-
Die
Erfindung betrifft einen Tauchkolben für eine Luftfeder, wie sie beispielsweise
bei Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Der Tauchkolben ist als topfförmiger Hohlkörper ausgebildet,
wobei der Hohlkörper
am Tauchkolbenrand luftdicht verschlossen und der Tauchkolbenboden
mit einem mit Druckluft beaufschlagbaren Luftfederbalg, der an der
Außenseite des
Tauchkolbenmantels bei Federbewegungen abrollt, Luft leitend verbunden
werden kann.
-
Derartige
Luftfedern kommen insbesondere bei Nutzfahrzeugen, in zunehmendem
Maße auch bei
Personenwagen, aber auch bei Maschinen zum Einsatz, bei denen zwei
zueinander bewegliche Bauteile gegeneinander abgefedert werden müssen. Durch
den in den Luftfederbälgen
veränderbaren Luftdruck
lässt sich
die Federwirkung beeinflussen.
-
Aus
dem Stand der Technik sind beispielsweise Luftfedern für Lastkraftwagen
bekannt, die zwischen dem abzufedernden Fahrzeugrahmen und dem federnden
Achsträger
wirksam sind. Diese Luftfedern weisen einen mit Druckluft beaufschlagbaren Luftfederbalg
auf, der mit dem abzufedernden Bauteil verbunden ist. Der als topfför miger Hohlkörper ausgebildete
Tauchkolben ist mit dem Luftfederbalg Luft leitend verbunden, so
dass das gesamte für
die Luftfederung zur Verfügung
stehende Volumen durch das Gesamtvolumen des Luftfederbalgs und
des Tauchkolbens gebildet ist. Der Tauchkolben ist mit seinem nach
unten weisenden Tauchkolbenende, welches durch den Rand des topfförmigen Hohlkörpers gebildet
ist, mit dem federnden Achsträger
verbunden. Der nach oben weisende Tauchkolbenboden ist mit dem Luftfederbalg
verbunden, der bei Federbewegungen an der Außenseite des Tauchkolbenmantels
abrollt, wobei die Federwirkung durch die mit Luft gefüllte Anordnung
aus Luftfederbalg und Tauchkolben bewirkt wird. Je größer dabei
das Gesamtvolumen ist, desto besser ist die Luftfederwirkung.
-
Der
als Hohlkörper
ausgebildete Tauchkolben ist herkömmlicher Weise aus Stahlblech
als Tiefziehteil ausgebildet, so dass die bekannten Tauchkolben
ein relativ hohes Gewicht aufweisen, wobei auch die Material- und
Herstellungskosten nicht unerheblich sind. Aufgrund der Konstruktion
aus dem Werkstoff Stahlblech weist der bekannte Tauchkolben eine ausreichende
Formstabilität
auf.
-
Ausgehend
von den bekannten Luftfedern, stellt sich die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe, einen Tauchkolben für eine Luftfeder anzugeben, der
ein gegenüber
herkömmlichen
Tauchkolben reduziertes Gewicht aufweist, auf einfache Weise und kostengünstig herzustellen
ist und eine mit der herkömmlichen
Bauform vergleichbare Formstabilität aufweist.
-
Diese
Aufgabe der Erfindung wird durch einen Tauchkolben gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Demgemäß besteht
der Tauchkolben zumindest teilweise aus Kunststoff. Dieser Werkstoff
ist wesentliche leichter als das herkömmlicher Weise verwendete Stahlblech
und lässt
sich beispielsweise in Spritzgusstechnik besonders einfach handhaben.
Es ist somit eine kostengünstige
Herstellung des Tauchkolbens möglich.
-
Um
eine ausreichende Formstabilität
zu erreichen, sind innerhalb des Hohlkörpers Versteifungsstrukturen
angeordnet. Diese Versteifungsstrukturen können auch Hohlräume ausbilden.
