WO2019106058A1 - Luftfederbein mit verstärkungskern im deckel - Google Patents

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WO2019106058A1
WO2019106058A1 PCT/EP2018/082919 EP2018082919W WO2019106058A1 WO 2019106058 A1 WO2019106058 A1 WO 2019106058A1 EP 2018082919 W EP2018082919 W EP 2018082919W WO 2019106058 A1 WO2019106058 A1 WO 2019106058A1
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air spring
cover
reinforcing core
plastic material
spring cover
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PCT/EP2018/082919
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Kai Marcus Rautenberg
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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    • F16F2224/02—Materials; Material properties solids
    • F16F2224/0241—Fibre-reinforced plastics [FRP]

Definitions

  • the invention relates to an air spring strut according to the preamble of claim 1.
  • An air spring strut as is known, for example, from DE 10 2012 012 902 A1, is arranged between the motor vehicle chassis or a wheel carrier and the motor vehicle body.
  • the air strut comprises an air spring and a shock absorber.
  • the air spring fulfills the function to cushion the wheel, while the shock absorber dampens the vibrations of the wheel or the vehicle body.
  • the air spring consists essentially of an air spring cover, a rolling piston and an air-tightly clamped between them rolling bellows, whereby a standing under air pressure working space is limited.
  • the rolling bellows is enclosed by a sleeve-shaped outer guide and rolls during compression under education from a rolling fold on the concentric rolling piston from.
  • the air spring strut is connected by means corre sponding fastening means with the vehicle body.
  • the arranged inside the air spring shock absorber is egg neterrorism connected to the wheel and on the other hand with its plunging into the damper tube piston rod via a Dämp ferlager in the air spring cover mounted in stock.
  • a Dämp ferlager in the air spring cover mounted in stock.
  • the damper bearing of the shock absorber is stored and this at the same time the entire air spring strut is connected to the body, this component must have special strength properties.
  • Known, most large-volume air spring cover made of at least two components. In this case, in an integral connection of the components an identical Ma material, usually a metal used, from which in particular the bearing receptacle is made. Such a cover is known, for example, from DE 10 2013 212 982 A1.
  • the entire air spring strut is connected via the air spring cover to the vehicle body.
  • the air spring cover as a pressure body or as a large volume of air comprehensive cover part of the spring-effective internal volume of the air spring. Therefore, the air spring cover must also ensure a pressure-tight closure of the interior of the air spring to the outside.
  • the rolling bellows is connected by means of clamping rings to a provided by the air spring cover clamping reason to this.
  • the air spring cover must also provide pressure-tight recordings for the air connection and additional volume.
  • a composite lid made of different materials, plastic and metal, is known, for example, from DE 10 2015 100 281 A1.
  • the air spring cover is made of a thermoplastic material to save weight.
  • the flange is at least partially surrounded by the thermoplastic material, whereby the gas-tightness of the air spring cover is achieved.
  • an air spring strut for a motor vehicle comprising an air spring with a shock absorber for suspension and damping of vibrations of a driving convincing undercarriage, wherein the air spring comprises an air spring cover and a rolling piston, wherein between the air spring cover and the rolling piston a bellows made of elastomeric material is clamped airtight wherein the air spring cover comprises a damper bearing receptacle having a bottom and in which a damper layer of the shock absorber is arranged, and wherein the air spring cover comprises a clamping base to which a first end of the rolling bellows is connected, wherein the air spring cover is made of a plastic material and the Increasing the strength of the damper bearing receptacle comprises a reinforcing core, which in the bottom of the damper Bearing is arranged and at least partially surrounded by the plastic material of the air spring cover.
  • the reinforcing core is proposed in the bottom of Dämpferla gerfact.
  • the operation of this loaded on train and pressure core is to forward the pressure forces from the set spring and the tensile forces of the damper bearing, via as pure as possible axial movement in the plastic lid. These axially acting forces are relatively well tolerated by the plastic material.
  • the reinforcement core prevents the damper bearing cup bottom from sagging under the surface load.
  • the loaded on train and pressure damper bearing mount for the purpose of strength increase is supported by the reinforcing core.
  • the damper bearing receptacle is cup-shaped.
  • the pot shape is characterized at least by the bottom and a hollow cylindrical wall. It is ideal for accommodating the damper bearing and can be easily produced by plastic injection molding.
  • the bottom of Dämpferla gerability has a through hole for the piston rod of the shock absorber.
  • the Heilfe derdeckel comprises a plurality of receiving devices and a plurality of fastening means for connecting the air spring strut to the motor vehicle, wherein in each case one of the receiving device of the fastening means is at least partially admitted.
  • the fastening means for example as a bolt, comprise a shaft with a head or anchor.
  • the head or anchor is inserted into a receiving device provided in the air spring cover.
  • the recording devices are in the air spring cover axially extending recesses. Since the air spring cover is molded from a plastic material, the fastening means are molded with their head or anchor in the respective receiving devices of this plastic material, whereby they are securely held in the receiving devices.
  • the top of the air spring cover is designed annular, within which the cup-shaped damper bearing is located. The dividend directions are distributed in the circumferential direction of the annular top of the air spring cover.
  • the air spring cover with its plastic material molded damper bearing receptacle and theincivor directions the relevant force path of the shock absorber outgoing tensile and compressive forces in the vehicle body.
  • the United strengthening core top and bottom is at least partially surrounded by the plastic material of the air spring cover.
  • This type of encapsulation of the reinforcing core causes the forces emanating from the shock absorber between the bottom of the damper bearing receptacle and the reinforcing core, for the purpose of a favorable surface pressure, are generously distributed.
  • the amplification Ver Ver is made of a metallic material or ceramic or other plastic material. Depending on the force requirement, the material selection and dimensioning of the reinforcement insert must be determined.
  • the plastic material of the reinforcing core is a thermoplastic or thermosetting plastic.
  • high-strength plastics are ideal as ampli kungsmony, since they are easy to shape and light, and have a high strength.
  • the material of the reinforcing core has a higher modulus of elasticity than the plastic material of the air spring cover.
  • the reinforcing core has a central through-hole for a piston rod of the shock absorber.
  • the reinforcing core comprises eccentrically provided holes. In this axially in the circumferential direction introduced holes the plastic material of the air spring cover flows into it. As a result, an anti-rotation of the reinforcing core is generated in the soil.
  • the amplification Ver Ver is a support disc.
  • the reinforcing core is a support disc or a depositor in the bottom of the Dämpferla gerage is, which can be regarded as embedded in these.
  • the bottom of the damper bearing receptacle is reinforced with the core.
  • the plastic material of the air spring cover is a thermoplastic or thermosetting plastic.
  • the execution of the Lucasfe derdeckels of a thermoplastic or thermosetting plastic aims an easy-to-manufacture geometry and at the same time a sufficient gas tightness.
  • the air spring cover is made in one piece and completely made of plastic material.
  • the air spring cover made entirely of a plastic material allows the representation of the damper bearing receptacle, which has usually been made of a metallic material.
  • the air spring cover includes no breakthrough of its internal structure for absorbing power and its outer structure for rolling bellows. This eliminates the need for separate sealing measures, such as the provision of sealing rings or encapsulation of the damper bearing receptacle.
  • the air spring cover is made of several parts, at least comprising a first cover part, which comprises the damper bearing receptacle, and a second cover part, which comprises the clamping base, wherein at least the first cover part is made of the plastic material.
  • the second cover part forms a volume-encompassing cover or a sleeve which delimits the spring-effective lid space. Dividing into two lid parts increases the design freedom needed to provide a large lid space.
  • the second cover part is made of a thermoplastic or thermosetting plastic or a metallic material.
  • a thermoplas tical or thermosetting plastic is particularly suitable because it can be sprayed in the form and shape easiest and at the same time saves weight thanks to its low material density.
  • the first and the second cover part are integrally connected to one another.
  • a rip pen founded is provided with a plurality of stiffening ribs in the interior of the air spring cover.
  • the rib structure is formed inside the air spring cover based on the plurality of stiffening ribs which are provided between the outside of the damper bearing receptacle and the inside of the cover shell and connect them. Due to the rib structure, the overall strength of the air spring cover is reinforced, in particular a bursting is avoided due to the gas internal pressure.
  • the stiffening ribs are formed from the plastic material of the air spring cover. At this point, the advantages of the plastic injection process come out, because this can form a variety of rib structures made of the same material as the air spring cover in a process.
  • the stiffening ribs extend the two-part Lucasfe derdeckel the joining area of the first cover part with the second cover part. If both cover parts are made of a plastic, they are welded together in their annular peripheral joining area. Since the stiffening ribs are also made of the plastic material of both lid parts, this increases the joint area, whereby the bond strength of both lid parts is increased.
