DE10050067C2

DE10050067C2 - Vorrichtung zum luftdichten Verschließen eines Hubraums einer Luftfeder bei gleichzeitiger kugelgelenkartiger Führung eines hydraulischen Stoßdämpfers in diesem Hubraum

Info

Publication number: DE10050067C2
Application number: DE2000150067
Authority: DE
Inventors: Juergen Reitz; Manfred Taedcke
Original assignee: Trelleborg Automotive Technical Centre GmbH
Current assignee: Trelleborg Automotive Germany GmbH
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2020-10-11
Also published as: DE10050067A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum luftdichten Verschließen eines Hubraums einer Luftfeder bei gleichzeitiger kugelgelenkartiger Führung eines hydraulischen Stoßdämpfers. Insbesondere bei Fahrzeugen zum Transport schwerer Lasten, wie Lastkraftfahrzeugen und Schienenfahr zeugen, werden bislang Federungssysteme eingesetzt, die entweder ge trennt, zum Beispiel als Luftfeder in Verbindung mit einem Hydraulik dämpfer, oder integriert als hydropneumatischer Dämpfer ausgeführt sind. Aufgabe einer solchen Kombination von Federungskomponenten ist dabei zum einen, die Höhenlage des Fahrzeuges bei Beladung zu regulieren, und zum anderen gleichzeitig eine Federung mit möglichst konstanter Ei genfrequenz zu erzielen. Die Schwingbewegung wird nicht direkt auf das beispielsweise in einem Gasdruckstoßdämpfer enthaltene Stickstoffvolu men übertragen, sondern über das Zwischenmedium Öl, die durch eine Trennwand voneinander separiert sind. Das Niveau wird durch Zu- oder Abfüllen von Öl geregelt. Bei der hydropneumatischen Federung ändert sich bei Beladung das Gasvolumen, das Gasgewicht hingegen bleibt kon stant. Die Eigenfrequenz erhöht sich dadurch mit zunehmender Beladung.

Bei einem Federungssystem, bestehend aus den getrennten Komponen ten Luftfeder und Hydraulikdämpfer, wird die Höhenlage des Fahrzeuges dadurch geregelt, daß in die Luftfeder Luft hineingepumpt oder aus der Feder herausgelassen wird. Dies bedeutet, daß bei der Luftfeder unab hängig von der Beladung das Luftvolumen konstant bleibt und sich die Eigenfrequenz unabhängig von der Beladung nicht ändert. Der getrennt von der Luftfeder angebrachte Hydraulikdämpfer nimmt unabhängig von der Luftfeder die Funktion der Stoßaufnahme durch Fahrbahnunebenhei ten wahr. Auf Grund der guten Federungseigenschaften dieses kombi nierten Federungssystems wird diese Federung an Transportfahrzeugen für schwere Lasten bevorzugt verbaut.

Die positiven Schwingungseigenschaften dieses Federungssystems durch getrennte Anbringung der Luftfeder und des Hydraulikdämpfers im Achs bereich von Fahrzeugen erfordern allerdings einige konstruktive Maß nahmen. Für die Integration eines solchen Federungssystems ist ein ent sprechender Platzbedarf zu berücksichtigen und durch die konstruktiven Maßnahmen ist auch mit entsprechenden Fertigungskosten zu rechnen. Eine Zusammenfassung von Luftfeder und Hydraulikdämpfer zu einer Komponente ist folglich wünschenswert, stellt allerdings auch besonders hohe Anforderungen an die Dichtigkeit, insbesondere der Luftfeder. Dies wird um so mehr durch die zwangsläufige Bewegung der Hydraulikdämp fer-Längsachse zur Luftfeder-Längsachse bei Ein- und Ausfederung des Systems erschwert. Den Anforderungen an Dichtigkeit und Beweglichkeit entsprechende Dichtelemente für diesen Zweck standen bislang nicht zur Verfügung.

Aus der GB 2 198 498 A ist eine elastische Buchse bekannt, die zur Lage rung einer bei einer Bohrinsel zum Einsatz gelangenden Verankerungs vorrichtung dient. Die Buchse weist einen Innenring auf, der am Außen umfang der Verankerungsvorrichtung festgelegt ist. Über ein Federele ment stützt sich der Innenring an einem Außenring ab. Die sich gegen überliegenden Stützflächen von Innenring und Außenring weisen jeweils eine kugelsegmentartige Oberfläche auf. Auf diese Weise wird eine kardanische beziehungsweise kugelgelenkartige Führung der Verankerungs vorrichtung erreicht.