Damit jedoch das für
die Luftfederung zur Verfügung
stehende Luftvolumen durch diese Hohlraumbildung nicht eingeschränkt wird,
lassen sich diese Hohlräume
Luft leitend mit dem Luftfederbalg verbinden, so dass auch innerhalb
des Hohlkörpers
durch die Versteifungsstrukturen gebildete Hohlräume zum gesamten Luftvolumen
beitragen.
-
Damit
der Luftfederbalg sich einfach direkt mit dem Tauchkolben Luft leitend
verbinden lässt, kann
der Tauchkolbenboden eine zentrale Anschlussöffnung aufweisen. An dieser
Anschlussöffnung kann
der Luftfederbalg direkt angeschlossen werden.
-
Eine
besonders gute Formstabilität
lässt sich dadurch
erreichen, dass die Versteifungsstrukturen radialsymmetrisch zur
Mittelachse des Hohlkörpers angeordnet
sind. Dabei können
die Versteifungsstrukturen eine Mehrzahl sich von der Mittelachse
radial erstreckender und in Umfangsrichtung des Hohlkörpers voneinander
beabstandeter, plattenförmiger Versteifungselemente
aufweisen. Diese Art der Versteifungsstrukturen lässt sich
in Kunststoff auf einfache Weise herstellen.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung können
die Versteifungsstrukturen einen sich vom Tauchkolbenboden in den
Hohlkörper vorstehenden
Versteifungszylinder aufweisen. Ein derartiger Versteifungszylinder
trägt insbesondere
in Richtung der Zylinder-Längserstreckung
zur Formstabilität
des Tauchkolbens bei. Der Versteifungszylinder umschließt dabei
einen zylindrischen Innenraum, wobei zwischen der Außenseite
des Versteifungszylinders und der Innenseite des Tauchkolbenmantels
ein ringförmiger
Außenraum
definiert ist. Damit das Volumen sowohl des Innenraums als auch des
Außenraums
für das
gesamte Luftfedervolumen zur Verfügung steht, ist im Versteifungszylinder
mindestens eine Durchgangsöffnung
angebracht, welche den Innenraum mit dem Außenraum Luft leitend verbindet.
-
Besonders
effektiv kann der Luftaustausch zwischen dem Innenraum und dem Außenraum
dadurch gestaltet werden, das im Versteifungszylinder eine Mehrzahl
zu einander in Umfangsrichtung beabstandeter Durchgangsöffnungen
angebracht sind.
-
Gemäß einer
ebenfalls bevorzugten Ausführungsform
kann der Durchmesser des Versteifungszylinders am Tauchkolbenboden
größer als
der Durchmesser des Versteifungszylinders am dem Tauchkolbenboden
abgewandten Ende sein. Indem somit der Durchmesser des Versteifungszylinders von
einem Ende des Versteifungszylinders zum anderen Ende abnimmt und
sich eine konisch zulaufende Form des Zylinder-Längsschnitts ergibt, können besonders
einfache Werkzeuge für
den Kunststoff-Spritzguss
verwendet werden. Zudem fördert diese
Formgebung auch die Formstabilität
des Tauchkolbens in Richtung der Längserstreckung des Versteifungszylinders.
-
Eine
insbesondere fertigungstechnisch einfache Anordnung wird dadurch
geschaffen, dass der Versteifungszylinder einseitig an der zentralen
Anschlussöffnung
im Tauchkolbenboden anschließen kann.
Zudem wird der Anschlussbereich zwischen dem Luftfederbalg und dem
Tauchkolben durch diese Anordnung in Richtung der Längserstreckung
des Versteifungszylinders besonders wirkungsvoll gegen Verformungen
abgestützt.
-
Der
vom Versteifungszylinder umschlossene zylindrische Innenraum kann
am dem Tauchkolbenboden abgewandten Ende durch einen kreisrunden Deckel
luftdicht verschlossen sein, um das Volumen im Innenraum zu begrenzen
und einseitig luftdicht abzudichten. Insbesondere dann, wenn der
kreisrunde Deckel aus Kunststoff besteht und einstückig mit dem
Versteifungszylinder ausgebildet ist, lässt sich eine derartige Anordnung
auch herstellungstechnisch einfach umsetzen, wobei einfache Spritzgusswerkzeuge
zum Einsatz kommen können.