  • the clamping base is provided on the inside with a metallic reinforcing ring.
  • a metallic reinforcing ring At the clamping base of the rolling bellows is connected at the end. That an end portion of the upper Rollbalgendes is in surface contact with the axial bearing surface of the clamping base and is secured thereto by a clamping or clamping ring.
  • a metallic ring is placed on the inside of the clamping base in order to strengthen it.
  • the rolling bellows limited with the air spring cover and the Ab rolling piston filled with compressed air working space.
  • This volume-elastic working space represents the spring-effective volume of the air spring.
  • the air spring cover comprises a lid space.
  • This lid space preferably as a large-volume air chamber, extends the working space of the air spring and thus reduces their spring stiffness.
  • Use is the air spring strut in a chassis, preferably before in an air spring system, for a motor vehicle.
  • FIG. 3 shows a second air spring cover with reinforcing core of an exemplary air spring strut in vertical section
  • Air strut 1 shows a known air spring strut 1 with the we sentlichen components, air spring 2 and shock absorber 3, wherein air spring 2 comprises an air spring cover 4, a rolling piston 5 and a rolling bellows 6 with this sleeve-shaped enclosing outer guide 7.
  • Shock absorber 3 is provided inside air spring 2, wherein shock absorber 3 comprises a damper tube 14, a plunger rod 15 which can be dipped into the latter and a damper bearing 11.
  • Air strut 1 fulfills two functional areas, to a fulfilled air spring 2, the supporting force generation, while shock absorber 3 is responsible for the linear guide.
  • Air spring 2 comprises rolling bellows 6 made of elastomeric material, wherein rolling bellows 6 with air spring cover 4 and rolling piston 5 an airtight and can be filled with compressed air volume elastic working space 10 limited.
  • the tubular rolling bellows 6 is fixed with its first end on the air spring cover 4 and with its second end on the rolling piston 5 via clamping rings 18 to the terminal areas of this air spring attachments.
  • rolling bellows 6 rolls to form a roll fold 8 on the con centric rolling surface of the rolling piston 5 from. Furthermore, rolling bellows 6 forms a Kardanikfalte 9 on the air spring cover 4, which is effective as a cardanic bearing. At the same time Rollbalg 6 is provided with embedded strength members.
  • outer guides 7 are used in order to limit the lateral extent of the rolling bellows 6.
  • outer guide 7 is clamped by a provided in the working space 10 inner clamping ring 12 on the bellows 6.
  • a bellows 19 is provided, which, for example, is attached to the wheel carrier end portion of the outer guide 7 and the damper tube 14.
  • an additional spring 16 is arranged facing the shock absorber. Additional spring 16 has a through hole for piston rod 15 and therefore encloses them. During compression, the front side of the damper tube 14 moves to air spring cover 4, which is why set to spring 16 serves as a travel limit and dampens possible on air spring cover 4 acting forces.
  • Damper tube 14 of the shock absorber 3 is provided within the rolling piston 5 and at least partially surrounded by the hollow cylindrical rolling piston 5, wherein rolling piston 5 can be attached via a support ring 17 standing on the damper tube or a La gerelement 13 on the front side of the damper tube 14 hanging.
  • a combination of standing and hanging rolling piston 5 is also possible as shown in the figure. It is also known to produce rolling piston 5 made of a light metal such as aluminum or a fiber-reinforced plastic.
  • a sealing system 20 is provided between its end region facing the wheel carrier and the opposite outer wall of the damper tube 14, for example, from elastomeric sealing rings. This serves to seal the working space 10 of the air spring 2 that can be expanded inside the rolling piston to the outside.
  • a one-piece air spring cover 40 is shown in vertical section. To meet the requirements imposed on air spring cover 40, this comprises a reinforcing core 60 in the region of its damper bearing receptacle 43.
  • Air spring cover 40 of an exemplary air spring strut to summarizes an internal cup-shaped damper bearing receptacle 43, in which the damper bearing of a shock absorber is used. At the same time the entire air spring strut is connected by means of Lucasfe derdeckel 40 to a motor vehicle body, not shown.
  • the inner pot-shaped damper bearing receptacle 43 For storage of the damper bearing, the inner pot-shaped damper bearing receptacle 43 includes a pot bottom 44 with a through hole for the shock absorber piston rod. From pot bottom 44 extends a hollow cylindrical pot wall 45, which is formed from the material of the air spring cover 40. At the upper edge of the pot wall 45, this goes over into a pot collar 46 extending radially outwards. Finally, pot collar 46 is everted downwards and represents a clamping base 50 for Rollbalganitati.
  • an additional spring cup 49 is provided, in which an additional spring is used.
  • Pot collar 46 also includes receiving means 53 for Be fastening means.
  • receiving device 53 are fastening supply means, or the shaft and head of bolts, embedded and sprayed by the material of the air spring cover 40 to and thus held.
  • Receiving device 53 are arranged distributed in the circumferential direction of the pot collar 46 and extend axially into it. The openings of the receiving device open at the axial surface of the pot collar 46.
  • three such recording devices are provided with respective fastening means. Consequently, air spring cover 40 is bolted non-positively using the fastening means with the motor vehicle body.
  • Annular encircling clamping base 50 represents an axial contact surface for the connection of the upper Rollbalgendes.
  • clamping base 50 is reinforced on the inside with a metallschien reinforcing ring 51.
  • Reinforcement core 60 is inserted into damper bearing receptacle 43 and is at least partially encapsulated by the material of the first De ckelteils 41. Reinforcing core 60 is thus embedded in the pot bottom 44 of the damper bearing receptacle 43, that this upper and lower sides is at least partially surrounded by the material of this.
  • reinforcing core 60 has a hole for the piston rod of the shock absorber. Consequently, reinforcing kungskern 60 are considered as a support disc. This allows a structural passage of the dynamic forces from damper bearing and auxiliary spring from the bottom of Dämpferla gerability 43 up to the fastener to the vehicle bodywork force.
  • gain core 60 has a higher modulus of elasticity than the material of the air spring cover 40th
  • the made of a plastic air spring cover 40 comes only with a reinforcement in the bottom of the pot 44 of the damper bearing receptacle 45.
  • a reinforcement of the pot wall 45 is not necessary. That Pot wall 45 is not reinforced with another element. It consists only of the plastic material of the air spring cover 40.
  • the required passage of force into the fastening means 52 is only satisfied by the shape and shape of the pot wall 45.
  • the material of the air spring cover 40 must be sufficiently corrosion resistant.
  • a thermoplastic material is used.
  • various thermoplastics for air spring cover 40 can be used, in particular mate rials with similar melting point but different fiber filling such. PA6GF30 and PA6.6GF50. These materials are easily weldable and better adapted to individual requirements.
  • thermoset for air spring cover 40 can be used.
  • the choice of material is determined by the individual strength requirements on the respective cover part.
  • FIG 3 shows a multi-part air spring cover 40 of an exemplary air spring strut in vertical section.
  • this comprises the reinforcing core 60 in the region of its damper bearing receptacle 43.
  • a first cover part 41 is designed for receiving the shock absorber bearing and provided for fastening the air spring strut to a motor vehicle body, not shown.
  • the inner cup-shaped damper bearing receptacle 43 For storage of the damper bearing comprises first cover part 41, the inner cup-shaped damper bearing receptacle 43.
  • damper bearing receptacle 43 comprises a pot bottom 44 with a through hole for the shock absorber piston rod.
  • a hollow cylindrical pot wall 45 which is formed from the material of the first lid part 41 extends. At the upper edge of the pot wall 45, this goes over into a pot collar 46 extending radially outwards.
  • Pot collar 46 also extends further into a folded outer wall 47, which is formed from the material of the first cover part 41 and forms an annular peripheral contact surface for a second cover part 42.
  • This circumferential contact surface is provided on the axial underside of the outer wall 47, i. facing away from the connection to the vehicle body. Due to the shape and design of the outer wall 47, a part of the fe der vice lid volume is already realized.
  • a plurality of receptacles for respective fastening means 52 are formed from the material of the first cover part 41.
  • fastener 52 and the shank of bolts are embedded and molded by the material of the first cover part 41 and held.
  • the receptacles are distributed in the circumferential direction on the pot collar 46 and extend axially into the material of the first cover part 41.
  • the openings of the receptacles open at the axial Surface of the first cover part 41, which faces in the installed state of the vehicle body.
  • three such receptacles with fastening means 52 are provided.
  • an additional spring cup 49 is provided, which is also formed from the material of the first cover part 41 and in which the auxiliary spring is used.