Außerdem beschreibt die WO 94/24456 ein Lager, das einen Lagerkern und einen Außenring aufweist. Die sich gegenüberliegenden Stützflächen von Lagerkern und Außenring sind jeweils kugelsegmentartig ausgebildet. Zwischen den Stützflächen ist ein Federelement aus einem elastischen Werkstoff angeordnet. Auf diese Weise ergibt sich eine kugelgelenkartige Führung eines an dem Lagerkern aufgenommenen Bauteils.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung an zugeben, mit der sich einerseits eine kugelgelenkartige Führung des Stoßdämpfers in dem Hubraum und andererseits ein luftdichter Verschluß des Hubraums erzielen lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird in Übereinstimmung mit Anspruch 1 eine Vorrichtung zum luftdichten Verschließen eines Hubraums einer Luftfeder bei gleichzeitiger kugelgelenkartiger Führung eines hydraulischen Stoß dämpfers in diesem Hubraum vorgeschlagen, die mit einem außenliegen den Flansch und einer hierzu nach innen versetzt angeordneten Buchse sowie einem Federelement zur elastischen Verbindung des Flanschs und der Buchse versehen ist. Das Federelement ist über im wesentlichen ku gelsegmentartige Oberflächen auf der Oberseite mit dem Flansch und auf der Unterseite mit der Buchse fest verbunden. Zudem weist das Fe derelement eine zentrale Durchgangsöffnung auf, die mit koaxialen Boh rungen in dem Flansch und der Buchse fluchten. Der Stoßdämpfer ist in einer Bohrung der Buchse aufgenommen, die einen Anschlag zur Justie rung des Stoßdämpfers und eine oder mehrere Ringnuten zur Aufnahme von Dichtringen aufweist, die den Hubraum luftdicht verschließen.

Durch die kugelsegmentartige Ausprägung des Federelements ist eine optimale Flexibilität in radialer Richtung für einen in der Buchse geführten Dämpfer möglich. Gleichzeitig ist durch die feste Verbindung der Oberseite des Federelements mit dem Flansch und der Unterseite mit der Buchse eine optimale Dichtigkeit in diesem Bereich gewährleistet. Zwi schen Buchse und Dämpfer genauso wie zwischen Flansch und Luftfe derelement kann die Dichtigkeit mit herkömmlichen Dichtelementen, wie zum Beispiel Dichtringen, hergestellt werden. Durch die besondere Form gebung des Federelements ist nur die Oberseite der Buchse sowie die Unterseite des Flanschs in ihrer Gestalt bestimmt, wodurch die Abstim mung der weiteren Geometrie der Buchse hinsichtlich der Aufnahme des Dämpfers in der Bohrung sowie die weitere Geometrie des Flanschs hin sichtlich der Montagemöglichkeiten in der Luftfeder nicht eingeschränkt wird. Folglich ist eine größtmögliche Flexibilität hinsichtlich der Lage bei der Komponenten zueinander gewährleistet.

Zur Übertragung von Kräften durch die Luftfeder und den Dämpfer ist eine Verbindung zwischen beiden notwendig. Die Bohrung der Buchse weist deshalb einen Anschlag zur Justierung und Montage des Dämpfers in der Buchse auf. Dieser Anschlag erleichtert insbesondere weitere Fixie rungsmaßnahmen zwischen Buchse und Dämpfer, wie das Einsetzen ei nes Bolzens durch definierte aufeinander abgestimmte Bohrungen, das Einbringen eines Sprengringes in dafür vorgesehenen Nuten oder derglei chen. Bei Verwendung einer Schraubverbindung zwischen beiden Ele menten kann der Anschlag als Gegenlager dienen.

Gerade die erwähnte Fixierung zwischen Dämpfer und Buchse mit Hilfe eines oder mehrerer Sprengringe in dafür vorgesehenen und aufeinander abgestimmten Nuten an beiden Elementen bietet besondere Vorzüge. Die Verwendung von Sprengringen setzt zunächst keine aufwendigen kon struktiven Maßnahmen - bis auf die Anbringung der entsprechenden Nu ten an den Elementen - voraus und bietet gleichzeitig den Vorteil der gleichmäßigen Kraftübertragung über den gesamten Umfang des Dämp fers an dieser Stelle in die Buchse. Diese Art der Verbindung ermöglicht die leichte Integration am Markt bereits erhältlicher Dämpfer.