-
Zusätzlich kann
der zwischen der Außenseite
des Versteifungszylinders und der Innenseite des Tauchkolbenmantels
definierte ringförmige
Außenraum
am dem Tauchkolbenboden abgewandten Ende durch einen ringförmigen Deckel
luftdicht verschlossen werden. Dabei kann der ringförmige Deckel
an seinem inneren Umfang mit dem Versteifungszylinder und an seinem äußeren Umfang
mit dem Tauchkolbenrand dichtend verbunden werden.
-
Mit
der Anordnung des mittig angeordneten kreisrunden Deckels zur Abdichtung
des Innenraums und dem ringförmigen
Deckel zur Abdichtung des Außenraums
wird das Gesamtvolumen des Tauchkolbens festgelegt und dieser nach
außen
luftdicht abgedichtet. Bei der Herstellung kann im Spritzgussverfahren,
der Außenraum
ohne ringförmigen
Deckel auf einfache Weise mit einfachen Werkzeigen ausgebildet werden.
Nach der Ausbildung des Außenraums
kann der ringförmige
Deckel auf einfache Weise aufgesetzt werden.
-
Der
ringförmige
Deckel kann dabei aus einem Kunststoff, einem Metall oder einem
zumindest teilweise mit Kunststoff ummantelten Metall gebildet sein.
Die letztgenannten Ausgestaltungen des ringförmigen Deckels bieten eine
besonders gute Verwindungssteifigkeit und tragen effektiv auch zur Formstabilität des Tauchkolbens
bei. Auf einfache Weise kann der ringförmige Deckel mit dem Versteifungszylinder
und dem Tauchkolbenrand verschweißt, verklebt oder dergleichen
luftdicht verbunden werden.
-
Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
können
die Versteifungsstrukturen als verbesserten Verformungsschutz eine
Mehrzahl plattenförmiger
Versteifungsstege aufweisen, die sich in dem ringförmigen Außenraum
radial zur Mittelachse erstrecken und in Umfangsrichtung des Versteifungszylinders
zueinander beabstandet angeordnet sind. Damit wird der Außenraum
zusätzlich
versteift.
-
Besonders
effektiv und herstellungstechnisch einfach herzustellen ist eine
Versteifungsstruktur, bei der die plattenförmigen Versteifungsstege die Querschnittsfläche des
ringförmigen
Außenraumes abdecken
können.
Dabei werden im Außenraum
einander angrenzende Hohlräume
ausgebildet, welche durch die Durchgangsöffnungen mit dem Innenraum Luft
leitend verbunden sind.
-
Damit
jeder der durch die Versteifungsstege im Außenraum definierten Hohlräume zum
gesamten Luftfederungsvolumen beitragen kann, können die Durchgangsöffnungen
im Versteifungszylinder im Zwischenraum zwischen zwei voneinander beabstandeten
plattenförmigen
Versteifungsstreben angeordnet sein.
-
Im
Spritzgussverfahren lassen sich die Durchgangsöffnungen leicht als sich parallel
zur Zylinderachse erstreckende, schlitzförmige Öffnungen ausbilden. Insbesondere
dann, wenn der Durchmesser des Versteifungszylinders von einem Ende
des Versteifungszylinders zum anderen Ende abnimmt und sich eine
konisch zulaufende Form des Zylinder-Längsschnitts ergibt, können durch
Wahl eines geeigneten Werkzeugs die Längsschlitze in einem Spritzgussschritt
mit dem Versteifungszylinder ausgebildet werden.
-
Bei
einer alternativen Ausführungsform
können
sich die schlitzförmigen Öffnungen
vom Tauchkolbenboden bis zum Deckel erstrecken, so dass eine Anordnung
aus einzelnen, voneinander beabstandeten Versteifungsstreben, die
sich im gleichen radialen Abstand von der Mittelachse und parallel dazu
erstrecken, geschaffen ist.
