten Wärmeaustausch mit der Umgebung die thermische Belastbarkeit des Federdämpfers erhöhen lässt. Dies ist vor allem beim Befahren von Schlechtwegstrecken von Bedeutung.
  • Werden an die thermische Belastbarkeit des Federdämpfers keine allzu hohen Anfarderungen gestellt, besteht die Möglichkeit, dass das Drosselelement Bestandteil des Abrollkolbens ist. Das Drosselelement ist dann innerhalb des Federdämpfers angeordnet. Der Abrollkolben weist in diesem Fall einen das erste und zweite Volumen verbindenden Durchgangskanal auf, an dessen Ein- bzw. Austrittsöffnung das Drosselelement sitzt.
  • Der Strömungswiderstand des Drosselelements kann insbesondere mittels einer zugehörigen Ventileinheit elektrisch verstellbar sein, sodass eine aktive Anpassung der Dämpfungskraftcharakteristik des Federdämpfers an unterschiedliche Fahrtbedingungen bzw. Straßengegebenheiten möglich ist. Der Federdämpfer ist hierzu Bestandteil eines im Kraftfahrzeug befindlichen aktiven Fahrwerks.
  • Sollte das Kraftfahrzeug kein aktives Fahrwerk aufweisen, so kann es sich alternativ auch um ein passives Drosselelement ohne elektrische Verstellmöglichkeit handeln.
  • Um eine fahrtbedingt auftretende Querbewegung des Abrollkolbens ohne Beeinträchtigung der Dichtwirkung des Dichtelements zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn das Dichtelement in einer am zweiten Gehäuseteil angeordneten Buchse radialverschiebbar gelagert ist. Das Dichtelement besteht beispielsweise aus Polytetraflourethylen (PTFE bzw. Teflon®) oder einem ähnlichen temperaturbeständigen Werkstoff mit geringem Reibungskoeffizienten.
  • Vorteilhafterweise ist ein Anschlagpuffer zur Begrenzung der Auslenkung des Federdämpfers innerhalb des ersten und/oder zweiten Volumens angeordnet. Der Anschlagpuffer dient in diesem Fall zugleich als Volumentilger, der durch geeignete Vorgabe seines Volumens sowie seiner Kompressibilität eine gezielte Beeinflussung der Federkraft- und/oder Dämpfungskraftcharakteristik des Federdämpfers erlaubt.
  • Ein hoher Betriebsdruck ist Voraussetzung für eine zufriedenstellende Dämpfungswirkung des Federdämpfers. Durch geeignete Wahl der Differenz der (druckwirksamen) Radien der beiden Rollbälge bzw. des durch diese gebildeten Differenzrollbalgs kann die Tragfähigkeit des Federdämpfers in Bezug auf den jeweiligen Betriebsdruck wunschgemäß angepasst werden.
  • Zur Erhöhung der Biegesteifigkeit des Federdämpfers ist der erste und zweite Rollbalg vorzugsweise in einem durch das erste und zweite Gehäuseteil sowie den Abrollkolben gebildeten Radialspalt gelagert, wobei es zur Kompensation ausreichend hoher Biegemomente von Vorteil ist, wenn ein möglichst großer Abstand zwischen den beiden Rollbälgen vorgesehen ist.
  • Zusätzlich oder alternativ ist es vorstellbar, den Abrollkolben mittels eines oder mehrerer Gleitlager dahingehend gegenüber dem zweiten Gehäuseteil abzustützen, dass sich ein zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil auftretendes Biegemoment auf unkritische Werte begrenzen lässt.
  • Vorteilhafterweise wirken die beiden Gehäuseteile bzw. der Abrollkolben derart mit dem ersten und zweiten Rollbalg zusammen, dass sich bei einer Auslenkung des Federdämpfers eines der beiden Volumen verkleinert, während sich das andere Volumen vergrößert. Durch die wechselseitige Volumenänderung treten im Drosselelement bzw. im Drosselspalt bereits bei geringen Dämpferamplituden vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeiten auf. Auf diese Weise wird selbst bei kleinen Auslenkungen des Federdämpfers eine ausreichende Dämpfungswirkung sichergestellt.
  • Um im eingebauten Zustand am Federdämpfer angreifende Biegemomente zu verringern, besteht ferner die Möglichkeit, dass das erste Gehäuseteil über ein flexibles Kopflager mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Das Kopflager ist beispielsweise als Elastomerlager oder als Kugelgelenk ausgebildet. An der dem Radträger zugewandten Seite des Federdämpfers kann ferner ein kardanisch weiches Elastomerlager oder ein entsprechendes Kugelgelenk vorgesehen sein.
  • Der erfindungsgemäße Federdämpfer wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei einander entsprechende Teile mit jeweils identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen jeweils in Querschnittdarstellung:
  • 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federdämpfers mit einem außerhalb des Federdämpfers angeordneten Drosselelement,
  • 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federdämpfers, bei dem das Drosselelement als Bestandteil eines Abrollkolbens im Bereich eines ersten Volumens des Federdämpfers angeordnet ist,
  • 3 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federdämpfers, bei dem das Drosselelement als Bestandteil des Abrollkolbens im Bereich eines zweiten Volumens des Federdämpfers angeordnet ist,
  • 4 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federdämpfers, bei der mehrere Gleitlager zur Begrenzung eines am Federdämpfer angreifenden Biegemoments vorgesehen sind.