Zur Abdichtung der Buchse gegenüber dem Zylinder des Dämpfers weist die Buchse eine oder mehrere Ringnuten zur Aufnahme von Dichtringen auf. Sowohl die Bohrung der Buchse wie auch der Anschlag und die Ringnuten können auf einen jeweils gewünschten, handelsüblich erhältli chen hydraulischen Dämpfer abgestimmt werden. Zur weitgehenden Re duzierung laufender Teile in der Buchse wird idealerweise nur der Zylinder eines Dämpfers in der Buchse geführt und damit eine radiale Dichtung des in Längsrichtung beweglichen Kolbens überflüssig.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum luftdichten Verschließen eines Hubraums einer Luftfeder bei gleichzeitiger kugelgelenkartiger Führung eines hydraulischen Stoßdämpfers in diesem Hubraum kann generell An wendungen betreffen, bei denen die Absorption einer Stoßenergie in Ver bindung mit einer Niveauregelung gewünscht ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.

Durch eine trichterförmige Erweiterung der Öffnung des Federelements von der Buchse in Richtung des Flanschs wird einem in der Buchse ge führten Dämpfer größtmöglicher radialer Spielraum bei einer Kippbewe gung um seine untere Halterung gegeben. Dadurch werden besonders lange Federwege der Achse eines Fahrzeugs zu dem Fahrzeuggestell, bei denen der Kippwinkel der Längsachse des Dämpfers relativ zur Längs achse der Luftfeder besonders groß wird, ermöglicht.

Eine formstabile Auslenkung wird vorteilhafterweise dadurch erzielt, daß das Federelement ein oder mehrere integrierte Zwischenbleche aufweist, welche parallel zu der im wesentlichen kugelsegmentartigen Oberfläche verlaufen. Diese Zwischenbleche sorgen als Stabilisierungselemente für einen im wesentlichen trapezförmigen Verzug bei Auslenkung in eine ra diale Richtung und verhindern damit eine ungleichmäßige Kraftübertra gung über den Federquerschnitt von der Buchse in den Flansch. Dadurch wird einer vorzeitigen Materialermüdung in besonders belasteten Berei chen des Querschnitts des Federelements vorgebeugt und damit die Le bensdauer erhöht.

Vorzugsweise werden die Zwischenbleche dabei so ausgeführt, daß sie die Öffnung des Federelements im wesentlichen ringförmig umschließen. Bei Auslenkung der Dämpferachse und damit der Buchse wird dadurch eine gleichmäßige und über den gesamten Umfang des Federelements verteilte Einleitung der auftretenden Scherkräfte erzielt. Um eine be stimmte Auslenkungscharakteristik des Federelements abhängig von der Umfangsrichtung der Auslenkung zu erhalten, ist es außerdem denkbar, die Zwischenbleche mit entsprechenden Aussparungen in radialer Rich tung bis hin zur Unterteilung der ringförmigen Struktur in einzelne Sektio nen vorzunehmen.

Da die Schichtfeder auf der einen Seite eine besondere Scherfähigkeit unter weitgehender Beibehaltung der Grundform gewünscht ist, auf der anderen Seite aber eingeleitete axiale Federkräfte des in der Buchse ge führten Dämpfers und Druckkräfte aus der Luftfeder übertragen werden sollen, ist zur Erhöhung der Formstabilität des Federelements die Ver wendung eines elastischen Vollmaterials besonders vorteilhaft. Durch die Verwendung des elastischen Vollmaterials wird eine besonders stabile Verbindung zwischen Flansch und Buchse und, durch exakte Führung der Zwischenbleche im Material, die allein gewünschte kugelgelenkartige Be weglichkeit des Federelements und damit der Buchse und des Dämpfers gestattet. Denkbar ist aber auch eine Herstellung des Federelements aus einem elastischen Material, welches zur möglichst widerstandsfreien ra dialen Auslenkung in alle oder in eine bestimmte gewünschte radiale Richtung Ausnehmungen an der Oberfläche oder Aushöhlungen im In nenbereich aufweist oder aus einem entsprechend geschäumten Material besteht, ohne dabei allerdings an Festigkeit einzubüßen.