  • stiffening ribs 49 are formed in the interior of the first cover part 41 and of the material thereof, which extend up to the outer wall 47 which is turned over. This plurality of flat stiffening ribs 49, which spread in a star shape of the damper bearing receptacle 44, serve to reinforce this and to meet the strength requirements for absorbing the shock absorber forces.
  • second cover part 42 The outer volume structure is realized by second cover part 42.
  • a lid space 48 is determined and limited from the material of the second cover part 42, whereby the relevant effective spring volume of the air spring cover 40 is realized.
  • second cover part 42 for Rollbalganitati provided and therefore includes an annular circumferential clamping base 50 with an axial bearing surface for the upper Rollbalgende.
  • clamping ground 50 is reinforced on the inside by a metallic reinforcing ring 51. Reinforcing ring 51 counteracts the radial contact force of the subsequent Rollbalgklemmung and therefore supports the Rollbalgklemmung in terms of their tightness requirement.
  • Reinforcement core 60 is inserted into damper bearing receptacle 43 and is at least partially encapsulated by the material of the first De ckelteils 41. Reinforcing core 60 is thus embedded in the pot bottom 44 of the damper bearing receptacle 43, that this upper and lower sides is at least partially surrounded by the material of this.
  • reinforcing core 60 has a hole for the piston rod of the shock absorber.
  • the reinforcing core 60 can be regarded as a support disk. This allows a structural passage of the dynamic forces from damper bearing and auxiliary spring from the bottom of Dämpferla gerability 43 up to the fastener to the vehicle bodywork force.
  • gain core 60 has a higher modulus of elasticity than the material of the air spring cover 40th
  • pot wall 45 is not reinforced with another element. It consists only of the plastic material of the first cover part 41. The required force Passage in fastener 52 is satisfied only by the shape and shape of the pot wall 45.
  • the material of the cover parts 41, 42 must be sufficiently corrosion resistant.
  • a thermoplastic material is used, wherein the same material is used for both parts 41, 42.
  • various thermo plastics can be used for the cover parts 41, 42, in particular materials with similar melting point but different fiber filling such. PA6GF30 and PA6.6GF50. These materials are easily weldable and better adapted to individual requirements.
  • thermosetting plastics can be used for the first and second cover parts 41, 42. Or it is a thermoplastic used for the one lid part and a thermoset for the other lid part.
  • the choice of material is betsimmt by the individual strength requirements on the respective cover part and by the preferred joining method for connection.
  • the first and second cover parts 41, 42 can be produced by welding, gluing, positive locking or screwing (last two options in conjunction with an O-ring seal). connect gas-tight with each other.
  • the air spring cover 40 is made of at least two parts 41, 42, which must be connected to each other in an additional joining process.
  • the thermoplastic welding comes into question, because in addition to the cohesive and solid joining of the partial shells simultaneously allows a secure and gas-tight sealing of the joint surface. If an insufficient welding surface is available, then the welding of the De ckelmaschine fails at high internal pressures.
  • the specific strength of a welded joint is always lower in fiber-reinforced plastics than the strength of the undisturbed material region. This is due to the lack of penetration of the reinforcing fibers through the weld ge, so that in principle the weld strength can only be of the order of magnitude of the strength of the polymeric base material.
  • the basic load of the internal pressure now seeks to tear apart the upper lid part 41 from the lower lid part 42 vertically apart. Therefore, the size of the welded surface is crucial for the performance of the weld, because only the size of the surface can compensate for the lower specific weld seam strength.
  • a cover without inner ribs has only the annular cutting surface of the outer contour of the cover in the dividing plane between the upper and lower cover part available as a welding surface.
  • the stiffening ribs 48 formed from the first and second cover parts 41, 42 constitute an enlargement of the weld seam surface and increase the strength of the air spring cover 40.
  • FIG. 4 is intended to show in more detail the reinforcing core 60 embedded in the bottom 44 of the damper bearing receiver 43. As it can be seen, the top and bottom of the ampli kungskern 60 are at least partially surrounded by the plastic material of the air spring cover. An encapsulation of the passage bore does not occur.

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Abstract

Luftfederbein (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Luftfeder (2) mit einem Stoßdämpfer (3) zur Federung und Dämpfung von Schwingungen eines Kraftfahrzeugfahrwerkes, wobei die Luftfeder (2) einen Luftfederdeckel (4, 40) und einen Abrollkolben (5) umfasst, wobei zwischen dem Luftfederdeckel (4, 40) und dem Abrollkolben (5) ein Rollbalg (6) aus elastomerem Material luftdicht eingespannt ist, wobei der Luftfederdeckel (4, 40) eine Dämpferlageraufnahme (43) umfasst, welche einen Boden (44) aufweist und in welcher ein Dämpferlager (11) des Stoßdämpfers (3) angeordnet ist, und wobei der Luftfederdeckel (4, 40) einen Klemmgrund (50) umfasst, an welchem ein erstes Ende des Rollbalgs (6) angebunden ist, wobei der Luftfederdeckel (40) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und zur Festigkeitssteigerung der Dämpferlageraufnahme (43) einen Verstärkungskern (60) umfasst, welcher in dem Boden (44) der Dämpferlageraufnahme (43) angeordnet ist und zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial des Luftfederdeckels (40) umgeben ist.

Description

Luftfederbein mit Verstärkungskern im Deckel
Die Erfindung betrifft ein Luftfederbein gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein Luftfederbein, wie es beispielsweise aus der DE 10 2012 012 902 Al bekannt ist, wird zwischen dem Kraftfahrzeugfahrwerk bzw. einem Radträger und der Kraftfahrzeugkarosserie angeordnet. In der Regel umfasst das Luftfederbein eine Luftfeder und einen Stoßdämpfer. Die Luftfeder erfüllt dabei die Funktion das Rad abzufedern, währenddessen der Stoßdämpfer die Schwingungen des Rades bzw. der Kraftfahrzeugkarosserie dämpft.
Die Luftfeder besteht im Wesentlichen aus einem Luftfederdeckel , einem Abrollkolben und einem dazwischen luftdicht eingespannten Rollbalg, wodurch ein unter Luftdruck stehender Arbeitsraum begrenzt wird. Der Rollbalg wird von einer hülsenförmigen Außenführung umschlossen und rollt beim Einfedern unter Aus bildung einer Rollfalte am konzentrischen Abrollkolben ab. Über den Luftfederdeckel wird das Luftfederbein mittels entspre chender Befestigungsmittel mit der Kraftfahrzeugkarosserie verbunden .
Der innerhalb der Luftfeder angeordnete Stoßdämpfer ist ei nerseits mit dem Radträger verbunden und andererseits mit seiner in das Dämpferrohr eintauchbaren Kolbenstange über ein Dämp ferlager in dem Luftfederdeckel lagernd befestigt. Besonders im dynamischen Betrieb des Luftfederbeins wirken insbesondere auf die topfförmig ausgestaltete Lageraufnahme des Luftfederdeckels hohe Zug- und Drückkräfte. Da in dieser Lageraufnahme das Dämpferlager des Stoßdämpfers gelagert wird und über diese zugleich das gesamte Luftfederbein mit der Karosserie verbunden wird, muss dieses Bauteil besondere Festigkeitseigenschaften aufweisen . Bekannterweise werden die meisten großvolumigen Luftfederdeckel aus mindestens zwei Bauteilen hergestellt. Dabei wird bei einer stoffschlüssigen Verbindung der Bauteile ein identisches Ma terial, zumeist ein Metall, verwendet, aus welchem insbesondere die Lageraufnahme gefertigt ist. Solch ein Deckel ist bspw. aus der DE 10 2013 212 982 Al bekannt.
An den Luftfederdeckel eines Luftfederbeins werden zudem verschiedenste Anforderungen gestellt. Wie bereits genannt, wird das gesamte Luftfederbein über den Luftfederdeckel an die Kraftfahrzeugkarosserie angebunden. Des Weiteren stellt der Luftfederdeckel als Druckkörper bzw. als ein großes Luftvolumen umfassender Deckel einen Teil des federwirksamen Innenvolumens der Luftfeder dar. Daher muss der Luftfederdeckel auch für einen druckdichten Verschluss des Innenraums der Luftfeder nach Außen sorgen. Zudem wird der Rollbalg mittels Klemmringen an einen durch den Luftfederdeckel bereitgestellten Klemmgrund an diesen angebunden. Letztendlich muss der Luftfederdeckel auch druckdichte Aufnahmen für den Luftanschluss und Zusatzvolumen zur Verfügung stellen.