-
Anstelle
der schlitzförmigen
Durchgangsöffnungen
oder zusätzlich
zu diesen können
die Durchgangsöffnungen
auch als kreisrunde Öffnungen
ausgebildet sein. Dabei ist bei der Herstellung in Spritzgusstechnik
ein spezielles Werkzeug zur Ausbildung der kreisrunden Öffnungen
zu verwenden.
-
Zur
weiteren Versteifung kann an dem den Versteifungszylinder einseitig
verschließenden
kreisrunden Deckel ein sich nach innen erstreckender zentraler Zapfen
angeformt sein. Dieser Zapfen kann gleichzeitig auch als Schraubdom
zur Schaffung einer Schraubverbindung zu einem gefederten Bauteil dienen.
-
Um
den Innenraum besonders gut gegen Verformungen in Längserstreckungsrichtung
des Versteifungszylinders zu schützen
und die umlaufende Wand des Versteifungszylinders abzustützen, können die
Versteifungsstrukturen eine Mehrzahl plattenförmiger Stützstreben aufweisen, die sich
vom zentralen Zapfen in Umfangsrichtung des Zapfens radial und voneinander
beabstandet bis zur Innenseite des Versteifungszylinders erstrecken.
-
Um
eine ungestörte
Luftleitung zum Außenbereich
zu erreichen, können
die Durchgangsöffnungen
im Versteifungszylinder im Zwischenraum zwischen zwei voneinander
beabstandeten plattenförmigen
Stützstreben
angeordnet sein.
-
Eine
besonders effektive Abstützung
des Versteifungszylinders im Innenraum kann dadurch erreicht werden,
dass die Höhe
der plattenförmigen Stützstreben
am zentralen Zapfen kleiner als die Höhe der plattenförmigen Stützstreben
an der Innenseite des Versteifungszylinders ist.
-
Besonders
kostengünstig
lässt sich
der erfindungsgemäße Tauchkolben
dadurch herstellen, dass zumindest der Tauchkolbenmantel, der Tauchkolbenboden
und die Versteifungsstrukturen einstückig aus Kunststoff insbesondere
im Spritzgussverfahren hergestellt sind. Der gesamte Tauchkolben
lässt sich
dadurch einstückig
in einem Spritzgussschritt herstellen.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 in
schematischer Ansicht und in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Tauchkolbens,
wobei der ringförmige
Deckel von den zwischen dem Versteifungszylinder und der Tauchkolbenwandung
gebildeten Außenraum
abgehoben dargestellt ist;
-
2 in
schematischer Ansicht und im Längsschnitt
den in 1 gezeigten Tauchkolben mit einem im Längsschnitt
konisch zulaufenden Versteifungszylinder und schlitzförmigen Durchgangsöffnungen
zwischen dem Innen- und dem Außenraum, wobei
der ringförmige
Deckel aufgesetzt ist;
-
3 in
schematischer und perspektivischer Ansicht und im Längsschnitt
den in den 1 und 2 gezeigten
Tauchkolben;
-
4 in
schematischer Ansicht und im Längsschnitt
eine andere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Tauchkolbens
mit einem im Längsschnitt
geraden Versteifungszylinder und kreisrunden Durchgangsöffnungen
zwischen dem Innen- und dem Außenraum,
wobei der ringförmige
Deckel aufgesetzt ist; und
-
5 in
schematischer und perspektivischer Ansicht und im Längsschnitt
den in der 4 gezeigten Tauchkolben.
-
1 zeigt
in schematischer Ansicht und in perspektivischer Darstellung eine
Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Tauchkolbens
für eine
Luftfeder für
die Luftfederung eines Kraftfahrzeuges. Der Tauchkolben ist als
topfförmiger
Hohlkörper 10 ausgebildet,
der von einem Tauchkolbenmantel 18 umfangsmäßig begrenzt
ist. In der 1 ist der Tauchkolbenboden 14 nach
oben gerichtet dargestellt und weist eine zentrale Anschlussöffnung 20 auf.