  • 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federdämpfers für ein Kraftfahrzeug, wobei der Federdämpfer 10 mit Druckmittel aus einer im Kraftfahrzeug befindlichen Druckmittelversorgung betrieben wird.
  • Der Federdämpfer 10 weist ein erstes Gehäuseteil 11 und ein zweites Gehäuseteil 12 auf, wobei das erste Gehäuseteil 11 über einen ersten Rollbalg 13 mit dem zweiten Gehäuseteil 12 ein erstes veränderbares Volumen V1 und das zweite Gehäuseteil 12 über einen zweiten Rollbalg 14 mit einem mit dem ersten Gehäuseteil 11 verbundenen Abrollkolben 15 ein zweites veränderbares Volumen V2 bildet, wobei die beiden Rollbälge 13 und 14 derart angeordnet sind, dass diese beim Abrollen durch Außenkonturen der beiden Gehäuseteile 11 und 12 sowie des Abrollkolbens 15 in radialer Richtung geführt werden, wobei die beiden Volumen V1 und V2 über ein Drosselelement 20 miteinander in Verbindung stehen und bezüglich einer Auslenkung des Federdämpfers 10 ein hermetisch abgeschlossenes Zweivolumensystem bilden. Genauer gesagt wirken die beiden Gehäuseteile 11 und 12 sowie der Abrollkolben 15 derart mit dem ersten und zweiten Rollbalg 13 und 14 zusammen, dass sich bei einer Auslenkung des Federdämpfers 10 eines der beiden Volumen V1 bzw. V2 verkleinert, während sich das andere Volumen V2 bzw. V1 vergrößert. Der Abrollkolben 15 ist hierbei mittels eines die beiden Volumen V1 und V2 voneinander trennenden Dichtelements 21 längsverschiebbar durch die Wandung des zweiten Gehäuseteils 12 hindurchgeführt.
  • Um die Auslenkung des Federdämpfers 10 zu begrenzen, ist für jede der beiden möglichen Bewegungsrichtungen ein erster bzw. zweiter Anschlagpuffer 22 bzw. 23 vorgesehen. Beispielsgemäß ist der erste Anschlagpuffer 22 innerhalb des zweiten volumens V2 angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist der zweite Anschlagpuffer 23 im ersten Volumen V1 angeordnet.
  • Jeder der beiden Rollbälge 13 bzw. 14 weist einen Radius R1 bzw. R2 auf, wobei die Differenz ΔR12 = |R1 – R2| der beiden Rollbälge 13 und 14 letztlich die Tragfähigkeit des Federdämpfers 10 in Bezug auf den jeweiligen Betriebsdruck festlegt. Typische Werte sind R1 ≈ 60 mm und R2 ≈ 47,5 mm.
  • Zur Erhöhung der Biegesteifigkeit des Federdämpfers 10 ist der erste Rollbalg 13 in einem durch das erste Gehäuseteil 11 und das zweite Gehäuseteil 12 gebildeten ersten Radialspalt 24 und der zweite Rollbalg 14 in einem durch das zweite Gehäuseteil 12 und den Abrollkolben 15 gebildeten zweiten Radialspalt 25 gelagert.
  • Im Falle der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Drosselelement 20 außerhalb des Federdämpfers 10 angeordnet, wobei der Durchflusswiderstand des Drosselelements 20 mittels einer zugehörigen Ventileinheit über eine elektrische Steuerleitung 30 als Bestandteil eines im Kraftfahrzeug befindlichen aktiven Fahrwerks verstellbar ist.
  • Beispielsgemäß handelt es sich bei dem Dichtelement 21 um eine ringförmige Dichtungsscheibe, die zur Kompensation möglicher Querbewegungen des Abrollkolbens 15 in einer am zweiten Gehäuseteil 12 angeordneten Buchse 31 radialverschiebbar gelagert ist. Das Dichtelement 21 selbst besteht aus Polytetraflourethylen (PTFE bzw. Teflon) oder einem ähnlichen temperaturbeständigen Werkstoff mit geringem Reibungskoeffizienten.
  • Der Federdämpfer 10 ist zwischen einer der Karosserie des Kraftfahrzeugs zugeordneten Abstützstelle und einem Radträger angeordnet. Im Falle eines vierrädrigen Kraftfahrzeugs sind daher insgesamt vier Federdämpfer 10 vorgesehen, die jeweils über ein flexibles Kopflager 32 mit der Karosserie verbunden sind. Bei dem Kopflager 32 handelt es sich beispielsweise um ein Elastomerlager oder ein Kugelgelenk. An der dem Radträger zugewandten Seite des Federdämpfers 10 ist ferner ein kardanisch weiches Elastomerlager oder ein entsprechendes Kugelgelenk vorgesehen.
