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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftfeder mit einem Luftfederkolben, einem Luftfederdeckel und einem Luftfederbalg aus elastomerem Material, der am Luftfederdeckel und am Luftfederkolben in abgedichteter Weise befestigt ist.
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Zur Befestigung des Luftfederbalges am Luftfederkolben und am Luftfederdeckel ist es bekannt, den Luftfederbalg mithilfe von Spannringen am Luftfederkolben und am Luftfederdeckel festzuklemmen. Hierbei stellt das radiale Klemmen des Spannringes einen separaten Montagevorgang dar. Durch den Klemmverbund wird der Luftfederbalg aufgrund der Restklemmspannung nach dem Klemmen am Luftfederkolben oder am Luftfederdeckel fixiert.
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Auf den Luftfederbalg einwirkende Belastungen in Form von Temperaturspannungen und Zugkräften reduzieren jedoch die Restklemmspannung im Laufe der Nutzungsdauer. Erkennbar ist dieses durch ein Fließen des entsprechenden elastomeren Materiales des Luftfederbalges, insbesondere Gummis, und im ungünstigsten Fall durch ein Herausrutschen des Luftfederbalges aus dem Klemmverbund. Bei zu stark ausgelegten Klemmungen kann eine Beschädigung der Festigkeitsträger des Luftfederbalges verursacht werden.
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Aus der
DE 10 2007 027 834 A1 ist eine Luftfedereinrichtung bekannt, die einen Luftfederbalg aufweist, der mithilfe von Spannringen am Luftfederkolben und am Luftfederdeckel befestigt ist. Die Luftfedereinrichtung umfasst ferner mindestens deckelseitig einen die dortige Rollfalte des Luftfederbalges abstützenden konturierten Ring aus elastischem Material, der radial über dem Spannring und auf im Wesentlichen gleicher axialer Position des Spannringes angeordnet ist.
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Aus der
DE 10 2013 206 235 A1 ist eine Luftfeder bekannt, die einen an einem Luftfederdeckel und einem Luftfederkolben dichtend befestigten Luftfederbalg aus elastomerem Material aufweist. Ein Endbereich des Luftfederbalges ist mittels eines Spannringes an einem Klemmabschnitt des Luftfederdeckels befestigt. Es ist ein weiterer Ring vorgesehen, welcher zur Entlastung des Spannringes im Endbereich des Luftfederbalges und außerhalb des Klemmabschnittes angeordnet ist, wobei dessen Innendurchmesser im Wesentlichen einem Innendurchmesser des Spannringes entspricht.
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Aus der
US 3 438 309 ist eine Luftfeder bekannt, bei der ein Luftfederbalg an einem Luftfederdeckel und einem Luftfederkolben durch Klemmung zwischen Kolben und Deckel und einem schalenförmigen weiteren Bauteil fixiert ist. Das weitere Bauteil ist hierbei an einem Bauteil des zugehörigen Kraftfahrzeuges befestigt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, die eine besonders sichere Befestigung des Luftfederbalges am Luftfederdeckel und/oder Luftfederkolben aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Luftfeder der angegebenen Art dadurch gelöst, dass der Luftfederdeckel eine sich radial nach außen und oben und/oder der Luftfederkolben eine sich radial nach außen und unten erstreckende konische Klemmfläche aufweist und dass die Luftfeder einen Keilring mit einer radial inneren konischen Klemmfläche, mit der der Luftfederbalg gegen die konische Klemmfläche des Luftfederdeckels oder Luftfederkolbens gepresst ist, sowie einer radial äußeren Anlagefläche zur Anlage des Luftfederbalges bei entsprechendem Innendruck der Luftfeder umfasst.
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Erfindungsgemäß findet somit ein Keilring Verwendung, welcher axial von unten den Luftfederbalg am Luftfederdeckel oder axial von oben den Luftfederbalg am Luftfederkolben über einen entsprechenden inneren Konus fixiert. Bei der Montage wird der Luftfederbalg über den Konus vorzugsweise bis zu einem oberen Anschlag am Luftfederdeckel oder einem unteren Anschlag am Luftfederkolben geschoben. Danach wird der Keilring axial auf den Deckel oder Kolben geschoben, bis ein Festsitz des Luftfederbalges erreicht ist.
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Nach der Keilringmontage und der Luftfederrestmontage wird die Luftfeder unter Innendruck gesetzt, so dass sich der Luftfederbalg um den Keilring schlingt und mit der radial äußeren Anlagefläche des Keilringes in Anlage tritt. Die wirksamen Durchmesser und Anlage- sowie Abrollbereiche der entsprechenden Rollfalten des Luftfederbalges sind hierbei so gewählt, dass die obere Rollfalte des Balges immer gegen den Deckel bzw. die untere Rollfalte immer gegen den Kolben gedrückt wird.