An der Anschlussöffnung 20 kann
direkt ein (in der 1 nicht dargestellter) Luftfederbalg
angeschlossen werden.
-
Der
Tauchkolben ist aus Kunststoff einstückig im Spritzgussverfahren
hergestellt. Innerhalb des Hohlkörpers 10 sind
mehrere Versteifungsstrukturen 22, 44, 46 angeordnet,
die in der nach unten offenen Darstellung der 1 sichtbar
sind. Die Versteifungsstrukturen 22 und 44 sind
radialsymmetrisch zur Mittelachse M des Hohlkörpers 10 angeordnet.
Der Hohlkörper
lässt sich
am unteren Tauchkolbenrand 12 luftdicht verschließen. Dazu
wird der in der 1 abgehoben dargestellte ringförmige Deckel 32 am
unteren Tauchkolbenrand luftdicht angebracht. Der ringförmige Deckel 34 beseht
aus einem mit Kunststoff 40 ummantelten Metall 42,
kann in alternativer Ausführung
jedoch auch ganz aus Kunststoff oder aber auch ganz aus Metall bestehen.
-
2 zeigt
in schematischer Ansicht und im Längsschnitt den in 1 gezeigten
Tauchkolben, wobei der ringförmige
Deckel 32 aufgesetzt ist. 3 zeigt
in schematischer und perspektivischer Ansicht und im Längsschnitt
den in den 1 und 2 gezeigten
Tauchkolben.
-
An
der zentralen Anschlussöffnung 20 am Tauchkolbenboden 14 ist
ein (in 2 nur angedeutet dargestellter
Luftfederbalg 16) angeschlossen. Der mit Druckluft beaufschlagbare
Luftfederbalg 16 rollt bei Federbewegungen an der Außenseite
des Tauchkolbenmantels 18 ab.
-
Die
Versteifungsstrukturen weisen einen sich vom Tauchkolbenboden 14 im
Hohlkörper 10 vorstehenden
Versteifungszylinder 22 auf. Der Versteifungszylinder 22 umschließt einen
zylindrischen Innenraum 24. Zwischen der Außenseite
des Versteifungszylinders 22 und der Innenseite des Tauchkolbenmantels 18 ist
ein ringförmiger
Außenraum 26 definiert.
Im Versteifungszylinder 22 sind mehrere, voneinander umfangsmäßig im Abstand
a beabstandete Durchgangsöffnung 28 angebracht,
welche den Innenraum 24 mit dem Außenraum 26 Luft leitend
verbinden.
-
Der
Durchmesser D des Versteifungszylinders 22 ist unmittelbar
am Tauchkolbenboden 14 größer als der Durchmesser d des
Versteifungszylinders 22 unmittelbar am dem Tauchkolbenboden 14 abgewandten
Ende 30. Somit nimmt der Durchmesser des Versteifungszylinders
von einem Ende des Versteifungszylinders zum anderen Ende ab und
es ergibt sich eine konisch zulaufende Form des Zylinderlängsschnitts.
Der Versteifungszylinder 22 ist einseitig an der zentralen
Anschlussöffnung 20 im
Tauchkolbenboden 14 angeschlossen.
-
Der
vom Versteifungszylinder 22 umschlossene zylindrische Innenraum 24 ist
am dem Tauchkolbenboden 14 abgewandten Ende 30 durch
einen kreisrunden Deckel 32 luftdicht verschlossen. Der kreisrunde
Deckel 32 besteht aus Kunststoff und ist einstückig mit
dem Versteifungszylinder 22 ausgebildet.
-
Der
zwischen der Außenseite
des Versteifungszylinders 22 und der Innenseite des Tauchkolbenmantels 18 definierte
ringförmige
Außenraum 26 ist
am dem Tauchkolbenboden 14 abgewandten Ende 30 durch
den ringförmigen
Deckel 34 luftdicht verschlossen. Dabei ist der ringförmige Deckel 34 an seinem
inneren Umfang 30 mit dem Versteifungszylinder 22 und
an seinem äußeren Umfang 28 mit
dem Tauchkolbenrand 12 dichtend verbunden. Der ringförmige Deckel 34 ist
mit dem Versteifungszylinder 22 und dem Tauchkolbenrand 12 verschweißt, kann alternativ
jedoch auch verklebt oder dergleichen luftdicht verbunden sein.
