DE102011086415A1

DE102011086415A1 - Elastisch gelagerter Luftfederabrollkolben

Info

Publication number: DE102011086415A1
Application number: DE102011086415A
Authority: DE
Inventors: Thomas Eike; Jens Uwe Gleu
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: DE102011086415B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Luftfederbein (100) für ein Fahrzeug, umfassend – einen Luftfederabrollkolben (107), – ein Stoßdämpferrohr (104), – einen Rollbalg (110), – ein elastisches Lager (108) aus einem Elastomer, – einen Adapter (106), welcher mit dem Stoßdämpferrohr (104) fest verbunden ist, wobei das elastische Lager (108) aus dem Elastomer zwischen dem radseitigen Ende des Luftfederabrollkolbens (107) und dem radseitigen Ende des Adapters (106) angeordnet ist, so dass der Luftfederabrollkolben (107) in seinen parallel zur Achse des Stoßdämpferrohrs (104) gerichteten Relativbewegungen zum Stoßdämpferrohr (104) und/oder zur Längsachse des Rollbalgs (110) radial geführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfederbein für ein Fahrzeug.
Gemäß dem Stand der Technik sind Luftfederbeine empfindlich gegenüber Bewegungen oder Auslenkungen, die durch Querkräfte verursacht werden, d.h. durch Fahrwerkskräfte senkrecht zur Achse der Luftfederbeine. Insbesondere bei längeren Luftfederbeinen führen einwirkende Querkräfte zu einer sehr geringen, aber doch messbaren Knickbewegung, bei der Stoßdämpfer und Luftfederabrollkolben bzw. Rollbalg gegeneinander verschwenkt werden. Wird hier keine Vorsorge zur Kompensation solcher Knickbewegungen getroffen oder werden keine entsprechenden Führungen vorgesehen, so kann es durch solche Bewegungen und Kräfte innerhalb der Bauteile des Luftfederbeins zu erhöhten reibenden Kontakten und damit zu größerem Verschleiß kommen. Die Konstruktion der Luftfederbeine muss daher so ausgelegt werden, dass solche Bewegungen ausgeglichen werden können, ohne dass Querkräfte im Federbein Reibverschleiß an den Bauteile des Federbeins erzeugen.
Im Stand der Technik sind hierzu bereits Lösungen offenbart worden, beispielsweise durch die Druckschrift DE 195 08 980 C1 . Bei dem dort gezeigten Luftfederbein weist das Gehäuse, d.h. der Dämpferzylinder des Stoßdämpfers einen angeschweißten Kragen auf, an dem der mit einem entsprechenden Flansch versehene Luftfederabrollkolben über ein anvulkanisiertes Ringteil aus elastomerem Material angebunden ist. Der elastische Ring ermöglicht eine gewisse Taumelbeweglichkeit des Luftfederkolbens zum Dämpferzylinder, ohne jedoch die Gefahr von erhöhtem Reibverschleiß durch Knickbewegungen in dem gewünschten Maße zu mindern.
Die Druckschrift DE 199 08 607 B4 offenbart ein Luftfederbein der gattungsgemäßen Art, bei dem der Luftfederdeckel eine konzentrische innere Führungshülse aufweist, die mit einem am balgseitigen Ende des Luftfederkolbens angeordneten Führungsring zusammenwirkt, um Querkräfte abzustützen. Das Reduzieren bzw. das Auffangen von Knickbewegungen wird hier allerdings durch eine erhöhte Anzahl von Bauteilen erkauft.