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Im Betrieb drückt dann der Luftfederbalg durch die Umschlingung bzw. Anlage permanent den Keilring nach oben oder unten und stellt somit eine Selbstverstärkung des Klemmverbundes dar. Ein Verlust der Restklemmspannung wie bei einer konventionellen Klemmung mithilfe eines Spannringes ist somit ausgeschlossen. Es ist kein separater Klemmvorgang mit voreingestellten Klemmparametern erforderlich. Die Klemmung ist geometrieabhängig und wird einzig durch die Auslegung der Konuswinkel bestimmt. Es wird ein gleichmäßiger Klemmspannungsverbund erreicht, da keine Rundheitsabweichungen durch Klemmbackenunstetigkeiten vorhanden sind. Es wird eine kostengünstige Befestigung erreicht, da ein einfacher Montageprozess vorhanden ist.
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Ein Spannring ist bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht mehr erforderlich, so dass insgesamt eine Kosten-, Montage- und Qualitätsverbesserung erreicht wird.
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Der erfindungsgemäß verwendete Keilring besitzt eine radial innere konische Klemmfläche sowie eine radial äußere Anlagefläche zur Anlage des Luftfederbalges. Insbesondere ist der Keilring im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet. Hier ist ein entsprechender Freiraum vorgesehen, so dass der Keilring in Axialrichtung bewegungsfähig ist.
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Der Konuswinkel der radial inneren konischen Klemmfläche des Keilringes und/oder der Konuswinkel des Luftfederdeckels und/oder Luftfederkolbens ist vorzugsweise so gewählt, dass eine Selbsthemmung entsteht.
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Wie bereits erwähnt, weist der Keilring in seiner Montageposition vorzugsweise axial einen Freiraum zum Luftfederdeckel oder Luftfederkolben auf, damit eine permanente Verpressung des Luftfederbalges zum Deckel bzw. Kolben gewährleistet ist.
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Je nach Betriebsfestigkeitsanspruch (Temperatur, Innendruck) können der Keilring sowie der Luftfederdeckel und der Luftfederkolben aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff ausgeführt werden. Wenn der Luftfederdeckel oder Luftfederkolben aus Kunststoff hergestellt wird, wird zur Vermeidung eines Fließens ein Einlegering empfohlen. Durch die Wahl des Keilringmateriales wird die radiale Elastizität festgelegt, welche je nach Ausführung die Klemmwirkung verbessert.
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Die konischen Klemmflächen können zur Erhöhung der Rauigkeit strukturiert sein. Auch können sie einen Klebeverbund aufweisen. Ein Beispiel für eine geeignete Strukturierung ist die Anordnung einer Vielzahl von kleinen Zähnen. Andere Rauheitsformationen sind ebenfalls möglich. Je nach Fertigungsverfahren des Deckels oder Kolbens kann auf eine Nachbearbeitung der Konusbereiche am Keilring und am Deckel bzw. Kolben verzichtet werden, um auf diese Weise die Rauigkeit zu verbessern.
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In Bezug auf die Ausgestaltung der Klemmfläche des Keilringes sowie der Klemmflächen des Luftfederdeckels und/oder Luftfederkolbens sind diverse Ausführungsformen möglich. Bei einer ersten Ausführungsform weisen die konischen Klemmflächen des Keilringes und des Luftfederdeckels und/oder Luftfederkolbens jeweils den gleichen Winkel mit der Luftfederachse auf. Bei einer anderen Ausführungsform bilden die konischen Klemmflächen des Keilringes und des Luftfederdeckels und/oder Luftfederkolbens jeweils unterschiedliche Winkel mit der Luftfederachse. Bei dieser Ausführungsform wird daher der Luftfederbalg im Klemmbereich unterschiedlich stark zusammengepresst.
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Bei noch einer anderen Ausführungsform sind die konischen Klemmflächen des Keilringes und des Luftfederdeckels und/oder Luftfederkolbens bogenförmig ausgebildet. Auch ist eine Ausführungsform vorgesehen, bei der die konischen Klemmflächen des Keilringes und des Luftfederdeckels und/oder Luftfederkolbens innerhalb des jeweiligen Konus jeweils unterschiedliche Winkel besitzen.
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Noch eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Klemmflächen des Keilringes und des Luftfederdeckels und/oder Luftfederkolbens jeweils eine im Wesentlichen konische Freiformfläche aufweisen. Hierbei ist daher eine beliebige Gestaltung des Konusbereiches möglich.
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Keilring und zugehörige Klemmfläche am Luftfederdeckel bzw. Luftfederkolben können daher verschiedenartig ausgebildet sein, wenn nur ein entsprechender Klemmeffekt des Luftfederbalges mit entsprechender Umschlingung des Keilringes und Anlage des Balges an der zugehörigen Keilringfläche im Betrieb der Luftfeder erreicht wird. Hierdurch wird der Effekt erzielt, dass die Luftfeder den Keilring im Betrieb gegen den Luftfederdeckel bzw. Luftfederkolben presst, so dass die Klemmwirkung in Bezug auf den entsprechenden Endabschnitt des Luftfederbalges verstärkt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 einen Teilvertikalschnitt durch eine Luftfeder mit Darstellung der Befestigung des Luftfederbalges am Luftfederdeckel;
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2 einen Teilvertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Luftfeder, ebenfalls mit Darstellung der Befestigung des Luftfederbalges am Luftfederdeckel;
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3 einen Teilvertikalschnitt durch eine dritte Ausführungsform einer Luftfeder, ebenfalls mit Darstellung der Befestigung des Luftfederbalges am Luftfederdeckel;
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4 einen Teilvertikalschnitt durch eine vierte Ausführungsform einer Luftfeder, ebenfalls mit Darstellung der Befestigung des Luftfederbalges am Luftfederdeckel; und
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5 einen Teilvertikalschnitt durch eine fünfte Ausführungsform einer Luftfeder, ebenfalls mit Darstellung der Befestigung des Luftfederbalges am Luftfederdeckel.