-
Eine
Mehrzahl plattenförmiger
Versteifungsstege 44 erstrecken sich in dem ringförmigen Außenraum 26 radial
zur Mittelachse M und sind in Umfangsrichtung des Versteifungszylinders 22 zueinander
beabstandet angeordnet. Die plattenförmigen Versteifungsstege 44 decken
die Querschnittsfläche des
ringförmigen
Außenraumes 26 ab
bzw. füllen
die Querschnittsfläche
des ringförmigen
Außenraumes 26 vollständig aus,
wie anhand der 2 und 3 deutlich
wird. Dadurch werden einander angrenzende Hohlräume ausgebildet, die durch
Versteifungsstege 44 voneinander abgetrennt sind. Diese
Hohlräume
sind durch die Durchgangsöffnungen 28 mit dem
Innenraum 24 des Versteifungszylinders 22 Luft leitend
verbunden. Dabei sind die Durchgangsöffnungen 28 im Versteifungszylinder 22 im
Zwischenraum zwischen zwei voneinander beabstandeten plattenförmigen Versteifungsstreben 44 angeordnet. Die
Durchgangsöffnungen 28 sind
als sich parallel zur Zylinderachse bzw. Mittelachse M erstreckende, schlitzförmige Öffnungen
ausgebildet sind.
-
An
dem den Versteifungszylinder 22 einseitig verschließenden kreisrunden
Deckel 32 ist ein sich nach innen erstreckender zentraler
Zapfen 46 angeformt. Mehrere plattenförmige Stützstreben 48 erstrecken
sich vom zentralen Zapfen 46 in Umfangsrichtung des Zapfens 46 radial
nach außen.
Die Stützstreben 48 erstrecken
sind voneinander in gleichen Abständen beabstandet bis zur Innenseite
des Versteifungszylinders 22. Die Durchgangsöffnungen 28 sind
im Versteifungszylinder 22 im Zwischenraum zwischen zwei
voneinander beabstandeten, plattenförmigen Stützstreben 48 angeordnet.
-
Die
Höhe h
der plattenförmigen
Stützstreben 48 ist
unmittelbar am zentralen Zapfen 46 kleiner als die Höhe H der
plattenförmigen
Stützstreben 48 unmittelbar
an der Innenseite des Versteifungszylinders 22.
-
4 zeigt
in schematischer Ansicht und im Längsschnitt eine andere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Tauchkolbens
mit einem im Längsschnitt
geraden Versteifungszylinder und kreisrunden Durchgangsöffnungen 29 zwischen
dem Innen- und dem Außenraum. 5 zeigt
in schematischer und perspektivischer Ansicht und im Längsschnitt
den in der 4 gezeigten Tauchkolben.
-
In
den 4 und 5 sind die Bezugszeichen verwendet,
wie sie bereits in den 2 und 3 verwendet
wurden. Diese bezeichnen gleiche Komponenten. Unterschiede in der
Ausgestaltung der Ausführungsform
der 4 und 5 betreffen den Versteifungszylinder 22 und
die Durchgangsöffnungen 29.
-
Gemäß der 4 und 5 ist
der Durchmesser D des Versteifungszylinders 22 unmittelbar am
Tauchkolbenboden 14 gleich dem Durchmesser d des Versteifungszylinders 22 unmittelbar
am dem Tauchkolbenboden 14 abgewandten Ende 30.
Somit ist der Durchmesser des Versteifungszylinders stets gleich
und es ergibt sich eine gerade Form des Zylinder-Längsschnitts.
Die Durchgangsöffnungen
sind als kreisrunde Öffnungen 29 ausgebildet.