Als zusätzlicher Effekt ergeben sich bei den gattungsgemäßen Luftfederbeinen im Stand der Technik je nach Abmessungen bzw. Massen des Systems gerade durch die Einwirkung von Querkräften Schwingungen und Eigenfrequenzen, die nicht nur akustisch als störend empfunden werden, sondern die sich auch auf den Fahrkomfort negativ auswirken können.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Luftfederbein für ein Fahrzeug zu schaffen.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Es wird ein Luftfederbein für ein Fahrzeug geschaffen, umfassend

– einen Luftfederabrollkolben,
– ein Stoßdämpferrohr,
– einen Rollbalg,
– ein elastisches Lager aus einem Elastomer,
– einen Adapter, welcher mit dem Stoßdämpferrohr fest verbunden ist,

Ausführungsformen der Erfindung haben den Vorteil, dass die Auf- und Abwärtsbewegung des Luftfederabrollkolbens relativ zum Stoßdämpferrohr in ihrer parallelen Führung verstärkt wird. Die feste Fixierung des Adapters an dem Stoßdämpferrohr, welche eine Relativbewegung zwischen dem Adapter und dem Stoßdämpferrohr ausschließt, bewirkt ebenfalls, dass der Luftfederabrollkolben, welcher sich bei seiner Auf- und Abwärtsbewegung ständig auf dem Abrollkolben abstützt, in einer stabilen Bewegungsachse parallel zum Stoßdämpferrohr geführt wird. In synergistischer Weise wird die Stabilität des Luftfederbeins gegen senkrecht zur Achse des Luftfederbeins gerichtete Querkräfte erhöht, ohne dass eine Veränderung der Dimensionierungen der Bauteile des Federbeins erforderlich ist.
Das elastische Lager aus einem Elastomer, wie z.B. Gummi oder Polyurethan-Schaum, reduziert eine Übertragung von Abrollgeräuschen ins Fahrzeuginnere. Eine akustische Isolierung ist möglich, ohne dass die kompakte Bauform des Luftfederabrollkolbens aufgegeben werden muss.
Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise durch kombinatorisch wirkende Effekte eine Kompensation von durch senkrecht zur Achse des Luftfederbeins wirkende Kräfte verursachte Relativbewegungen und Auslenkungen von Luftfederbauteilen zueinander, welche zu Knickinstabilitäten des Federbeins führen könnten, bei gleichzeitiger Reduzierung von Abrollgeräuschen, ohne dass eine Veränderung der Dimensionierung des Bauraums des Federbeins notwendig wäre.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist das elastische Lager aus dem Elastomer eine Segmentierung auf mit Aussparungen in Richtung der Vorzugsachse der Bewegung des Luftfederabrollkolbens.
Dies kann den Vorteil haben, dass zur Verfügung stehender Bauraum für andere Zwecke, wie z.B. dem Anbringen einer Transportsicherung, genutzt werden kann. Die Anzahl der Funktionalitäten eines Luftfederbeins könnten somit erhöht werden, ohne dass zusätzlicher Bauraum erforderlich ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung besteht das segmentierte elastische Lager aus dem Elastomer aus einem Einzelteil oder aus mehreren zusammengesetzten Teilen.
Die alternativen Ausführungsformen der Erfindung bieten in vorteilhafter Weise eine bedarfsgerechte Anpassung an die jeweilige Bauart eines Luftfederbeins. Die Ausführungsformen der Erfindung können somit bei verschiedenen Fahrzeugtypen zum Einsatz kommen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist das elastische Lager einen Metallkern als Verbindung einzelner Elastomersegmente auf, im Falle, dass das segmentierte elastische Lager aus einem Einzelteil besteht.
Dies kann den Vorteil haben, dass die einzelnen Elastomersegmente durch ein zentrales Bauelement relativ zueinander stabil fixiert werden. Stabilitätsgefährdende zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrade werden dadurch minimiert. Der Luftfederabrollkolben kann sich auf einem stabilen radseitig angeordneten Lager abstützen, obwohl das Lager keine kompakte Bauweise aufweist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist im Falle, dass das Lager aus dem Elastomer segmentiert ist, der Luftfederabrollkolben eine Transportsicherung in Form eines Rasthakens auf.
Dies kann den Vorteil haben, dass bei einem Transport der Luftfederabrollkolben und das Stoßdämpferrohr voneinander beabstandet bleiben. Die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Schädens am Luftfederabrollkolben bei einem Transport wird verringert.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das elastische Lager aus dem Elastomer in einem Vulkanisationsprozess mit dem Luftfederabrollkolben oder mit dem Adapter unlösbar verbunden.
Dies kann den Vorteil haben, dass sich die Bewegungsfreiheitsgrade auf die Freiheitsgrade der Relativbewegung zwischen Luftfederabrollkolben und dem Stoßdämpferrohr beschränken. Dies trägt zur Stabilität des Federbeins sowie zur Steigerung der Effizienz bei der Kraftübertragung zwischen dem Luftfederabrollkolben und dem Stoßdämpferrohr bei.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst diese weiter ein ringförmiges Dichtelement, welches in einer Nut am chassisseitigen Ende des Adapters radial angeordnet ist, wobei der Luftfederabrollkolben durch das elastische Dichtelement in seinen parallel zur Achse des Stoßdämpferrohrs gerichteten Relativbewegungen zum Stoßdämpferrohr und/oder zur Längsachse des Rollbalgs radial geführt wird.
Dies kann den Vorteil haben, dass eine Taumelbewegung der um das Stoßdämpferrohr konzentrisch angeordneten Komponenten verhindert und die Bewegungsführung der einzelnen Komponenten stabilisiert wird. Eine radiale Führung des Luftfederabrollkolbens erhöht somit die Stabilität des Federbeins ohne einen größeren Bauraum zu erfordern.
Die Nutzung eines Dichtelements zur radialen Führung erfüllt gleichzeitig den Zweck einer Abdichtung des Luftfederinnenraums gegenüber einer äußeren Atmosphäre. Das radseitig angeordnete elastische Lager muss somit keine Dichtfunktion mehr übernehmen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Materialpaarung zwischen dem Sitz des Dichtelements und dem Luftfederabrollkolben aus Aluminium und Polytetrafluorethylen und/oder Stahl und Polytetrafluorethylen gebildet.
Dies kann den Vorteil haben, dass der Reibungskoeffizient zwischen den Materialien des Dichtelements und des Luftfederabrollkolbens minimiert wird. Reibungsverluste und eine mögliche Geräuschentwicklung werden reduziert.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der Rollbalg eine Kardanikfalte auf.
Dies kann den Vorteil haben, dass die Achskinematik ausgeglichen wird. Der Luftfederabrollkolben braucht daher nicht für einen Kardanikausgleich genutzt werden. Eine obere radiale Führung der Kolbenbewegung ist möglich. Die Stabilität des Federbeins gegen senkrecht zur Längsachse des Federbeins wirkende Kräfte wird erhöht. Es kommt nicht zu Knickinstabilitäten des Federbeins.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein System aus einem Luftfederbein und einer Fahrzeuganbindung eines Fahrzeugs, wobei das Luftfederbein zur Federung eines Rads oder einer Achse des Fahrzeugs ausgebildet ist.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert.
1 eine schematische Darstellung des Luftfederbeins,
2 eine Detaildarstellung eines segmentierten elastischen Lagers.
In 1 ist ein Luftfederbein 100 dargestellt.
Aus der 1 geht hervor, durch welches Zusammenwirken von Faktoren Ausführungsformen der Erfindung das Luftfederbein 100 dazu befähigen, eine Kompensation von durch senkrecht zur Achse des Luftfederbeins wirkende Kräfte verursachte Relativbewegungen und Auslenkungen von Luftfederbauteilen zueinander zu bewirken, ohne eine kompakte Bauform des Luftfederabrollkolbens 107 aufgeben zu müssen, wobei gleichzeitig eine Entstehung von Abrollgeräuschen reduziert wird.
Der Luftfederabrollkolben 107 ist radseitig elastisch auf einem elastischen Lager 108 gelagert. Das Elastische Lager beinhaltet dabei ein Elastomer, wie z.B. Gummi und/oder Polyurethan, welches auch eine mögliche Geräuschentwicklung reduziert und eine akustische Isolierung ermöglicht.
Ein Adapter 106 ist fest mit dem Stoßdämpferrohr 104 verbunden. Dabei kann der Adapter 106 fest mit dem Stoßdämpferrohr 104 verschweißt und/oder luftdicht an das Stoßdämpferrohr 104 aufgepresst worden sein. Dies bewirkt, dass eine Relativbewegung zwischen dem Stoßdämpferrohr 104 und dem Adapter 106 ausgeschlossen wird. Bei einer Auf- und Abwärtsbewegung des Luftfederabrollkolbens 107 kommt es somit ausschließlich zu einer Relativbewegung zwischen dem Luftfederabrollkolben 107 und dem Stoßdämpferrohr 104.
Die Stabilität des Luftfederbeins 100 wird durch eine radiale Führung des Luftfederabrollkolbens 107 mittels einer am Adapter 106 angebrachten Nut 105 erhöht. Setzt man beispielsweise einen O-Ring in die Nut 105 ein, dichtet dieser den Luftfederinnenraum gegenüber einer äußeren Atmosphäre ab. Das radseitig positioniert elastische Lager 108 muss daher keine Dichtfunktion mehr übernehmen und muss somit nicht mehr kompakt gebaut sein.
Die Materialpaarung zwischen dem O-Ringsitz 105 und dem Luftfederabrollkolben 107 so ausgebildet sein, dass der Reibkoeffizienten klein ist, um Reibungsverluste und eine Geräuschentwicklung zu minimieren. So könnte beispielsweise eine Materialpaarung von Aluminium und Polytetrafluorethylen und/oder Stahl und Polytetrafluorethylen gewählt werden.
Durch eine Segmentierung des elastischen Lagers 108, wie es in 2 dargestellt ist, kann zur Verfügung stehender Bauraum anderweitig genutzt werden. So ist es z.B. möglich, wie in 1 dargestellt, eine Transportsicherung 109 zwischen dem Luftfederabrollkolben 107 und dem Adapter 106 anzubringen, welche den Luftfederabrollkolben 107 von dem Stoßdämpferrohr 104 beabstandet. Somit könnte bei einem möglichen Transport ein stabiler Abstandshalter, z. B. in Form eines Rasthakens, zwischen dem Luftfederabrollkolben 107 und dem Stoßdämpferrohr 104 die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Bruchs des Luftfederabrollkolbens und/oder eines sonstigen Schadens wesentlich erniedrigen. Der Durchmesser des elastischen Lagers 108 wird dabei nicht vergrößert.
Das segmentierte elastische Lager 108 kann sowohl aus einem als auch aus mehreren Teilen bestehen. Bei dem elastischen Lager 108 als Einteil kann ein Metallring 201 als Verbindung der einzelnen Segmente 200 des Elastomers genutzt werden, wie in 2 dargestellt. Durch Aussparungen 203 kann zusätzlicher Freiraum für z.B. eine Transportsicherung 109 geschaffen werden. Ein zusätzlicher Bauraum für eine Transportsicherung ist nicht erforderlich. Dabei kann die Transportsicherung 109 am Luftfederabrollkolben 107 oder am Adapter 106 des Stoßdämpferrohrs 104 angebracht sein.
Der Luftfederabrollkolben 107 stützt sich radseitig an seinem unteren Ende auf dem elastischen Lager 108 ab. Das elastische Lager 108 kann in einem Vulkanisationsprozess entweder mit dem Luftfederabrollkolben 107 oder mit dem Adapter 106 unlösbar verbunden werden. Dabei ist der Adapter 106 mit dem Stoßdämpferrohr 104 verschweißt oder luftdicht aufgepresst. Die Kraftübertragung des Luftfederabrollkolbens 107 zum Stoßdämpferrohr 104 hin erfolgt über den mit dem Stoßdämpferrohr fixierten Adapter. Die Kraftübertragung kann somit als effizient und robust gegen von außen wirkende Kräfte angesehen werden.
Ein Rollbalg 103, wie in 1 dargestellt, weist eine Kardanikfalte 103 auf zum Ausgleich einer Achskinematik. Die dadurch bewirkte Vergrößerung des Radius des Rollbalgs erhöht zusätzlich die Stabilität des Federbeins gegen senkrecht zur Längsachse des Federbeins wirkende Querkräfte.
Synergistisch wirkende Effekte von Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen eine Kompensation von durch senkrecht zur Achse des Luftfederbeins 100 wirkende Kräfte verursachte Relativbewegungen und Auslenkungen von Luftfederbauteilen zueinander bei gleichzeitiger Reduzierung von Abrollgeräuschen. Dabei braucht eine kompakte Bauweise des Luftfederabrollkolbens 107 nicht aufgegeben werden. Der gesamte Bauraum des Luftfederbeins 100 braucht dabei ebenfalls nicht vergrößert werden.
Ausführungsformen der Erfindung erniedrigen signifikant eine Wahrscheinlichkeit, dass Knickinstabilitäten im Luftfederbein 100 auftreten.
Ausführungsformen der Erfindung umfassen auch ein System aus einem Luftfederbein 100 und einer Fahrzeuganbindung eines Fahrzeugs, wobei das Luftfederbein 100 zur Federung eines Rads oder einer Achse des Fahrzeugs ausgebildet ist. In diesem Kontext ist unter einer Fahrzeuganbindung eine beliebig geartete Verbindung des Luftfederbeins 100 an eine Karosserie eines Fahrzeugs gemeint. Ausführungsformen der Erfindung sind somit kompatibel zu verschiedenen Fahrzeugtypen.
Bezugszeichenliste

100: Luftfederbein
101: Puffer
102: Deckel
103: Kardanikfalte
104: Stoßdämpferrohr
105: Nut
106: Adapter
107: Luftfederabrollkolben
108: Elastisches Lager
109: Transportsicherung
110: Rollbalg
200: Segment
201: Metallkern
203: Aussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19508980 C1 [0003]
DE 19908607 B4 [0004]

Claims

Luftfederbein (100) für ein Fahrzeug, umfassend – einen Luftfederabrollkolben (107), – ein Stoßdämpferrohr (104), – einen Rollbalg (110), – ein elastisches Lager (108) aus einem Elastomer, – einen Adapter (106), welcher mit dem Stoßdämpferrohr (104) fest verbunden ist, wobei das elastische Lager (108) aus dem Elastomer zwischen dem radseitigen Ende des Luftfederabrollkolbens (107) und dem radseitigen Ende des Adapters (106) angeordnet ist, so dass der Luftfederabrollkolben (107) in seinen parallel zur Achse des Stoßdämpferrohrs (104) gerichteten Relativbewegungen zum Stoßdämpferrohr (104) und/oder zur Längsachse des Rollbalgs (110) radial geführt wird.
Luftfederbein (100) nach Anspruch 1, wobei das elastische Lager (108) aus dem Elastomer eine Segmentierung aufweist mit Aussparungen (203) in Richtung der Vorzugsachse der Bewegung des Luftfederabrollkolbens (107).
Luftfederbein (100) nach Anspruch 2, wobei das segmentierte elastische Lager (108) aus dem Elastomer aus einem Einzelteil oder aus mehreren zusammengesetzten Teilen besteht.
Luftfederbein (100) nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei das elastische Lager (108) einen Metallkern (201) als Verbindung einzelner Elastomersegmente aufweist, im Falle, dass das segmentierte elastische Lager (108) aus einem Einzelteil besteht
Luftfederbein (100) nach den Ansprüchen 2 bis 4, wobei, im Falle, dass das Lager (108) aus dem Elastomer segmentiert ist, der Luftfederabrollkolben (107) eine Transportsicherung (109) in Form eines Rasthakens aufweist.
Luftfederbein (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elastische Lager (108) aus dem Elastomer in einem Vulkanisationsprozess mit dem Luftfederabrollkolben (107) oder mit dem Adapter (106) unlösbar verbunden ist.
Luftfederbein (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend ein ringförmiges Dichtelement, welches in einer Nut (105) am chassisseitigen Ende des Adapters (106) radial angeordnet ist, wobei der Luftfederabrollkolben (107) durch das elastische Dichtelement in seinen parallel zur Achse des Stoßdämpferrohrs (104) gerichteten Relativbewegungen zum Stoßdämpferrohr (104) und/oder zur Längsachse des Rollbalgs (110) radial geführt wird.
Luftfederbein (100) nach Anspruch 7, wobei eine Materialpaarung zwischen dem Sitz des Dichtelements und dem Luftfederabrollkolben (107) aus Aluminium und Polytetrafluorethylen und/oder Stahl und Polytetrafluorethylen gebildet wird.
Luftfederbein (100) nach Anspruch 1, wobei der Rollbalg (110) eine Kardanikfalte (103) aufweist.
System aus einem Luftfederbein (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Fahrzeuganbindung eines Fahrzeugs, wobei das Luftfederbein (100) zur Federung eines Rads oder einer Achse des Fahrzeugs ausgebildet ist.