Vorteilhafterweise weist das Federelement eine rotationssymmetrische Form auf. Diese Form läßt sich durch Ausnutzung von Symmetrien be sonders einfach herstellen und erfordert auch keine konstruktiv aufwendig gestalteten Flansche und Buchsen samt ihren Gegenlagern im Fahrzeug. Eine solche rotationssymmetrische Form des Federelements läßt eine radial einheitliche maximale Auslenkung des Dämpfers zu. Allerdings kann das Federelement auch eine nicht-rotationssymmetrische Form auf weisen. Eine solche Form könnte größere Auslenkungen des Dämpfers in die eine Richtung und kleinere Auslenkungen in die andere Richtung zu lassen. Damit wäre eine an die geometrischen Gegebenheiten oder den vorgegebenen Lastfall genau anpaßbare Vorrichtung herstellbar.

Eine besonders weite Auslenkung des Dämpfers ist vorzugsweise dann möglich, wenn sich die Öffnung des Flanschs direkt an die Öffnung des Federelements anschließt. Das bedeutet, daß der sich oberhalb des Fe derelements erstreckende Flansch besonders schmal sein kann. Die ma ximale Auslenkung des Dämpfers wird damit nur von der trichterförmigen Aufweitung der Öffnung des Federelements bestimmt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles be schrieben, welches anhand der Abbildungen näher erläutert wird.

Fig. 1A zeigt eine geschnittene Ansicht einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1B zeigt eine geschnittene Ansicht der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wie Fig. 1A mit einem in eine Buchse eingeführten Dämpfer;

Fig. 2 zeigt eine im Bereich einer Luftfeder teilweise geschnittene Vorderansicht eines an einer Fahrzeugachse angebrachten kombinierten Dämpfungssystems, welches mit einer Vor richtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Dämpfer in eine Luftfeder integriert;

Fig. 3 zeigt eine geschnittene Seitenansicht des kombinierten Dämpfungssystems aus Fig. 2 und

Fig. 4 zeigt ein nicht integriertes kombiniertes Dämpfungssystem bestehend aus einer Luftfeder und einem Dämpfer gemäß dem Stand der Technik.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche oder gleichwirken de Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.

Fig. 1A zeigt eine geschnittene Ansicht einer Vorrichtung, welche aus ei nem Flansch 10, einer Buchse 20 und einem dazwischen liegenden ku gelsegmentartig geformten Federelement 30 besteht. Im elastischen Ma terial des Federelements 30 und parallel zu deren Oberflächen 32, 32' verlaufend sind Zwischenbleche 36, 36' zu erkennen, die als Stabilisie rungselemente des Federelements 30 bei Auslenkung der Buchse 20 in radialer Richtung dienen. Die Buchse 20 weist eine Durchgangsbohrung 26 mit seinem Anschlag 28 auf, der zur Justierung eines Dämpfers 40 dient. Die in der Bohrung 26 der Buchse 20 angebrachte Ringnut 27 dient in diesem Fall der Aufnahme eines Dichtringes zur Dichtung der Buchse 20 gegen einen Zylinder 42 des Dämpfers 40. In die Ringnut 27' wird ein Sprengring eingebracht, der in einen angeschweißten Flansch an einem Zylinder 42 des Dämpfers 40 eingreift. Um möglichst große Auslenkungen des Kolbens 44 des Dämpfers 40 zuzulassen, ist das Federelement 30 mit einer sich nach oben trichterförmig erweiternden Öffnung 34 versehen, die in eine Bohrung 12 des Flanschs 10 übergeht.

Fig. 1B zeigt eine geschnittene Ansicht einer Vorrichtung wie in Fig. 1A, jedoch nun mit in die Buchse 20 montiertem Dämpfer 40, bestehend aus einem Zylinder 42 und einem Kolben 44. Die axiale Kraftübertragung vom Dämpfer 40 in die Buchse 20 wird über einen in der Ringnut 27' verlau fenden Sprengring, der gleichermaßen in die Buchse 20 und den Zylinder 42 eingreift, gewährleistet. Gleichzeitig kann der Kolben 44 des Dämpfers 40 sich in axialer Richtung frei bewegen. Die Dichtigkeit zwischen Dämp fer 40 und Buchse 20 wird über eine in der Ringnut 27 der Buchse 20 verlaufende Dichtung hergestellt. Gleichzeitig kann der Dämpfer 40 kugel gelenkartig aus seiner Längsachsenrichtung in eine beliebige radiale Richtung geschwenkt werden, ohne daß Undichtigkeiten zwischen Flansch 10 und Buchse 20 entstehen. Das Federelement 30 stellt sich bei einer Auslenkung des Dämpfers 40 in der beschriebenen Art durch elasti sche Verformungen parallel zu seinen Oberflächen 32, 32' auf die neue Längsachsenrichtung des Dämpfers 40 ein.

Fig. 2 zeigt eine im Bereich der Luftfeder 50 teilweise geschnittene Vor deransicht eines an einer Fahrzeugachse angebrachten kombinierten Dämpfungssystems, welches mittels der obigen Vorrichtung einen Dämp fer 40 in eine Luftfeder so integriert. Zu erkennen ist der Flansch 10, der in ein an der Achse eines Fahrzeuges angebrachtes Gehäuse montiert ist und durch dessen Öffnung 12 der Zylinder 42 des Dämpfers 40 verläuft. In dieser Ausführungsform tritt der Kolben 44 des Dämpfers 40 erst im Inneren der Luftfeder 50 aus dem Zylinder 42 des Dämpfers 40, wodurch im Bereich der Buchse 20 keine laufenden Teile geführt werden müssen, was Dichtigkeitsvorteile mit sich bringt.

Fig. 3 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines kombinierten Dämp fungssystems wie in Fig. 2 in dem noch einmal deutlich die Führung des Dämpfers 40 zu erkennen ist, welcher bei Aus- und Einfederung der Ach se aus seiner Längsrichtung ausgeschwenkt wird.

Fig. 4 zeigt ein nicht integriertes kombiniertes Dämpfungssystem beste hend aus einer Luftfeder 50' und einem Dämpfer 40' gemäß dem Stand der Technik. Durch die obige Vorrichtung kann der Dämpfer 40' in der Luftfeder 50' dichtend und gleichzeitig kugelgelenkartig radial beweglich in der Luftfeder 50' gelagert werden.

Bezugszeichenliste

10

Flansch

12

Bohrung des Flanschs

20

Buchse

26

Bohrung der Buchse

27

,

27

' Ringnut der Buchse

28

Anschlag der Buchse

30

Federelement

32

,

32

' Oberfläche des Federelements

34

Öffnung des Federelements

36

,

36

' Zwischenbleche des Federelements

40

,

40

' Dämpfer

42

Zylinder

44

Kolben

50

,

50

' Luftfeder

Claims

1. Vorrichtung zum luftdichten Verschließen eines Hubraums einer Luftfeder (50) bei gleichzeitiger kugelgelenkartiger Führung eines hydraulischen Stoßdämpfers (40) in diesem Hubraum mit einem außenliegenden Flansch (10) und einer hierzu nach innen versetzt angeordneten Buchse (20) sowie einem Federelement (30) zur ela stischen Verbindung des Flanschs (10) und der Buchse (20), wobei das Federelement (30) über im wesentlichen kugelsegmentartige Oberflächen (32, 32') auf der Oberseite mit dem Flansch (10) und auf der Unterseite mit der Buchse (20) fest verbunden ist, wobei das Federelement (30) eine zentrale Durchgangsöffnung (34) auf weist, die mit koaxialen Bohrungen (12, 26) in dem Flansch (10) und der Buchse (20) fluchten, und wobei der Stoßdämpfer (40) in einer Bohrung (26) der Buchse (20) aufgenommen ist, die einen Anschlag (28) zur Justierung des Stoßdämpfers (40) und eine oder mehrere Ringnuten (27, 27') zur Aufnahme von Dichtringen auf weist, die den Hubraum luftdicht verschließen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchgangsöffnung (34) des Federelements (30) von der Buch se (20) in Richtung des Flanschs (10) trichterförmig erweitert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (30) ein oder mehrere integrierte Zwischen bleche (36, 36') aufweist, welche parallel zu der im wesentlichen kugelsegmentartigen Oberfläche (32, 32') verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenbleche (32, 32') die Öffnung (34) des Federelements (30) im wesentlichen ringförmig umschließen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Federelement (30) aus einem elastischen Vollmaterial besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Buchse (20) eine oder mehrere Ringnuten (27, 27') zur Aufnahme von Sprengringen aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Federelement (30) eine rotationssymmetrische Form aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß sich die Öffnung (12) des Flanschs (10) direkt an die Öffnung (34) des Federelements (30) anschließt.