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Die in 1 dargestellte Luftfeder 1 besitzt einen Luftfederdeckel 2, einen Luftfederkolben 4 und einen Luftfederdeckel und Luftfederkolben miteinander verbindenden Luftfederbalg 3 aus elastomerem Material, beispielsweise Gummi. Der Luftfederdeckel 2 und der Luftfederkolben 4 sind hierbei an entsprechenden Teilen eines Kraftfahrzeuges befestigt (nicht gezeigt).
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Die Befestigung des Luftfederbalges 3 am Luftfederkolben 4 erfolgt bei dieser Ausführungsform in herkömmlicher Weise, während die Fixierung des Luftfederbalges 3 am Luftfederdeckel 2 auf erfindungsgemäße Weise durchgeführt ist. Hierzu besitzt der Luftfederdeckel 2 eine sich radial nach außen und nach oben erstreckende konische Klemmfläche 6, an der der obere Endbereich des Luftfederbalges 3 festgeklemmt ist. Der Luftfederbalg 3 ist hierbei zwischen der konischen Klemmfläche 6 und einer konischen Klemmfläche 7 eines Keilringes 5 festgeklemmt. Der Keilring 5 besitzt die erwähnte radial innere konische Klemmfläche 7, die sich radial nach außen und oben erstreckt. Ferner hat der im Querschnitt dreieckförmige Keilring 5 eine Anlagefläche 8 für den Luftfederbalg 3, die sich in der hier gezeigten Montagestellung des Keilringes 5 ebenfalls radial nach außen und nach oben erstreckt, jedoch in Bezug auf die Längsachse der Luftfeder 1 unter einem größeren Winkel als die Klemmfläche 7. Eine dritte Fläche des Keilringes 5 erstreckt sich in der hier gezeigten Montagestellung etwa horizontal und bildet dessen oberen Abschluss.
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Bei der Montage der Luftfeder 1 wird der Endabschnitt des Luftfederbalges 3 zwischen den beiden Klemmflächen 6 und 7 festgeklemmt, indem der Keilring 5 so weit axial nach oben bewegt wird, bis Selbsthemmung eintritt. Wenn die Luftfeder nach ihrer Montage in Betrieb genommen wird, bildet sich eine obere Rollfalte des Luftfederbalges 3 aus. Der Luftfederbalg 3 wird hierbei gegen die Anlagefläche 8 des Keilringes 5 gedrückt und setzt hierdurch den Keilring 5 permanent unter Vorspannung, so dass sich die Klemmung des Balges während des Betriebes der Luftfeder nicht lösen kann.
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Die 2 bis 5 zeigen weitere Ausführungsformen der Befestigung des Luftfederbalges 3 am Luftfederdeckel 2. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform weist die konische Klemmfläche 6 des Deckels 2 einen anderen Winkel in Bezug auf die Mittelachse der Luftfeder auf als die Klemmfläche 7 des Keilringes 5. Der Winkel der Klemmfläche 6 ist hierbei etwas kleiner als der Winkel der Klemmfläche 7, so dass der Luftfederbalg 3 am in der Figur unteren Ende des Klemmbereiches stärker zusammengepresst wird als am oberen Ende.
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Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform sind beide Klemmflächen 6 und 7 bogenförmig ausgebildet. Bei der Ausführungsform der 4 weisen beide Klemmflächen 6 und 7 im Klemmbereich Abschnitte mit verschieden großen Winkeln auf, so dass im Klemmbereich ein Knick angeordnet ist. Bei der Ausführungsform der 5 sind die beiden Klemmflächen 6, 7 als frei geformte Klemmflächen ausgebildet.
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Bei sämtlichen Ausführungsformen wird im Betrieb der Luftfeder durch deren Innendruck der Luftfederbalg 3 gegen die Anlagefläche 8 des Keilringes 5 gedrückt, so dass der Keilring 5 permanent mit einer in der Figur nach oben gerichteten Kraft beaufschlagt wird, die eine dauerhafte Vorspannung auf den Klemmbereich ausübt, so dass eine dauerhafte Fixierung des Luftfederbalges im Klemmbereich erreicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftfeder
- 2
- Luftfederdeckel
- 3
- Luftfederbalg
- 4
- Luftfederkolben
- 5
- Keilring
- 6
- Klemmfläche
- 7
- Klemmfläche
- 8
- Anlagefläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007027834 A1 [0004]
- DE 102013206235 A1 [0005]
- US 3438309 [0006]
