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Die Erfindung betrifft eine Luftfedereinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Eine Luftfedereinheit, wie sie beispielsweise aus der
DE 198 34 092 A1 bekannt ist, wird zwischen dem Kraftfahrzeugfahrwerk bzw. einem Radträger und der Kraftfahrzeugkarosserie angeordnet. In der Regel umfasst die Luftfedereinheit 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.
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Die Luftfeder besteht im Wesentlichen aus einem Luftfederdeckel, einem Luftfederkolben und einem dazwischen eingespannten Rollbalg, durch den ein unter Luftdruck stehender Arbeitsraum teilweise begrenzt wird. Der Rollbalg ist von einer hülsenförmigen Außenführung umschlossen und rollt beim Einfedern unter Ausbildung einer Rollfalte am konzentrischen Luftfederkolben ab. Über den Luftfederdeckel wird die Luftfedereinheit mittels entsprechender Befestigungsmittel mit der Kraftfahrzeugkarosserie verbunden.
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Um einen möglichst angenehmen Fahrkomfort zu ermöglichen, muss die Luftfederkennung der Luftfeder entsprechend abgestimmt werden. Beispielsweise kann die Luftfederkennung durch das wirksame Arbeitsvolumen der Luftfeder und über die Kontur des Abrollkolbens bestimmt werden. Für eine weiche Luftfederkennung werden beispielsweise großvolumige Deckel verwendet, wobei der Deckelraum und der Arbeitsraum das wirksame Federvolumen bilden. So besteht der Deckel mit Extravolumen aus der
DE 102 57 009 A1 beispielsweise aus zwei Bauteilen, wobei das obere Deckelteil an der Karosserie angebunden ist und das untere Deckelteil durch seine Formgebung einen großvolumigen Deckelraum ausbildet.
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Unterhalb des Deckels ist der Klemmgrund zur Anbindung des Rollbalgs vorgesehen. Die Rollbalgbefestigung bzw. der Verfahrensschritt des Verklemmens des Rollbalgs erfolgt mittels entsprechender Spannmittel, welche von außen kommend und daher immer unterhalb des Deckels angebracht werden. Nachteilig erfordern solche Luftfederdeckel viel Bauraum im sehr beengten Radkasten. Die gängige Befestigung des Rollbalges unterhalb des Luftfederdeckels bewirkt ebenfalls eine große Gesamtbauhöhe der Luftfedereinheit.
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Eine alternative Klemmvorrichtung ist in der
DE 10 2004 046 681 B3 gezeigt, welche die Befestigung unterschiedlichster Rollbälge ermöglicht. Aufgrund unterschiedlichster Größen von Rollbälgen und Luftfederdeckeln, wird eine universelle Befestigungsmöglichkeit aus einem Koppeladapter und einem Anschlussring vorgeschlagen, wobei der Rollbalg endseitig mit dem Koppeladapter verbunden wird und der Koppeladapter wiederum fest mit dem Anschlussring verbunden ist, welcher die Befestigung an den Luftfederdeckel erzeugt. Die Klemmvorrichtung erfordert daher zusätzliche Bauteile, sowie mehrere Montageschritte und ist zusätzlich starr ausgeführt.