  • 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federdämpfers für ein Kraftfahrzeug, der sich von dem in 1 dargestellten Federdämpfer dahingehend unterscheidet, dass das Drosselelement 20 baulicher Bestandteil des Abrollkolbens 15 ist. Der Abrollkolben 15 weist in diesem Fall einen Durchgangskanal 33 auf, der das erste und zweite Volumen V1 und V2 verbindet, wobei an dessen Ein- bzw. Austrittsöffnung im Bereich des ersten Volumens V1 das Drosselelement 20 sitzt.
  • 3 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federdämpfers. Diese unterscheidet sich von der in 2 dargestellten Ausführungsform lediglich durch die Anordnung des Drosselelements 20, das sich im vorliegenden Fall im Bereich des zweiten Volumens V2 befindet. Aufgrund der „geschachtelten" Anordnung der gleichsinnig orientierten Rollbälge 13 und 14 weist der dargestellte Federdämpfer 10 eine besonders kompakte Bauweise auf.
  • 4 zeigt eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federdämpfers, die sich gegenüber der in 3 dargestellten Ausführungsform dahingehend unterscheidet, dass der Abrollkolben 15 mittels zusätzlicher Gleitlager 40 und 41 gegenüber dem zweiten Gehäuseteil 12 derart abgestützt ist, dass ein am Federdämpfer 10 wirkendes Biegemoment auf unkritische Werte begrenzt wird.
  • Beispielsgemäß befindet sich das erste Gleitlager 40 im Bereich der Buchse 31, wohingegen das zweite Gleitlager 41 mit Abstand zum ersten Gleitlager 40 an einem am Abrollkolben 15 ausgebildeten Verlängerungsstück 42 angeordnet ist, das mittels des zweiten Gleitlagers 41 innerhalb eines mit dem zweiten Gehäuseteil 12 verbundenen Stützbeins 43 längsverschiebbar geführt ist.
  • Das Lagerspiel der als Gleitbuchsen ausgebildeten Gleitlager 40 und 41 ist derart bemessen, dass unter normalen Betriebsbedingungen, in denen kein übermäßiges Biegemoment zwischen dem ersten Gehäuseteil 11 und dem zweiten Gehäuseteil 12 auftritt, ein Reibungskontakt zwischen dem ersten Gleitlager 40 und der Außenseite des Abrollkolbens 15 bzw. dem zweiten Gleitlager 41 und der Innenseite des Stützbeins 43 ausgeschlossen ist. D.h. die beiden Gleitlager 40 und 41 sind unter normalen Betriebsbedingungen ohne Wirkung, haben unter derartigen Umständen also keinerlei (nachteiligen) Einfluss auf das Ansprechverhalten des Federdämpfers 10.

Claims (11)

  1. Federdämpfer für ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten Gehäuseteil (11) und einem zweiten Gehäuseteil (12), wobei das erste Gehäuseteil (11) über einen ersten Rollbalg (13) mit dem zweiten Gehäuseteil (12) ein erstes veränderbares Volumen (V1) und das zweite Gehäuseteil (12) über einen zweiten Rollbalg (14) mit einem mit dem ersten Gehäuseteil (11) verbundenen Abrollkolben (15) ein zweites veränderbares Volumen (V2) bildet, wobei die beiden Rollbälge (13, 14) derart angeordnet sind, dass diese beim Abrollen durch Außenkonturen der beiden Gehäuseteile (11, 12) sowie des Abrollkolbens (15) in radialer Richtung geführt werden, wobei die beiden Volumen (V1, V2) über ein Drosselelement (20) miteinander in Verbindung stehen und bezüglich einer Auslenkung des Federdämpfers (10) ein hermetisch abgeschlossenes Zweivolumensystem bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Abrollkolben (15) mittels eines Dichtelements (21) längsverschiebbar durch das zweite Gehäuseteil (12) hindurchgeführt ist.
  2. Federdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (20) außerhalb des Federdämpfers (10) angeordnet ist.
  3. Federdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (20) baulicher Bestandteil des Abrollkolbens (15) ist.
  4. Federdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusswiderstand des Drosselelements (20) elektrisch verstellbar ist.
  5. Federdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (21) radialverschiebbar gelagert ist.
  6. Federdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlagpuffer (22, 23) zur Begrenzung der Auslenkung innerhalb des ersten und/oder zweiten Volumens (V1, V2) angeordnet ist.
  7. Federdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Rollbalg (13, 14) in einem durch das erste und zweite Gehäuseteil (11, 12) sowie den Abrollkolben (15) gebildeten Radialspalt (24, 25) gelagert ist.
  8. Federdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei einer Auslenkung des Federdämpfers (10) eines der beiden Volumen (V1, V2) verkleinert, während sich das andere Volumen (V2, V1) vergrößert.
  9. Federdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (11) über ein flexibles Kopf lager (32) mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
  10. Federdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abrollkolben (15) mittels eines oder mehrerer Gleitlager (40, 41) gegenüber dem zweiten Gehäuseteil (12) abgestützt ist.
  11. Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch einen Federdämpfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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