Als Verbindungselement zwischen Luftfederbein und Anbindung an das Chassis, werden durch den Luftfederdeckel hohe Kräfte hindurchgeleitet. Diese ein- und durchgeleiteten Kräfte sind zum einen statischer Natur (Tragkräfte zur Abstützung des Fahr zeuggewichtes) und dynamischer Natur (zeitlich veränderliche Kräfte im Fährbetrieb infolge des Ein /Ausfederungszustandes) , wobei die dynamischen Kräfte sich zu den statischen Kräften überlagern. Am Anbindungspunkt des Stoßdämpfers (Dämpferlager) wirken dynamische, von der Federgeschwindigkeit abhängige, Zug- und Druckkräfte auf den Luftfederdeckel ein.
Die auf den Luftfederdeckel eines Luftfederbeins einwirkenden Kräfte entstehen auch durch die innenseitig druckbeaufschlagende Gaskraft des federwirksamen Deckelraums, welche durch den veränderlichen Druck in statische und dynamische Anteile aufgeteilt werden kann.
Funktional wäre es zur vollständigen Dichtigkeit des Luftfe derdeckels vorteilhaft, diesen als geschlossene Hülle aus einem Material bzw. einer gut miteinander zu verbindenden Materi algruppe herzustellen, wobei diese Komponente nicht durch andere Bauteile, mit z.B. optimaleren Festigkeitseigenschaften, durchbrochen wird. Denn solch ein Durchbruch muss wiederum durch besondere Maßnahmen abgedichtet werden. Jegliche Abdichtung ist hinsichtlich ihrer Druckdichtigkeit anfällig und stellt zudem einen weiteren Prozessschritt dar.
Ein Verbunddeckel aus unterschiedlichen Materialien, Kunststoff und Metall, ist bspw. aus der DE 10 2015 100 281 Al bekannt.
In diesem Fall handelt es sich um ein metallisches Oberteil, welches mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzt wird. Somit wird ein Verbundteil geschaffen, welches die Dichtungs- und Festigkeitsanforderungen erfüllt. Dabei ist für das Dämpferlager ein Flansch aus einem metallischem Werkstoff vorgesehen, über welchen auch die Verbindung zum Chassis herstellt wird. Die metallische Dämpferlageaufnahme stellt hinsichtlich der Fes- tigkeitsanforderungen eine gute Lösung dar, ist allerdings aufgrund ihrer Massendichte sehr schwer. Deswegen wird auch die restliche Deckelhülle des Luftfederdeckels aus einem thermo plastischem Werkstoff hergestellt , um Gewicht einzusparen . Dabei ist der Flansch zumindest bereichsweise vom dem thermoplas tischen Werkstoff umgeben, wodurch die Gasdichtigkeit des Luftfederdeckels erreicht wird. Nachteilig an dieser Lösung ist allerdings, dass zur Druck dichtigkeit eine druckdichte Verbindung zwischen dem innen liegenden metallischen Flansch und der dem Deckelinneren zu gekehrten druckdichten Deckelhülle erforderlich ist. Dies wird zumindest dadurch realisiert, dass die Dämpferlageraufnahme auch innenseitig von dem thermoplastischen Material umspritzt ist. Diese wird weiterhin mit einem Einsatz und einer Führung für die Kolbenstange versehen, um für eine ausreichende Dichtigkeit zu sorgen. Zudem wird die Dämpferlageraufnahme oberseitig mit einem druckdichten Verschlussdeckel verschlossen. All diese Maßnahmen sind aufgrund des genannten Durchbruchs notwendig.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Luftfederbein be reitzustellen, welches die genannten Nachteile überwindet und die an den Luftfederdeckel gestellten Festigkeit- und Gas- dichtigkeitsanforderungen bestmöglich erfüllt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Luftfederbein für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend eine Luftfeder mit einem Stoßdämpfer zur Federung und Dämpfung von Schwingungen eines Kraftfahr zeugfahrwerkes, wobei die Luftfeder einen Luftfederdeckel und einen Abrollkolben umfasst, wobei zwischen dem Luftfederdeckel und dem Abrollkolben ein Rollbalg aus elastomerem Material luftdicht eingespannt ist, wobei der Luftfederdeckel eine Dämpferlageraufnahme umfasst, welche einen Boden aufweist und in welcher ein Dämpferlage des Stoßdämpfers angeordnet ist, und wobei der Luftfederdeckel einen Klemmgrund umfasst, an welchem ein erstes Ende des Rollbalgs angebunden ist, wobei der Luftfederdeckel aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und zur Festigkeitssteigerung der Dämpferlageraufnahme einen Verstärkungskern umfasst, welcher in dem Boden der Dämpfer- lageraufnähme angeordnet ist und zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial des Luftfederdeckels umgeben ist.
Beim Erreichen des maximalen Einfederweges des Luftfederbeines wirken sehr große Druckkräfte auf den Luftfederdeckel ein. Der Pfad dieser Kräfte verläuft vom Stoßdämpfer über die Zusatzfeder in den Boden der Dämpferlageraufnahme und über den Luftfe derdeckel in die Befestigung des Luftfederbeines im chas sisseitigen Fahrzeugdom. Um diese großen Kräfte im Luftfe derdeckel aufnehmen und durchleiten zu können, muss der Bereich des Übergangs der Dämpferlageraufnahme zu den chassisseitigen Befestigungselementen und der Bereich der Zusatzfederaufnahme robust ausgeführt sein.
Hierfür wird der Verstärkungskern im Boden der Dämpferla geraufnahme vorgeschlagen. Die Funktionsweise dieses auf Zug und Druck belasteten Kerns ist es, die Druckkräfte aus der Zu satzfeder und die Zugkräfte des Dämpferlagers, über eine möglichst rein axiale Bewegung in den Kunststoffdeckel ein zuleiten. Diese axial wirkenden Kräfte werden verhältnismäßig gut vom Kunststoffmaterial ertragen. Der Verstärkungskern verhindert, dass sich der Dämpferlagertopf-Boden unter der Flächenlast anfängt sich durchzubiegen. Somit wird die auf Zug- und Druck belastete Dämpferlageraufnahme zwecks Festigkeits steigerung durch den Verstärkungskern unterstützt.
Vorzugweise ist die Dämpferlageraufnahme topfförmig gestaltet. Die Topfform zeichnet sich zumindest durch den Boden und eine hohlzylindrische Wandung aus. Sie ist ideal dazu geeignet, das Dämpferlager zu beherbergen und lässt sich durch Kunststoff spritzverfahren gut hersteilen. Der Boden der Dämpferla geraufnahme weist eine Durchgangsbohrung für die Kolbenstange des Stoßdämpfers auf. Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Luftfe derdeckel mehrere Aufnahmevorrichtungen und mehrere Befesti gungsmittel zur Anbindung des Luftfederbeins an das Kraft fahrzeug, wobei in jeweils eine der Aufnahmevorrichtung eines der Befestigungsmittel zumindest teilweise eingelassen ist.
Um das Luftfederbein mit einem dafür vorgesehenen Anschluss bereich der Kraftfahrzeugkarosserie zu verbinden, sind an der axialen Oberseite des Luftfederdeckels eine Vielzahl an Auf nahmevorrichtungen und Befestigungsmittel vorgesehen. Die Befestigungsmittel, bspw. als Schraubbolzen, umfassen einen Schaft mit einem Kopf oder Anker. Der Kopf oder Anker wird in eine im Luftfederdeckel vorgesehene Aufnahmevorrichtung eingelassen. Die Aufnahmevorrichtungen sind sich in den Luftfederdeckel axial erstreckende Ausnehmungen. Da der Luftfederdeckel aus einem Kunststoffmaterial gespritzt ist, werden die Befestigungsmittel mit ihrem Kopf oder Anker in den jeweiligen Aufnahmevorrichtungen von diesem Kunststoffmaterial umspritzt, wodurch diese sicher in den Aufnahmevorrichtungen gehalten werden. Die Oberseite des Luftfederdeckels ist ringförmig ausgestaltet, innerhalb welcher sich das topfförmige Dämpferlager befindet. Die Aufnahmevor richtungen sind in Umfangsrichtung an der ringförmigen Oberseite des Luftfederdeckels verteilt angeordnet.
Somit stellt der Luftfederdeckel mit seiner aus Kunststoff material geformten Dämpferlageraufnahme und den Aufnahmevor richtungen den maßgeblichen Kraftpfad der vom dem Stoßdämpfer ausgehenden Zug- und Druckkräfte in die Kraftfahrzeugkarosserie dar .
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ver stärkungskern ober- und unterseitig zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial des Luftfederdeckels umgeben. Diese Art der Umspritzung des Verstärkungskerns bewirkt, dass die vom Stoßdämpfer ausgehenden Kräfte zwischen dem Boden der Dämpferlageraufnahme und dem Verstärkungskern, zwecks einer vorteilhaften Flächenpressung, großzügig verteilt sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ver stärkungskern aus einem metallischen Werkstoff oder Keramik oder einem anderem Kunststoffmaterial hergestellt. Je nach Kraft anforderung ist die Werkstoffauswahl und Dimensionierung des Verstärkungseinsatzes zu bestimmen.
Bevorzugt ist das Kunststoffmaterial des Verstärkungskerns ein thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff. Insbesondere hochfeste Kunststoffe eignen sich hervorragend als Verstär kungseinsatz, da diese gut formbar und leicht sind, sowie eine hohe Festigkeit aufweisen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat der Werkstoff des Verstärkungskerns ein höheres E-Modul als das Kunststoffmaterial des Luftfederdeckels . Durch das Einbringen eines Kerns aus einem Material mit einem höheren E-Modul, als das Kunststoffmaterial des Luftfederdeckels , kann das Durchbiegen des Bodens besser verhindert werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Verstärkungskern eine zentrische Durchgangsbohrung für eine Kolbenstange des Stoßdämpfers auf.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Verstärkungskern exzentrisch vorgesehene Bohrungen. In diese in Umfangsrichtung axial eingebrachten Bohrungen fließt das Kunststoffmaterial des Luftfederdeckels hinein. Dadurch wird eine Verdrehsicherung des Verstärkungskerns im Boden erzeugt. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ver stärkungskern eine Tragscheibe. Der Verstärkungskern stellt eine Tragscheibe oder auch einen Einleger im Boden der Dämpferla geraufnahme dar, welcher als in diesen eingebettet betrachtet werden kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Dämpferlageraufnahme eine Wandung auf, welche aus dem Kunst stoffmaterial des Luftfederdeckels gebildet ist und nicht durch ein Element verstärkt ist. Für die Festigkeitsunterstützung des Luftfederdeckels ist es ausreichend, dass der Boden der Dämpferlageraufnahme mit dem Kern verstärkt ist. Auf weitere Einsätze/Elemente zwecks Verstärkung der Dämpferlageraufnahme kann verzichtet werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Kunststoffmaterial des Luftfederdeckels ein thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff. Das Ausführen des Luftfe derdeckels aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff bezweckt eine einfach herzustellende Geometrie und zugleich eine ausreichende Gasdichtigkeit.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Luftfederdeckel einteilig und vollständig aus dem Kunst stoffmaterial gefertigt. Der vollständig aus einem Kunst stoffmaterial hergestellte Luftfederdeckel ermöglicht das Darstellen der Dämpferlageraufnahme, welche üblicherweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt worden ist. In dieser Ausführung umfasst der Luftfederdeckel keinen Durchbruch seiner inneren Struktur zur Kraftaufnahme und seiner äußeren Struktur zur Rollbalgklemmung. Dadurch entfallen separate Dichtungs maßnahmen, wie das Vorsehen von Dichtringen oder Umspritzen der Dämpferlageraufnahme . Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Luft federdeckel mehrteilig ausgeführt, zumindest umfassend ein erstes Deckelteil, welches die Dämpferlageraufnahme umfasst, und ein zweites Deckelteil, welches den Klemmgrund umfasst, wobei zumindest das erste Deckelteil aus dem Kunststoffmaterial gefertigt ist. Je nach Anforderungen an das zu umfassende Volumen des Luftfederdeckels wird dieser zweiteilig ausgestaltet. Während das erste Deckelteil die Dämpferlageraufnahme darstellt, bildet das zweite Deckelteil einen volumenumfassenden Deckel bzw. eine Hülle, welche den federwirksamen Deckelraum begrenzt . Das Aufteilen in zwei Deckelteile erhöht die gestalterische Freiheit, welche benötigt wird, um einen großen Deckelraum zur Verfügung zu stellen.
Bevorzugt ist das zweite Deckelteil aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff hergestellt. Auch hier eignet sich ein thermoplas tischer oder duroplastischer Kunststoff besonders, da dieser in Form und Gestalt am einfachsten gespritzt werden kann und zugleich dank seiner geringen Materialdichte Gewicht einspart. Dabei sind vorzugsweise das erste und das zweite Deckelteil stoffschlüssig miteinander verbunden.
Vorzugsweise ist im Inneren des Luftfederdeckels eine Rip penstruktur mit einer Vielzahl an Versteifungsrippen vorgesehen. Die Rippenstruktur wird innenseitig des Luftfederdeckels anhand der Vielzahl an Versteifungsrippen gebildet, welche zwischen der Außenseite der Dämpferlageraufnahme und der Innenseite der Deckelhülle vorgesehen sind und diese verbinden. Durch die Rippenstruktur wird die gesamte Festigkeit des Luftfederdeckels verstärkt, insbesondere wird ein Bersten aufgrund des Gasin- nendrucks vermieden. Bevorzugt sind die Versteifungsrippen aus dem Kunststoffmaterial des Luftfederdeckels gebildet. An dieser Stelle kommen die Vorteile des Kunststoffspritzverfahren hervor, denn durch dieses lassen sich unterschiedlichste Rippenstrukturen aus demselben Material wie der Luftfederdeckel in einem Prozess formen. Zudem erweitern die Versteifungsrippen beim zweiteiligen Luftfe derdeckel den Fügebereich des ersten Deckelteils mit dem zweiten Deckelteil. Sofern beide Deckelteile aus einem Kunststoff hergestellt sind, werden diese in ihrem ringförmig umlaufenden Fügebereich miteinander verschweißt. Da die Versteifungsrippen ebenfalls aus dem Kunststoffmaterial beider Deckelteile aus geführt sind, wird durch diese der Fügebereich vergrößert, wodurch die Verbundfestigkeit beider Deckelteile gesteigert ist.
Vorzugsweise ist der Klemmgrund innenseitig mit einem metal lischen Verstärkungsring versehen. An den Klemmgrund wird der Rollbalg endseitig angebunden. D.h. ein Endabschnitt des oberen Rollbalgendes steht mit der axialen Anlagefläche des Klemmgrunds in flächenkontakt und wird mit diesem durch einen Klemm- oder Spannring befestigt. Je nach Anforderung wird ein metallischer Ring an die Innenseite des Klemmgrunds gelegt, um diesen zu verstärken .
Der Rollbalg begrenzt mit dem Luftfederdeckel und dem Ab rollkolben einen mit Druckluft befüllten Arbeitsraum. Dieser volumenelastische Arbeitsraum stellt das federwirksame Volumen der Luftfeder dar.
Vorzugsweise umfasst der Luftfederdeckel einen Deckelraum. Dieser Deckelraum, vorzugsweise als großvolumige Luftkammer, erweitert den Arbeitsraum der Luftfeder und senkt somit deren Federsteifigkeit ab. Verwendung findet das Luftfederbein in einem Fahrwerk, vor zugsweise in einem Luftfedersystem, für ein Kraftfahrzeug.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Figuren.
Es zeigen
Fig. 1 ein Luftfederbein gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 einen ersten Luftfederdeckel mit Verstärkungskern eines beispielsgemäßen Luftfederbeins im Vertikal schnitt,
Fig. 3 einen zweiten Luftfederdeckel mit Verstärkungskern eines beispielsgemäßen Luftfederbeins im Vertikal schnitt,
Fig den Verstärkungskern im Detail,
Fig den Verstärkungskern im Vertikalschnitt, und
Fig den Verstärkungskern in Draufsicht
Die Figur 1 zeigt ein bekanntes Luftfederbein 1 mit den we sentlichen Bauteilen, Luftfeder 2 und Stoßdämpfer 3, wobei Luftfeder 2 einen Luftfederdeckel 4, einen Abrollkolben 5 und einen Rollbalg 6 mit einer diesen hülsenförmig umschließenden Außenführung 7 umfasst. Innerhalb Luftfeder 2 ist Stoßdämpfer 3 vorgesehen, wobei Stoßdämpfer 3 ein Dämpferrohr 14, eine in diesen eintauchbare Kolbenstange 15 und ein Dämpferlager 11 umfasst . Luftfederbein 1 erfüllt zwei Funktionsbereiche, zu einem erfüllt Luftfeder 2 die Tragkrafterzeugung, während Stoßdämpfer 3 für die Linearführung zuständig ist. Über Befestigungsmittel am Luftfederdeckel 4 kann Luftfederbein 1 einerseits an einer Kraftfahrzeugkarosserie und andererseits über ein nicht dar gestelltes Stoßdämpferauge an einem Radträger des Kraftfahr zeugfahrwerks befestigt werden, wodurch das Kraftfahrzeug gefedert und gedämpft wird.
Diese reguläre Einbaulage eines Luftfederbeins bestimmt die Orientierung „oben/unten".
Luftfeder 2 umfasst Rollbalg 6 aus elastomerem Material, wobei Rollbalg 6 mit Luftfederdeckel 4 und Abrollkolben 5 einen luftdichten und mit Druckluft befüllbaren volumenelastischen Arbeitsraum 10 begrenzt. Der schlauchförmige Rollbalg 6 ist mit seinem ersten Ende am Luftfederdeckel 4 und mit seinem zweiten Ende am Abrollkolben 5 über Klemmringe 18 an den Anschluss bereichen dieser Luftfederanbauteile befestigt.
Bei Relativbewegungen entlang der Längsachse L des Luftfe derbeins 1 zwischen Luftfederdeckel 4 und Abrollkolben 5 rollt Rollbalg 6 unter Ausbildung einer Rollfalte 8 auf der kon zentrischen Abrollfläche des Abrollkolbens 5 ab. Weiterhin bildet Rollbalg 6 eine Kardanikfalte 9 am Luftfederdeckel 4 aus, welche als kardanisches Lager wirksam ist. Zugleich ist Rollbalg 6 mit eingebetteten Festigkeitsträgern versehen.
Insbesondere bei den komfortablen Axialbälgen, also mit in axialer Richtung ausgerichteten Festigkeitsträgern, werden Außenführungen 7 verwendet, um die seitliche Ausdehnung des Rollbalgs 6 zu begrenzen. Dabei ist Außenführung 7 durch einen im Arbeitsraum 10 vorgesehenen Innenspannring 12 am Rollbalg 6 verklemmt werden. Zum Schutz vor Verschmutzung der Rollfalte 8 ist ein Faltenbalg 19 vorgesehen, welcher bspw. an dem radträgerseitigen Endbereich der Außenführung 7 und am Dämpferrohr 14 befestigt wird.
An der Unterseite des Luftfederdeckels 4 anliegend ist zum Stoßdämpfer gewandt eine Zusatzfeder 16 angeordnet. Zusatzfeder 16 weist eine Durchgangsbohrung für Kolbenstange 15 auf und umschließt diese daher. Beim Einfedern bewegt sich die Stirnseite des Dämpferrohres 14 auf Luftfederdeckel 4 zu, weshalb Zu satzfeder 16 als Wegbegrenzung dient und mögliche auf Luft federdeckel 4 einwirkende Kräfte abdämpft.
Dämpferrohr 14 des Stoßdämpfers 3 ist innerhalb des Abrollkolbens 5 vorgesehen bzw. ist vom hohlzylinderförmigen Abrollkolben 5 zumindest bereichsweise umgeben, wobei Abrollkolben 5 über ein Stützring 17 stehend auf dem Dämpferrohr oder über ein La gerelement 13 auf der Stirnseite des Dämpferrohrs 14 hängend befestigt sein kann. Eine Kombination aus stehendem und hängendem Abrollkolben 5 ist wie in der Figur ersichtlich ebenfalls möglich. Es ist zudem bekannt Abrollkolben 5 aus einem Leichtmetall wie Aluminium oder einem faserverstärkten Kunststoff herzustellen.
Bei einem stehenden Abrollkolben 5 ist zwischen seinem dem Radträger zugewandten Endbereich und der gegenüberliegenden Außenwandung des Dämpferrohres 14 ein Dichtsystem 20 vorgesehen, bspw. aus elastomeren Dichtringen. Dies dient dazu den innerhalb des Abrollkolbens erweiterbaren Arbeitsraum 10 der Luftfeder 2 nach außen abzudichten.
In der Figur 2 ist ein einteiliger Luftfederdeckel 40 im Vertikalschnitt gezeigt. Zur Erfüllung der an Luftfederdeckel 40 gestellten Anforderungen umfasst dieser im Bereich seiner Dämpferlageraufnahme 43 einen Verstärkungskern 60.
Luftfederdeckel 40 eines beispielsgemäßen Luftfederbeins um fasst eine innenliegende topfförmige Dämpferlageraufnahme 43, in welche das Dämpferlager eines Stoßdämpfers eingesetzt wird. Gleichzeitig wird das gesamte Luftfederbein mittels Luftfe derdeckel 40 an eine nicht dargestellte Kraftfahrzeugkarosserie angebunden .
Zur Lagerung des Dämpferlagers umfasst die innenliegende topfförmige Dämpferlageraufnahme 43 einen Topfboden 44 mit einer Durchgangsbohrung für die Stoßdämpferkolbenstange. Von Topf boden 44 erstreckt sich eine hohlzylindrische Topfwandung 45, welche aus dem Material des Luftfederdeckels 40 gebildet ist. An dem oberen Rand der Topfwandung 45 geht diese in einen sich radial nach außen erstreckenden Topfkragen 46 über. Abschließend wird Topfkragen 46 nach unten hin umgestülpt und stellt einen Klemmgrund 50 zur Rollbalganbindung dar.
Des Weiteren ist an der Unterseite der Dämpferlageraufnahme 45, d.h. an der der Anbindung an die Kraftfahrzeugkarosserie ab gewandten Seite des Topfbodens 44, ein Zusatzfedertopf 49 vorgesehen, in welchem eine Zusatzfeder eingesetzt wird.
Zur druckdichten Abdichtung des Dämpferlagers, wird dieses im verbauten Zustand von oben mit einem Verschlussdeckel ver schlossen. Hierfür sind an der Innenwandung der Dämpferla geraufnahme 43 bzw. der Innenseite der Topfwandung 45 ringförmig umlaufende Nuten bzw. Verjüngungen geformt. In diese wird der Verschlussdeckel eingesetzt und verpresst. Durch den zum Klemmgrund 50 umgestülpten Topfkragen 46 stellt Luftfederdeckel 40 zumindest teilweise einen Deckelraum 48 zur Verfügung, welcher als Luftkammererweiterung des Arbeitsraumes der Luftfeder deren Federsteifigkeit reduziert.
Topfkragen 46 umfasst zudem Aufnahmevorrichtungen 53 für Be festigungsmittel. In Aufnahmevorrichtung 53 werden Befesti gungsmittel, bzw. der Schaft und Kopf von Schraubbolzen, eingelassen und von dem Material des Luftfederdeckels 40 um spritzt und folglich festgehalten. Aufnahmevorrichtung 53 sind in Umfangsrichtung am Topfkragen 46 verteilt angeordnet und erstrecken sich axial in diesen hinein. Die Öffnungen der Aufnahmevorrichtung münden an der axialen Oberfläche des Topfkragens 46. Beispielsgemäß sind drei solcher Aufnahme vorrichtungen mit jeweiligen Befestigungsmittel vorgesehen. Folglich wird Luftfederdeckel 40 anhand der Befestigungsmittel mit der Kraftfahrzeugkarossiere kraftschlüssig verschraubt.
Ringförmig umlaufender Klemmgrund 50 stellt eine axiale An lagefläche für die Anbindung des oberen Rollbalgendes dar. In einer weiteren Ausgestaltung ist Klemmgrund 50 innenseitig mit einem metallschien Verstärkungsring 51 verstärkt.
Um die Kraftanforderungen an die Dämpferlageraufnahme 43 zu erfüllen, wird diese durch Verstärkungskern 60 unterstützt. Verstärkungskern 60 wird in Dämpferlageraufnahme 43 eingesetzt bzw. ist zumindest teilweise von dem Material des ersten De ckelteils 41 umspritzt. Verstärkungskern 60 ist also derart im Topfboden 44 der Dämpferlageraufnahme 43 eingebettet, dass dieser ober- und unterseitig zumindest teilweise von dem Material dieser umgeben ist.
Wie auch Topfboden 44 weist Verstärkungskern 60 ein Loch für die Kolbenstange des Stoßdämpfers auf. Folglich kann Verstär- kungskern 60 als eine Tragscheibe angesehen werden. Diese ermöglicht eine strukturelle Durchleitung der dynamischen Kräfte aus Dämpferlager und Zusatzfeder vom Boden der Dämpferla geraufnahme 43 bis hin zu den Befestigungsmittel zur Kraft fahrzeugkarosserie. Vorteilhafterweise besitzt Verstärkungs kern 60 ein höheres E-Modul als das Material des Luftfederdeckels 40.
Beispielhaft kommt der aus einem Kunststoff gefertigte Luft federdeckel 40 lediglich mit einer Verstärkung im Topfboden 44 der Dämpferlageraufnahme 45 aus. Eine Verstärkung der Topf wandung 45 ist nicht nötig. D.h. Topfwandung 45 ist nicht mit einem weiteren Element verstärkt. Sie besteht lediglich aus dem Kunststoffmaterial des Luftfederdeckels 40. Die erforderliche Kraftdurchleitung in die Befestigungsmittel 52 wird lediglich durch Form und Gestalt der Topfwandung 45 erfüllt.
Das Material des Luftfederdeckels 40 muss hinreichend korro sionsbeständig sein. Vorzugsweise kommt ein thermoplastischer Kunststoff zum Einsatz. So können auch verschiedene Thermoplaste für Luftfederdeckel 40 verwendet werden, insbesondere Mate rialien mit ähnlichem Schmelzpunkt aber unterschiedlicher Faserfüllung wie z.B. PA6GF30 und PA6.6GF50. Diese Materialien sind gut schweißbar und passen sich den individuellen Anfor derungen besser an.
Alternativ zu den Thermoplasten, kann auch ein Duroplast für Luftfederdeckel 40 verwendet werden.
Die Materialwahl wird durch die individuellen Festigkeitsan forderungen an das jeweilige Deckelteil bestimmt.
Die Figur 3 zeigt einen mehrteiligen Luftfederdeckel 40 eines beispielsgemäßen Luftfederbeins im Vertikalschnitt. Zur Erfüllung der an Luftfederdeckel 40 gestellten Anforderungen umfasst dieser im Bereich seiner Dämpferlageraufnahme 43 den Verstärkungskern 60.
Ein erstes Deckelteil 41 ist zur Aufnahme des Stoßdämpferlagers ausgebildet und zur Befestigung des Luftfederbeins an eine nicht dargestellte Kraftfahrzeugkarosserie vorgesehen. Zur Lagerung des Dämpferlagers umfasst erstes Deckelteil 41 die innenliegende topfförmige Dämpferlageraufnahme 43. Diese aus dem Material des ersten Deckelteils 41 geformte Dämpferlageraufnahme 43 umfasst einen Topfboden 44 mit einer Durchgangsbohrung für die Stoß dämpferkolbenstange. Von Topfboden 44 erstreckt sich eine hohlzylindrische Topfwandung 45, welche aus dem Material des ersten Deckelteils 41 gebildet ist. An dem oberen Rand der Topfwandung 45 geht diese in einen sich radial nach außen erstreckenden Topfkragen 46 über. Topfkragen 46 erstreckt sich zudem weiter in eine umgeschlagene Außenwandung 47, welche aus dem Material des ersten Deckelteils 41 geformt ist und eine ringförmig umlaufende Kontaktfläche für ein zweites Deckelteil 42 bildet. Diese umlaufende Kontaktfläche ist an der axialen Unterseite der Außenwandung 47 vorgesehen, d.h. der Anbindung an die Kraftfahrzeugkarosserie abgewandt. Durch die Form und Gestaltung der Außenwandung 47 wird bereits ein Teil des fe derwirksamen Deckelvolumens realisiert.
In Topfkragen 46 werden aus dem Material des ersten Deckelteils 41 mehrere Aufnahmen für jeweilige Befestigungsmittel 52 ausgeformt. In diese Aufnahmen werden Befestigungsmittel 52 bzw. der Schaft von Schraubbolzen eingelassen und von dem Material des ersten Deckelteils 41 umspritzt und festgehalten. Die Aufnahmen sind in Umfangsrichtung am Topfkragen 46 verteilt angeordnet und erstrecken sich axial in das Material des ersten Deckelteils 41 hinein. Die Öffnungen der Aufnahmen münden an der axialen Oberfläche des ersten Deckelteils 41, welche im verbauten Zustand der Kraftfahrzeugkarosserie zugewandt ist. Beispielsgemäß sind drei solcher Aufnahmen mit Befestigungsmittel 52 vorgesehen. Mittels der in die Aufnahmen eingelassenen Schraubbolzen wird das gesamte Luftfederbein kraftschlüssig mit der Kraftfahrzeug karosserie verbunden.
Des Weiteren ist an der Unterseite, d.h. an der der Anbindung an die Kraftfahrzeugkarosserie abgewandten Seite des Topfbodens 44 ein Zusatzfedertopf 49 vorgesehen, welcher ebenfalls aus dem Material des ersten Deckelteils 41 geformt ist und in welchem die Zusatzfeder eingesetzt wird.
Zur druckdichten Abdichtung des Dämpferlagers, wird dieses im verbauten Zustand von oben mit einem Verschlussdeckel ver schlossen. Hierfür sind an der Innenwandung der Dämpferla geraufnahme 43 bzw. der Innenseite der Topfwandung 45 ringförmig umlaufende Nuten bzw. Verjüngungen geformt. In diese wird der Verschlussdeckel eingesetzt und verpresst.
Ausgehend von der Außenwandung der Dämpferlageraufnahme 44 sind im Inneren des ersten Deckelteils 41 und aus dessen Material Versteifungsrippen 49 geformt, welche sich bis zur umge schlagenen Außenwandung 47 erstrecken. Diese Vielzahl an flächigen Versteifungsrippen 49, welche sich Sternförmig von der Dämpferlageraufnahme 44 ausbreiten, dienen der Verstärkung dieser und um die Festigkeitsanforderungen zur Aufnahme der Stoßdämpferkräfte erfüllen zu können.
Die äußere Volumenstruktur wird durch zweites Deckelteil 42 realisiert. Durch Form und Gestaltung wird aus dem Material des zweiten Deckelteils 42 ein Deckelraum 48 bestimmt und begrenzt, wodurch das maßgebliche federwirksame Volumen des Luftfeder deckels 40 realisiert wird. Zudem ist zweites Deckelteil 42 zur Rollbalganbindung vorgesehen und umfasst daher einen ringförmig umlaufenden Klemmgrund 50 mit einer axialen Anlagefläche für das obere Rollbalgende. Zwecks verbesserter Klemmung, wird Klemmgrund 50 innenseitig durch einen metallischen Verstär kungsring 51 verstärkt. Verstärkungsring 51 wirkt der radialen Anpresskraft der anschließenden Rollbalgklemmung entgegen und unterstützt daher die Rollbalgklemmung hinsichtlich ihrer Dichtigkeitsanforderung .
Um die Kraftanforderungen an die Dämpferlageraufnahme 43 zu erfüllen, wird diese durch Verstärkungskern 60 unterstützt. Verstärkungskern 60 wird in Dämpferlageraufnahme 43 eingesetzt bzw. ist zumindest teilweise von dem Material des ersten De ckelteils 41 umspritzt. Verstärkungskern 60 ist also derart im Topfboden 44 der Dämpferlageraufnahme 43 eingebettet, dass dieser ober- und unterseitig zumindest teilweise von dem Material dieser umgeben ist.
Wie auch Topfboden 44 weist Verstärkungskern 60 ein Loch für die Kolbenstange des Stoßdämpfers auf. Folglich kann Verstär kungskern 60 als eine Tragscheibe angesehen werden. Diese ermöglicht eine strukturelle Durchleitung der dynamischen Kräfte aus Dämpferlager und Zusatzfeder vom Boden der Dämpferla geraufnahme 43 bis hin zu den Befestigungsmittel zur Kraft fahrzeugkarosserie. Vorteilhafterweise besitzt Verstärkungs kern 60 ein höheres E-Modul als das Material des Luftfederdeckels 40.
Beispielhaft kommt der aus einem Kunststoff gefertigte Luft federdeckel 40 lediglich mit einer Verstärkung im Boden 44 der Dämpferlageraufnahme 45 aus. Eine Verstärkung der Topfwandung 45 ist nicht nötig. D.h. Topfwandung 45 ist nicht mit einem weiteren Element verstärkt. Sie besteht lediglich aus dem Kunststoff material des ersten Deckelteils 41. Die erforderliche Kraft- durchleitung in Befestigungsmittel 52 wird lediglich durch Form und Gestalt der Topfwandung 45 erfüllt.
Das Material der Deckelteile 41, 42 muss hinreichend korro sionsbeständig sein. Vorzugsweise kommt ein thermoplastischer Kunststoff zum Einsatz, wobei für beide Teile 41, 42 das gleiche Material verwendet wird. So können auch verschiedene Thermo plaste für die Deckelteile 41, 42 verwendet werden, insbesondere Materialien mit ähnlichem Schmelzpunkt aber unterschiedlicher Faserfüllung wie z.B. PA6GF30 und PA6.6GF50. Diese Materialien sind gut schweißbar und passen sich den individuellen Anfor derungen besser an.
Als Alternative zu den Thermoplasten, können für das erste und zweite Deckelteil 41, 42 Duroplaste verwendet werden. Oder es wird ein Thermoplast für das eine Deckelteil und ein Duroplast für das andere Deckelteil verwendet.
Die Materialwahl wird durch die individuellen Festigkeitsan forderungen an das jeweilige Deckelteil und durch das zur Verbindung bevorzugte Fügeverfahren betsimmt.
Auch ist es vorstellbar, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Deckelteil 41, 42 ein drittes Deckelteil eingesetzt wird, wenn dies für eine kostengünstige Fertigung oder bessere Bau raumausnutzung oder die Ausbildung von abschaltbaren Luftkammern zweckmäßig ist.
Die Einführung von vertikal verlaufenden Versteifungsrippen 48 führt zu einer Steigerung der Schweißbarkeit des gesamten Luftfederdeckels 40. Beispielhaft lassen sich erstes und zweites Deckelteil 41, 42 durch Schweißen, Kleben, Formschluss oder Verschraubung (letzte beiden Optionen in Verbindung mit einer O-Ring-Abdichtung) gasdicht miteinander verbinden. Zunächst wird der Luftfederdeckel 40 aus mindestens zwei Teilen 41, 42 ausgeführt, die in einem zusätzlichen Fügeprozess miteinander verbunden werden müssen. Als ein hocheffizienter Fügeprozess kommt das thermoplastische Schweißen infrage, weil es neben dem Stoffschlüssigen und festen Fügen der Teilschalen gleichzeitig eine sichere und gasdichte Abdichtung der Füge fläche ermöglicht. Wenn eine nicht ausreichende Schweißfläche zur Verfügung steht, dann versagt die Verschweißung der De ckelteile bei zu hohen Innendrücken.
Die spezifische Festigkeit einer Schweißverbindung ist bei faserverstärkten Kunststoffen stets geringer als die Festigkeit des ungestörten Materialbereiches. Dies ist dem fehlenden Durchgriff der Verstärkungsfasern durch die Schweißnaht ge schuldet, so dass prinzipbedingt die Schweißnahtfestigkeit nur der Größenordnung der Festigkeit des polymeren Grundmaterials liegen kann.
Die Grundbelastung des Innendrucks trachtet nun danach, das obere Deckelteil 41 von dem unteren Deckelteil 42 vertikal auseinander zu reißen. Darum ist für die Performance der Schweißung die Größe verschweißten Fläche entscheidend, weil man nur über die Größe der Fläche die geringere spezifische Schweißnahtfestigkeit ausgleichen kann. Eine Deckelhülle ohne Innenrippen hat als Schweißfläche nur die ringförmige Schnittfläche der Außenkontur der Deckelhülle in der Teilungsebene zwischen oberen und unterem Deckelteil zur Verfügung. Dadurch stellen die aus erstem und zweiten Deckelteil 41, 42 geformten Versteifungsrippen 48 eine Vergrößerung der Schweißnahtfläche dar und erhöhen die Fes tigkeit des Luftfederdeckels 40.
Die Figur 4 soll nochmals den im Boden 44 der Dämpferlageraufnahme 43 eingebetteten Verstärkungskern 60 näher aufzeigen. Wie ersichtlich ist, sind die Ober- und Unterseite des Verstär kungskern 60 zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial des Luftfederdeckels umgeben. Eine Umspritzung der Durchgangs bohrung erfolgt nicht.
Aus den Figuren 5 und 6 ist ersichtlich, dass neben der zentrischen Durchgangsbohrung für die Kolbenstange auch weitere Bohrungen im Verstärkungskern 60 vorgesehen sind. Diese Boh rungen sind um Umfangsrichtung des Verstärkungskern 60 verteilt und ebenfalls axial eingebracht. Diese dienen dazu Verstär kungskern 60 sicher im Topfboden 44 zu positionieren, da diese von dem Kunststoffmaterial des Topfbodens 44 ausgefüllt werden. Folglich wird ein Verdrehen des Verstärkungskern 60 unterbunden.
Bezugszeichenliste
1 Luftfederbein
2 Luftfeder
3 Stoßdämpfer
4 Luftfederdeckel
5 Abrollkolben
6 Rollbalg
7 Außenführung
8 Rollfalte
9 Kardanikfalte
10 Arbeitsraum
11 Dämpferlager
12 Innenspannring
13 Lagerelement
14 Dämpferrohr
15 Kolbenstange
16 Zusatzfeder
17 Stützring
18 Klemmring
19 Faltenbalg
20 Dichtsystem
40 Luftfederdeckel
41 erstes Deckelteil
42 zweites Deckelteil
43 Dämpferlageraufnahme
44 Topfboden
45 Topfwandung
46 Topfkragen
47 Außenwandung
48 Deckelraum
49 Zusatzfedertopf
50 Klemmgrund 51 Verstärkungsring
52 Befestigungsmittel
53 Aufnahmevorrichtung
54 Versteifungsrippen 60 Verstärkungskern
L Längsachse

Claims

Patentansprüche
1. Luftfederbein (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine
Luftfeder (2) mit einem Stoßdämpfer (3) zur Federung und Dämpfung von Schwingungen eines Kraftfahrzeugfahrwerkes, wobei die Luftfeder (2) einen Luftfederdeckel (4, 40) und einen Abrollkolben (5) umfasst, wobei zwischen dem Luft federdeckel (4, 40) und dem Abrollkolben (5) ein Rollbalg (6) aus elastomerem Material luftdicht eingespannt ist, wobei der Luftfederdeckel (4, 40) eine Dämpferlageraufnahme (43) umfasst, welche einen Boden (44) aufweist und in welcher ein Dämpferlager (11) des Stoßdämpfers (3) angeordnet ist, und wobei der Luftfederdeckel (4, 40) einen Klemmgrund (50) umfasst, an welchem ein erstes Ende des Rollbalgs (6) angebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfe derdeckel (40) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und zur Festigkeitssteigerung der Dämpferlageraufnahme (43) einen Verstärkungskern (60) umfasst, welcher in dem Boden (44) der Dämpferlageraufnahme (43) angeordnet ist und zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial des Luft federdeckels (40) umgeben ist.
2. Luftfederbein (1) nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass der Luftfederdeckel (40) mehrere Aufnahmevorrichtungen (53) und mehrere Befestigungsmittel (52) zur Anbindung des Luftfederbeins (1) an das Kraftfahrzeug umfasst, wobei in jeweils eine der Aufnahmevorrichtung (53) eines der Be festigungsmittel (52) zumindest teilweise eingelassen ist.
3. Luftfederbein (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungskern (60) ober- und unterseitig zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial des Luftfederdeckels (40) umgeben ist.
4. Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch kennzeichnet, dass der Verstärkungskern (60) aus einem metallischen Werkstoff oder Keramik oder einem Kunst stoffmaterial hergestellt ist.
5. Luftfederbein (1) nach Anspruch 4, dadurch kennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial des Verstärkungskerns (60) ein thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff ist.
6. Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch kennzeichnet, dass der Werkstoff des Verstärkungskerns (60) ein höheres E-Modul als das Kunststoffmaterial des Luft federdeckels (40) hat.
7. Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch kennzeichnet, dass der Verstärkungskern (60) eine zentrische Durchgangsbohrung für eine Kolbenstange des Stoßdämpfers (3) aufweist .
8. Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch kennzeichnet, dass der Verstärkungskern (60) exzentrisch vorgesehene Bohrungen umfasst.
9. Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch kennzeichnet, dass der Verstärkungskern (60) eine Trag scheibe ist.
10. Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch kennzeichnet, dass die Dämpferlageraufnahme (43) eine Wandung (45) aufweist, welche aus dem Kunststoffmaterial des Luftfederdeckels (40) gebildet ist und nicht durch ein Element verstärkt ist.
11. Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial des Luftfe derdeckels (40) ein thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff ist.
12. Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfederdeckel (40) einteilig und vollständig aus dem Kunststoffmaterial gefertigt ist.
13. Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfederdeckel (40) mehrteilig ausgeführt ist, zumindest umfassend ein erstes Deckelteil (41), welches die Dämpferlageraufnahme (45) umfasst, und ein zweites Deckelteil (42), welches den Klemmgrund (50) um fasst, wobei zumindest das erste Deckelteil (41) aus dem Kunststoffmaterial gefertigt ist.
14. Luftfederbein (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Deckelteil (42) aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff hergestellt ist.
15. Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Luftfe dersystem, mit einem Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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