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Der innerhalb der Luftfeder angeordnete Stoßdämpfer ist einerseits mit dem Radträger verbunden und andererseits über seine Dämpferstange mit einem Dämpferlager im Luftfederdeckel befestigt bzw. gelagert, wodurch die vom Rad ausgehenden Kräfte bzw. Schwingungen in die Karosserie gedämpft werden. Beim Einfedern des Fahrzeugrades entgegen der Fahrzeugkarosserie kommt es zu Schwenkbewegungen der Luftfeder zusammen mit der Außenführung gegenüber dem Abrollkolben. Dadurch wird die untere Rollfalte der Luftfeder an den Abrollkolben gepresst, wodurch eine radiale Kraft auf das Dämpferrohr bzw. den Stoßdämpfer übertragen wird. Auch bei einer Kurvenfahrt wirken direkte Querkräfte auf den Stoßdämpfer ein, welche bestmöglich durch das Dämpferlager aufgenommen werden sollen. Auf den Stoßdämpfer wirken deshalb ungewollte Kräfte, welche zu einer erhöhten Reibung zwischen Dämpferstange und Dämpferrohr führen können und infolge dessen kommt es zu einem höheren Verschleiß und einem schnelleren Ausfall des Stoßdämpfers, sowie vermindertem Fahrkomfort. Um den Stoßdämpfer weniger zu belasten, gilt es die Schwenkbewegungen der Luftfeder möglichst nicht auf den Abrollkolben zu übertragen und die Querkräfte zu mindern.
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Um die Schwenkbewegungen der Luftfeder zu reduzieren kann ein kardanisches Lager in Form einer weiteren Rollfalte am Luftfederdeckel vorgesehen werden, wie es aus der
DE 101 11 242 C1 bekannt ist. Dabei liegt die obere Rollfalte/Kardanikfalte, zumindest über einen Teil des Federweges der Luftfeder, mit ihrer axialen Stirnseite an der Unterseite des Luftfederdeckels an. Das dadurch geschaffene kardanische Lager ermöglicht es der Luftfeder sich gegenüber dem Stoßdämpfer zu verschwenken, wobei die Rollfalte dem nur einen geringen Widerstand entgegensetzt.
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Im Fahrbetrieb ist der Rollbalg aufgrund der kinematischen Achsbewegungen zwischen Luftfederdeckel und Luftfederkolben auch einer Torsionsbewegung unterlegen. Dabei droht der Rollbalg, welcher meist durch Festigkeitsträger verstärkt ist, beschädigt zu werden. Die Luftfeder aus der
DE 10 2012 201 104 A1 weist deswegen beispielsweise ein Faltensystem auf, welches unterhalb des Luftfederdeckels vorgesehen ist. Dieses Faltensystem dient dem Torsionsausgleich und ist zusätzlich auch als Kardanikfalte wirksam. Unterstützt wird dies durch einen Hybridbalg, welcher mittels Festigkeitsträgern zu einem als Kreuzlagenbalg und zum anderen als Axialbalg verstärkt ist. Im Abrollbereich am Luftfederkolben verlaufen die Gewebefestigkeitsträger Überkreuz, wodurch ein robuster Rollbalgabschnitt realisiert ist. Zur Verringerung der Torsionssteifigkeit sind die Gewebefestigkeitsträger im Bereich des Faltensystems parallel zur Längsachse der Luftfedereinheit ausgerichtet. Der weiche Rollbalgabschnitt kann dadurch Torsionsbewegungen ausgleichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Luftfedereinheit mit einem großvolumigen Luftfederdeckel und möglichst kleiner Gesamtbauhöhe bereitzustellen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
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Erfindungsgemäß wird eine Luftfedereinheit für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, welche einen Luftfederdeckel und einen Luftfederkolben umfasst, wobei zwischen dem Luftfederdeckel und dem Luftfederkolben ein luftdicht befestigter Rollbalg aus elastomerem Material teilweise einen mit Druckluft befüllbaren Arbeitsraum begrenzt, wobei der Rollbalg durch ein Anschlusselement mittelbar an dem Luftfederdeckel befestigt ist, wobei der Luftfederdeckel ein Anschlussmittel für das Anschlusselement aufweist, wobei das Anschlusselement an dem Anschlussmittel anliegt, wobei das Anschlussmittel im Inneren des Luftfederdeckels vorgesehen ist, wobei der Durchmesser des Anschlussmittels kleiner ist als der Außendurchmesser des Luftfederdeckels.
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Der Rollbalg wird an das ringförmige und aufsteckbare Anschlusselement geklemmt. Dessen Gegenpart, das Anschlussmittel ist im Inneren des Luftfederdeckels vorgesehen bzw. erstreckt sich in das Innere des Luftfederdeckels. Dadurch ist es möglich, die Befestigung des Rollbalges in das Deckelinnere zu verlegen und somit die Gesamtbauhöhe der Luftfedereinheit deutlich zu reduzieren, wobei dennoch ein großvolumiger Luftfederdeckel (zwecks Komforts) zur Verfügung steht. Dabei weist das Anschlussmittel einen kleineren Durchmesser auf als der Außendurchmesser des Luftfederdeckels. Bei gleichbleibendem Außendurchmesser des Luftfederdeckels sind verschiedenste Durchmesser für das Anschlussmittel möglich.
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Bevorzugt ist das Anschlussmittel als Falzkontur ausgeführt. Die im deckelinneren stufenförmige Falzkontur schafft eine universell einsetzbare Anschlussmöglichkeit für das Anschlusselement, an welches verschiedenste Rollbalgdurchmesser angeschlossen werden können. Zudem ist die Falzkontur einfach durch Biege-Tiefziehumformen herzustellen. Zusätzlich stehen erweiterte Gestaltungsmöglichkeiten für den Luftfederdeckel zu Verfügung, da auf einen Klemmgrund am Luftfederdeckel verzichtet wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform umgibt der Luftfederdeckel zumindest teilweise das Anschlusselement hohlzylinderförmig. Hinzukommend, umfasst bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Luftfederdeckel einen Deckelraum, wobei der Deckelraum zumindest teilweise das Anschlusselement hohlzylinderförmig umgibt. Dadurch, dass sich der Luftfederdeckel mit seinem Deckelraum teilweise über das Anschlusselement erstreckt, ist es möglich bei reduzierter Bauhöhe dennoch eine komfortable Luftfedereinheit einzusetzen. Damit kann eine komfortable Luftfedereinheit auch bei kleinem zur Verfügung stehendem Bauraum eingesetzt werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Anschlusselement durch den Innendruck im Arbeitsraum druckdicht mit dem Anschlussmittel befestigt. Vorzugsweise ist zwischen dem Anschlusselement und dem Anschlussmittel ein Dichtring vorgesehen.
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Im Montageprozess der Luftfedereinheit wird der Rollbalg zunächst mittels eines Klemmrings an das Anschlusselement geklemmt. An dem Anschlusselement ist bereits ein Dichtring platziert und das Anschlusselement wird anschließend von unten kommend auf das Anschlussmittel des Luftfederdeckels aufgesteckt. Über einen Luftanschluss am Luftfederdeckel wird Druckluft in den Deckelraum und weiter in den Arbeitstraum geleitet. Im Betriebszustand wirkt sodann der Innendruck im Arbeitsraum auf das Anschlusselement und presst dieses gegen das Anschlusselement. Dadurch, dass die obere Rollfalte des Rollbalges einen kleineren wirksamen Druckdurchmesser als die untere Rollfalte aufweist, bleibt die obere Rollfalte stets ausgebildet, womit das Anschlusselement druckdicht mit dem Luftfederdeckel verbunden ist. Dies bedeutet auch, dass das Anschlusselement als standardisiertes Bauteil für verschiedenste Rollbalgbefestigungen vorteilhaft ist, da es ohne großen Aufwand auf unterschiedliche Rollbalgdurchmesser ausgelegt werden kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet das Anschlusselement an seiner dem Luftfederdeckel zugewandten Seite einen axialen Ringsteg und an seiner Außenseite einen radialen Ringsteg aus. Bevorzugt liegt das Anschlusselement mit dem axialen Ringsteg an einer axialen Falzfläche des Anschlussmittels und mit dem radialen Ringsteg an einer radialen Falzfläche des Anschlussmittels an. Die axiale und radiale Lagerung schafft eine vorteilhafte und sichere Positionierung des Anschlusselements an dem Anschlussmittel.
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Ebenfalls bevorzugt stellt der radiale Ringsteg eine Rollfläche für eine Rollfalte des Rollbalgs dar. Die Form bzw. Rollkontur des radialen Ringstegs für die obere Rollfalte des Rollbalgs am Luftfederdeckelt bestimmt zu einem das Federverhalten und die Wirkweise als kardanisches Lager, zum anderen wird die Verpressung des Anschlusselement an den Luftfederdeckel mittels der oberen Rollfalte weiter verstärkt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist innenseitig an dem Anschlusselement eine Stützstruktur vorgesehen, welche sich an einer Lageraufnahme des Luftfederdeckels abstützt. Zur Festigkeitssteigerung der Klemmverbindung bildet das Anschlusselement eine innenseitige Stützstruktur in Form einer Rippen- oder Noppenstruktur aus, welche sich an der Lageraufnahme für das Dämpferlager abstützt und somit wirksame Kräfte weiterleitet. Die Rippen- oder Noppenstruktur ermöglicht es zudem, dass Druckluft zwischen dem Deckelraum und dem Arbeitsraum überströmen kann. Zusätzlich wird dies vorzugsweise dadurch unterstützt, dass im Anschlusselement ein Verstärkungsring eingebracht ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt das Anschlusselement drehbar an dem Anschlussmittel an. Entgegen der geläufigen Befestigung eines Rollbalgs mittels Klemmring oder Vulkanisation, ist der Rollbalg drehbar am Luftfederdeckel gelagert. Dieser Anschluss führt zu einem äußerst vorteilhaften Torsionsausgleich im Rollbalg. Beim Einfedern der Luftfedereinheit verdreht sich der Rollbalg in sich selbst nur noch gering sehr. Die im Rollbalg eingebetteten Festigkeitsträger werden daher nur geringfügig auf Zug/Druck belastet. Damit erlangt der Rollbalg eine verlängerte Lebendauer.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Anschlusselement und dem Anschlussmittel eine Gleitscheibe angeordnet. Vorzugsweise ist die Gleitscheibe zwischen dem radialen Ringsteg und der radialen Falzfläche angeordnet. Die Gleitscheibe verstärkt die Dreheigenschaft des Anschlusselements und steigert somit den Torsionsausgleich.
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Um den Fahrkomfort zu erhöhen kann vorzugsweise auch eine elastomere Unterlegscheibe, z.B. aus Cellasto®, zwischen dem Anschlusselement und dem Anschlussmittel vorgesehen werden.
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Für eine verbesserte Quersteifigkeit und eine effektivere Torsionsaufnahme der Luftfedereinheit, wird eine geteilte Außenführung vorgeschlagen. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umschließen ein erstes Außenführungsteil und ein zweites Außenführungsteil den Rollbalg hülsenförmig. Beim Einfedern bzw. Verschwenken der Luftfeder wird gemäß dem Stand der Technik die untere Rollfalte durch eine einteilige Außenführung gegen den Luftfederkolben gepresst, wodurch eine nachteilige Kraft auf diesen ausgeübt wird. Die geteilte Außenführung vermindet das Verpressen der unteren Rollfalte des Rollbalgs gegenüber den Luftfederkolben wesentlich. Beim Einfedern verschwenken sich die beiden Außenführungsteile mit unterschiedlichen Winkeln zueinander, wodurch die untere Rollfalte nur noch geringfügig bis gar nicht gegen den Luftfederkolben gepresst wird. Eine in mehr als zwei Teile unterbrochene Außenführung kann bevorzugt vorgesehen werden.
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Bevorzugt bildet der Rollbalg zwischen dem ersten und dem zweiten Außenführungsteil eine Torsionsfalte aus. Besonders bevorzugt ist die Torsionsfalte mit einem Axialbalg ausgebildet. Somit ist im mittleren Bereich der Luftfeder ein vorteilhafter Torsionspunkt geschaffen, welcher aufgrund der eingebetteten axialen Festigkeitsträger eine vorteilhafte Torsionsaufnahme bei Verdrehung der Luftfeder um deren Längsache ermöglicht. Zugleich ist die Torsionsfalte als kardanisches Lager wirksam.
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Vorzugsweise kann die Torsionsfalte mittels eines Rings zu einem Faltensystem eingeschnürt werden, welches die Wirkweise als kardanisches Lager weiter verbessert wird. Der Ring kann dabei außen am Balg angeordnet oder im Balg einvulkanisiert sein.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Luftfedereinheit einen integrierten Stoßdämpfer, wobei ein Dämpferlager des Stoßdämpfers im Wesentlichen auf gleicher Höhe mit der Rollfalte des Rollbalges am Luftfederdeckel liegt. Vorteilhafterweise liegt zudem die obere Rollfalte des Rollbalges auf gleicher Höhe mit dem Dämpferlager. Funktionell liegen somit das kardanische Lager und der Drehpunkt des Stoßdämpfers auf gleicher Höhe. Dadurch ist ein positiver Lagerverbund geschaffen, welcher die Quersteifigkeit der gesamten Luftfedereinheit verbessert. Das Zusammenwirken des kardanischen Lagers mit dem Drehpunkt des Dämpferlagers bewirkt eine vorteilhafte Aufnahmefähigkeit für Querkräfte, wodurch der Stoßdämpfer weniger belastet wird. Auch beim Verschwenken der Luftfeder wird die untere Rollfalte des Rollbalges geringfügiger gegen den Luftfederkolben gepresst, wodurch eine geringere Kraft auf Stoßdämpfer einwirkt.
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Verwendung findet die Luftfedereinheit in einem Fahrwerk, vorzugsweise in einem Luftfedersystem, für ein Kraftfahrzeug.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Figuren.
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Es zeigen
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1 eine erste beispielsgemäße Luftfedereinheit und
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2 eine zweite beispielsgemäße Luftfedereinheit.
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Die 1 zeigt eine erste beispielsgemäße Luftfedereinheit 1, welche eine Luftfeder 10 und einen integrierten Stoßdämpfer 30 umfasst. Luftfedereinheit 1 kann einerseits mittels Luftfederdeckel 2 an einer Kraftfahrzeugkarosserie und anderseits mittels Stoßdämpfer 30 an einem Radträger des Kraftfahrzeugfahrwerks befestigt werden, wodurch das Kraftfahrzeug gefedert und gedämpft wird.
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Luftfeder 10 umfasst einen Rollbalg 11 aus elastomeren Material, wobei Rollbalg 11 mit Luftfederdeckel 2 und einem Luftfederkolben 6 zumindest teilweise einen luftdichten und mit Druckluft befüllbaren Arbeitsraum 17 begrenzt. Rollbalg 11 ist an seinem axialen unteren Ende mittels eines ersten Klemmrings 18 mit Luftfederkolben 6 und an seinem axialen oberen Ende über ein Anschlusselement 7 mittelbar mit Luftfederdeckel 2 druckdicht verbunden.
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Bei Relativbewegungen in axialer Richtung der Luftfedereinheit 1 zwischen Luftfederdeckel 2 und Luftfederkolben 6 rollt Rollbalg 11 unter Ausbildung einer ersten Rollfalte 15 auf der Abrollfläche des konzentrischen Luftfederkolbens 6 ab. Außerdem bildet Rollbalg 11 eine zweite Rollfalte 16 am Luftfederdeckel 2 aus, welche als kardanisches Lager wirkt. Vorteilhafterweise ermöglicht zweite Rollfalte 16 eine bessere Längenausnutzung des Federweges, da sie mit abrollt. Neben der Wirkweise als kardanisches Lager, dient zweite Rollfalte 16 auch zur Torsionsaufnahme bei Verdrehung der Luftfeder 10.
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Beide Rollfalten 15, 16 weisen einen wirksamen Druckdurchmesser auf, wobei ein erster Druckdurchmesser D1 der ersten Rollfalte 15 größer ist als ein zweiter Druckdurchmesser D2 der zweiten Rollfalte 16. Dadurch ist sichergestellt, dass zweite Rollfalte 16 zumindest einen Teil des Federwegs der Luftfeder am Luftfederdeckel 2 anliegt und vor allem ausgebildet bleibt. Die unterschiedlichen wirksamen Druckdurchmesser D1 und D2 werden dadurch erzielt, dass die Anbauteile (Deckel und Kolben) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
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Ferner ist Luftfederdeckel 2 mehrteilig ausgeführt, wobei ein erstes Deckelteil 3 mittels entsprechender Befestigungsmittel 38 mit der Kraftfahrzeugkarosserie verbunden wird und ein zweites Deckelteil 4 als volumenbildendes Bauteil zusammen mit ersten Deckelteil 3 einen Deckelraum 5 des Luftfederdeckels 2 definiert, wobei Deckelraum 5 der Bestimmung einer komfortablen Luftfederkennung dient. Erstes und zweites Deckelteil 3, 4 können aus einem metallischen Werkstoff ausgeführt und miteinander verschweißt sein. Eine Metall-Kunststoff Kombination ist ebenfalls denkbar.
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Luftfederdeckel 2 und Deckelraum 5 sind im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgestaltet, wobei zentral im Luftfederdeckel 2 eine Lageraufname 44 für ein Dämpferlager 33 des Stoßdämpfers 30 vorgesehen ist. Dabei ist die hohlzylindrische Form des Luftfederdeckels 2 bzw. des Deckelraumes 5 asymmetrisch, also zum Mittelpunkt der Lageraufnahme 44 versetzt, ausgebildet. In Lageraufname 44 ist oberhalb des Dämpferlagers 33 eine druckdichte Verschlusskappe 36 vorgesehen, welche über einen Luftanschluss 37 zur Befüllung der Luftfeder 10 mit Druckluft verfügt. Die Druckluft strömt entlang über Dämpferlager 33 in Deckelraum 5 und weiter in Arbeitstraum 17 und erfüllt die Federfunktion.
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Zur beispielsgemäßen Befestigung des Rollbalges 11 an Luftfederdeckel 2 weist zweites Deckelteil 4 eine innenliegende stufenförmige Falzkontur 40 auf. Dabei ist der Durchmesser der Falzkontur 40 kleiner als der Außendurchmesser des zweiten Deckelteils 4 bzw. des Luftfederdeckels 2. Falzkontur 40 bildet sich von einer unteren Außenkontur 49 des zweiten Deckelteils 4 nach innen aus und die Stufenform wird durch eine erste axiale Falzfläche 41, eine radiale Falzfläche 42 und eine zweite axiale Falzfläche 43 gebildet. Falzkontur 40 endet ohne Anschlag im Inneren des Luftfederdeckels 2, sodass ein Freiraum zwischen Falzkontur 40 und Lageraufnahme 44 besteht, über welchen Deckelraum 5 mit Arbeitsraum 17 verbunden ist. Mittels Falzkontur 40 ist daher eine universell einsetzbare Anschlussmöglichkeit eines Luftfederdeckels 2 für einen Rollbalg 11 geschaffen. Dadurch wird auf einen Klemmgrund am Luftfederdeckel 2 verzichtet, wodurch sich erweiterte Gestaltungsmöglichkeiten des Luftfederdeckels 2 ergeben.
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Mittels des ringförmigen und aufsteckbaren Anschlusselements 7 wird Rollbalg 11 indirekt an Luftfederdeckel 2 drehbar angeschlossen. