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Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem für eine Mehrzahl von Bauvarianten einer Luftfeder für Fahrzeuge.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau sind Fahrwerke mit Luftfederungen bekannt, welche Luftfedern umfassen. Über eine solche Luftfeder ist ein Rad eines Fahrzeugs an dessen Aufbau, insbesondere Karosserie, gefedert abgestützt. Dies bedeutet, dass das Rad zumindest mittelbar an dem Aufbau angelenkt ist, sodass das Rad relativ zum Aufbau ein- und ausfedern kann. Dabei ist die Luftfeder einerseits zumindest mittelbar am Aufbau beziehungsweise an dem Rohbau des Fahrzeugs befestigt und andererseits zumindest mittelbar mit dem Rad, beispielsweise einem Radträger, verbunden, sodass die Luftfeder die Ein- und Ausfederbewegungen des Rads mit ausführt. Durch Einfedern des Rads wird die Luftfeder gespannt, sodass die Luftfeder auf das Rad eine Federkraft ausübt, mittels welcher ein Ausfedern des Rads, das heißt eine Bewegung vom Aufbau weg, bewirkt wird.
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Ferner ist es bekannt, für unterschiedliche Fahrzeuge beziehungsweise unterschiedliche Baureihen von Fahrzeugen unterschiedliche Fahrwerke und insbesondere unterschiedliche Luftfederungen verwenden zu müssen, um die Luftfederungen an unterschiedliche Fahrzeugeigenschaften anzupassen. Dies bedeutet, dass für unterschiedliche Fahrzeuge unterschiedlicher Bauvarianten einer Luftfeder erforderlich sind, wobei die Realisierung dieser unterschiedlichen Bauvarianten der Luftfeder üblicherweise sehr kostenaufwendig ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Baukastensystem zu schaffen, mittels welchem unterschiedliche Bauvarianten einer Luftfeder auf besonders einfache und kostengünstige Weise realisiert werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Baukastensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Baukastensystem für eine Mehrzahl von Bauvarianten einer Luftfeder für Fahrzeuge umfasst wenigstens einen bauvariantenübergreifenden Abrollkolben, ein bauvariantenübergreifendes Befestigungselement sowie wenigstens zwei bauvariantenspezifische Bälge, welche sich in ihrer jeweiligen Länge voneinander unterscheiden und wahlweise mit dem Abrollkolben und dem Befestigungselement verbindbar sind. Dies bedeutet, dass für die unterschiedlichen Bauvarianten der Luftfeder der gleiche Abrollkolben und das gleiche Befestigungselement verwendet werden. Zur Realisierung einer ersten der Bauvarianten wird ein erster der Bälge verwendet und mit dem Abrollkolben und dem Befestigungselement verbunden. Um eine zweite der Bauvarianten zu schaffen, wird anstelle des ersten Balgs der zweite Balg verwendet und mit dem Abrollkolben und dem Befestigungselement verbunden. Dies bedeutet, dass die Variantenbildung der Luftfeder nicht mittels des Abrollkolbens und des Befestigungselements, sondern mittels der Bälge erfolgt. Da die Bälge sich in ihrer jeweiligen Länge voneinander unterscheiden, unterscheiden sich die Bauvarianten in ihrer jeweiligen Länge, sodass es mittels des erfindungsgemäßen Baukastensystems auf besonders einfache Weise möglich ist, unterschiedliche Längen und somit insbesondere unterschiedliche Steifigkeiten der Luftfeder auf kostengünstige Weise zu realisieren. Dadurch ist es möglich, die Luftfeder beispielsweise als Hinterachs-Luftfeder zu verwenden und in unterschiedliche Achsen, insbesondere Hinterachsen, von Fahrzeugen zu integrieren bei gleichen Außendurchmessern.
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Die Bauvarianten der Luftfeder können besonders gut für die sogenannte aufgelöste Bauweise eines Fahrwerks verwendet werden. Unter der aufgelösten Bauweise ist zu verstehen, dass die Luftfeder und ein Stoßdämpfer für das Fahrwerk des Fahrzeugs nicht etwa koaxial zueinander angeordnet sind und ein Modul bilden, sondern die Luftfeder und der Stoßdämpfer sind – im fertig hergestellten Zustand des Fahrzeugs – an unterschiedlichen Stellen angeordnet und stehen für sich alleine. Hierdurch ist es möglich, die Luftfeder und den Stoßdämpfer an jeweils vorteilhaften Stellen anzuordnen, sodass unerwünschte Geräusche, insbesondere Poltergeräusche, vermieden werden können. In der Folge lässt sich ein besonders hoher Komfort darstellen. Insbesondere ist es vorgesehen, die Luftfeder nicht mehr im Bereich einer Hutablage des Fahrzeugs anzubinden, sondern in einem Heckbodenbereich. Die Anbindung des Stoßdämpfers ist ebenfalls nicht im Hutablagenbereich, sondern im Hüftbereich von Insassen des Fahrzeugs vorgesehen. Dadurch kann ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten des Fahrzeugs geschaffen werden, wobei dieses Geräuschverhalten auch als NVH-Verhalten (NVH – noise, vibration, harshness) bezeichnet wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Luftfeder für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs;
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2 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Luftfeder;
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3 eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Luftfeder; und
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4 eine schematische Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der Luftfeder, wobei die Ausführungsformen auf besonders einfache und kostengünstige Weise mittels eines Baukastensystems herstellbar sind.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine erste Ausführungsform einer Luftfeder für ein Fahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Die erste Ausführungsform ist dabei eine erste Bauvariante der Luftfeder, wobei – wie im Folgenden noch genauer erläutert wird – unterschiedliche Bauvarianten der Luftfeder mittels eines Baukastensystems auf besonders einfache und kostengünstige Weise realisiert werden können. Im fertig hergestellten Zustand des Fahrzeugs ist die Luftfeder Bestandteil einer Luftfederung eines Fahrwerks des Fahrzeugs, wobei die Luftfeder beispielsweise in einer Hinterachse des Fahrzeugs zum Einsatz kommt. Die Hinterachse weist vorzugsweise die sogenannte aufgelöste Bauweise auf, bei welcher die Luftfeder und ein Stoßdämpfer nicht etwa koaxial zueinander angeordnet sind und ein Modul bilden, sondern für sich alleine stehen.
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Das Baukastensystem umfasst einen bauvariantenübergreifenden Abrollkolben 10, welcher beispielsweise zumindest eine Konturschale umfasst. Ferner umfasst das Baukastensystem ein bauvariantenübergreifendes Befestigungselement in Form eines Flansches 12. Unter dem Begriff bauvariantenübergreifend ist zu verstehen, dass der Abrollkolben 10 und der Flansch 12 zumindest für eine Mehrzahl der mittels des Baukastensystems realisierbaren, unterschiedlichen Bauvarianten verwendet werden. Bezogen auf die unterschiedlichen Bauvarianten der Luftfeder sind der Abrollkolben 10 und der Flansch 12 somit Gleichteile, sodass die unterschiedlichen Bauvarianten mit einer hohen Gleichteileanzahl und somit kostengünstig realisiert werden können. An dieser Stelle sei vorweggenommen, dass 2 eine zweite Ausführungsform und somit eine zweite Bauvariante, 3 eine dritte Ausführungsform und somit eine dritte Bauvariante und 4 eine vierte Ausführungsform und somit eine vierte Bauvariante der Luftfeder zeigt.
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Der Abrollkolben 10 ist dazu ausgebildet, aufbaufest am Fahrzeug montiert zu werden. Dies bedeutet, dass der Abrollkolben 10 im fertig hergestellten Zustand des Fahrzeugs zumindest mittelbar an einem Aufbau, insbesondere der Karosserie, des Fahrzeugs festgelegt ist. Die Karosserie wird auch als Rohbau bezeichnet, sodass eine rohbauseitige Anbindung des Abrollkolbens 10 vorgesehen ist. Da der Abrollkolben 10 rohbauseitig an das Fahrzeug angebunden wird, ist es ferner vorgesehen, dass der Flansch 12 radseitig montiert beziehungsweise angebunden wird. Mit anderen Worten dient die Luftfeder dazu, wenigstens ein Rad des Fahrzeugs gefedert am Aufbau beziehungsweise der Karosserie oder Rohbau abzustützen. Hierzu ist beispielsweise ein Radträger vorgesehen, welcher gelenkig mit Radlenkern verbunden ist. Die Radlenker sind ferner zumindest mittelbar an dem Aufbau angelenkt, sodass der Radträger relativ zu dem Aufbau verschwenkbar ist. Das Rad wiederum ist drehbar am Radträger befestigbar beziehungsweise befestigt, sodass sich das Rad relativ zum Radträger drehen und mit dem Radträger relativ zum Aufbau mit verschwenken kann. Dadurch kann das Rad insbesondere in Fahrzeughochrichtung Ein- und Ausfederbewegungen ausführen. Diese Ein- und Ausfederbewegungen werden mittels der Luftfeder gefedert, welche im fertig hergestellten Zustand des Fahrzeugs über den Flansch 12 zumindest mittelbar an den Radträger angebunden ist. Da der Flansch 12 radseitig angebunden ist, führt der Flansch 12 die Ein- und Ausfederbewegungen des Rades mit aus. Der rohbaufeste Abrollkolben 10 jedoch federt nicht mit dem Rad mit, da er am Aufbau festgelegt ist. Mit anderen Worten ist der Abrollkolben 10 starr am Rohbau fixiert. Hierdurch ist es auf bauraumgünstige Weise möglich, auch große Federwege am Rad zu realisieren.
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Auch der zuvor erwähnte Stoßdämpfer ist einerseits am Rohbau und andererseits zumindest mittelbar am Radträger angebunden, sodass der Stoßdämpfer beispielsweise bei Einfederbewegungen des Rads komprimiert wird, wodurch die Einfederbewegung des Rads gedämpft wird. Um eine Ausfederbewegung des Rads und somit ein Auseinanderziehen des Stoßdämpfers zu bewirken, kommt die Luftfeder zum Einsatz. Infolge einer Einfederbewegung des Rads wird die Luftfeder gespannt, wodurch die Luftfeder eine Federkraft auf das Rad ausübt. Mittels dieser Federkraft wird das Rad vom Aufbau weg bewegt, wodurch eine Ausfederbewegung des Rads bewirkt und der Stoßdämpfer auseinandergezogen wird. Auch diese Ausfederbewegung kann dabei mittels des Stoßdämpfers gedämpft werden.
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Das Baukastensystem umfasst ferner bauvariantenspezifische Bälge, von denen bei der in 1 gezeigten ersten Bauvariante ein erster Balg 14 zum Einsatz kommt. Mit anderen Worten wird der erste Balg 14 zur Realisierung der ersten Bauvariante verwendet. Die Bälge des Baukastensystems sind dabei wahlweise mit dem Abrollkolben 10 und dem Flansch 12 verbindbar, sodass die Variantenbildung nicht durch den Abrollkolben 10 und den Flansch 12, das heißt nicht durch Variantenbildung des Abrollkolbens 10 und des Flansches 12, sondern durch die Bälge, das heißt durch Variieren der Bälge erfolgt. Bei der ersten Ausführungsform ist der erste Balg 14 als Kreuzlagenaxialbalg ausgebildet, welcher einen ersten Teilbereich oder Längenbereich ausschließlich mit axial verlaufenden Festigkeitsträgern und einen sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich ausschließlich mit sich kreuzenden Festigkeitsträgern aufweist. Der erste Teilbereich ausschließlich mit axial verlaufenden Festigkeitsträgern ist insofern vorteilhaft, als in der Luftfeder auftretende Torsion und Kardanik, bedingt durch Eigenverdrehen des Balgs 14 beim Federn beziehungsweise bei Achsbewegungen, durch den ersten Teilbereich, welcher auch als Axiallagenbereich bezeichnet wird, abgefangen werden können. Ein Stützlager und somit zusätzliche Komponenten können entfallen, sodass das Gewicht gering gehalten werden kann.
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Ferner kann ein besonders hohes Luftvolumen bei nur geringen Außenabmessungen der Luftfeder geschaffen werden.
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Bei der ersten Ausführungsform ist ferner eine flexible Manschette 16 vorgesehen, welche einerseits am Abrollkolben 10 und andererseits zumindest mittelbar am Balg 14 befestigt ist. Ferner ist die Luftfeder gemäß der ersten Bauvariante als Ein-Kammer-Luftfeder ausgebildet, wobei die Luftfeder genau eine mit Luft gefüllte Kammer 18 aufweist, welche jeweils teilweise durch den Abrollkolben 10, den Balg 14, den Flansch 12 und einen mit dem Abrollkolben 10 verbundenen Topf 20 begrenzt ist. Darüber hinaus ist eine untere Manschette 22 vorgesehen, welche beispielsweise mit dem Flansch 12 zumindest mittelbar verbunden ist.
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Außerdem ist bei der ersten Bauvariante eine eigensteife Führungseinrichtung 24 zum außenumfangsseitigen Führen des Balgs 14 vorgesehen. Durch die Führungseinrichtung 24 ist eine Außenführung geschaffen, in welcher der Balg 14 zumindest teilweise aufgenommen ist. Mittels der Führungseinrichtung 24 wird der Balg 14 insbesondere beim Ein- und Ausfedern außenumfangsseitig geführt. Die Führungseinrichtung 24 umfasst einen den ersten Balg 14 außenumfangsseitig zumindest teilweise umgebenden Stützring 25, welcher in einer sogenannten B-Falte des ersten Balgs 14 aufgenommen ist. Beispielsweise ist der Stützring 25 in dem ersten Teilbereich ausschließlich mit axial verlaufenden Festigkeitsträgern angeordnet und wird insbesondere dazu genutzt, unerwünschte Verformungen des ersten Balgs 14 zu vermeiden und in der Folge Torsionskräfte aufnehmen zu können.
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2 zeigt in einer Schnittansicht die zweite Bauvariante der Luftfeder, bei welcher ebenfalls der Abrollkolben 10 und der Flansch 12 zum Einsatz kommen. Zur Realisierung der zweiten Bauvariante kommt ein mit 26 bezeichneter, zweiter der Bälge zum Einsatz, wobei der zweite Balg 26 als Kreuzlagenbalg ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der Kreuzlagenbalg ausschließlich sich kreuzende Festigkeitsträger aufweist. Daher ist eine Außenführung nicht vorgesehen und nicht erforderlich. Ferner ist bei der zweiten Bauvariante eine mit dem Flansch 12 und dem Abrollkolben jeweils zumindest mittelbar verbundene, flexible Manschette 28 vorgesehen, in welcher der zweite Balg 26 aufgenommen ist. Die Manschette 28 ist dabei eine durchgängige Manschette. Bei der zweiten Bauvariante ist ein Torsionslager 30 vorgesehen, über welches die Luftfeder, insbesondere der Abrollkolben 10, rohbauseitig angebunden werden kann.
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3 zeigt die dritte Bauvariante der Luftfeder, wobei sich die dritte Bauvariante insbesondere dadurch von der ersten Bauvariante unterscheidet, dass die Luftfeder als Zwei-Kammer-Luftfeder ausgebildet ist und dabei genau zwei mit Luft gefüllte beziehungsweise füllbare Kammern 18 und 19 aufweist. Die Kammer 18 ist jeweils teilweise durch den Flansch 12, den Balg 14 und einen mit dem Abrollkolben 10 verbundenen Deckel 32 begrenzt. Die Kammer 19 hingegen ist durch den Deckel 32, den Abrollkolben 10 und den Topf 20 begrenzt. Über eine Ventileinrichtung 34 sind die Kammern 18 und 19 fluidisch miteinander verbindbar und voneinander trennbar, sodass beispielsweise die Kammer 19 zur Kammer 18 zuschaltbar und abschaltbar ist. Unter dem Zuschalten ist zu verstehen, dass die Kammern 18 und 19 fluidisch miteinander verbunden sind, wobei unter dem Abschalten zu verstehen ist, dass die Kammern 18 und 19 voneinander getrennt sind. Durch Abschalten der Kammer 19 kann die Steifigkeit der Luftfeder im Vergleich zum Zuschalten der Kammer 19 erhöht werden, sodass dadurch beispielsweise eine sportliche Fahrweise realisierbar beziehungsweise ein sportlicher Charakter des Fahrwerks einstellbar ist. Durch Zuschalten der Kammer 19 kann ein besonders hoher Fahrkomfort realisiert werden, sodass ein komfortabler Charakter des Fahrwerks einstellbar ist.
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Schließlich zeigt 4 die vierte Bauvariante, welche sich insbesondere dadurch von der zweiten Bauvariante unterscheidet, dass die Luftfeder ebenfalls als Zwei-Kammer-Luftfeder ausgebildet ist. Die Kammer 18 wird durch den Flansch 12, den zweiten Balg 26 und den Deckel 32 begrenzt, wobei die Kammer 19 durch den Deckel 32, den Abrollkolben 10 und das Torsionslager 30 jeweils teilweise begrenzt wird. Auch bei der vierten Bauvariante ist die Kammer 19 mittels der Ventileinrichtung 34 zuschaltbar und abschaltbar.
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Zur Realisierung der Bauvarianten unterscheiden sich die Bälge 14 und 26 in ihrer jeweiligen Länge voneinander, sodass sich die erste Bauvariante und die zweite Bauvariante insbesondere hinsichtlich ihrer zumindest im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Länge voneinander unterscheiden. Diese Höhenvariierung beziehungsweise Höhenreduzierung erfolgt beispielsweise ausschließlich über den Abrollkolben 10, die Außenführung und die Bälge 14 und 26. Geforderte Steifigkeiten am Rad können durch Höhenanpassung des Topfes 20 beziehungsweise durch Höhenanpassung des inneren Deckels 32 und dadurch durch Ändern des jeweiligen Volumens der Kammern 18 und 19 realisiert beziehungsweise eingestellt werden. Dadurch ist es möglich, unterschiedliche Steifigkeiten der Bauvarianten mit geringem technischem Aufwand darzustellen. Dies ist vorteilhafterweise besonders wirksam durch den Entfall eines Stützlagers beziehungsweise des Torsionslagers 30, insbesondere bei der ersten und dritten Bauvariante. Die zweite und vierte Bauvariante weisen den Vorteil auf, dass eine Außenführung nicht vorgesehen ist.
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Dadurch, dass der Abrollkolben 10 nicht am Achsträger, sondern rohbauseitig angeordnet ist, kann eine hohe Lebensdauer des jeweiligen Balges 14 beziehungsweise 26 realisiert werden, da der Abrollkolben 10 nicht die Innenseite des jeweiligen Balges 14 beziehungsweise 26 bei Überfederung touchieren kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abrollkolben
- 12
- Flansch
- 14
- erster Balg
- 16
- Manschette
- 18
- Kammer
- 19
- Kammer
- 20
- Topf
- 22
- Manschette
- 24
- Führungseinrichtung
- 25
- Stützring
- 26
- zweiter Balg
- 28
- Manschette
- 30
- Torsionslager
- 32
- Deckel
- 34
- Ventileinrichtung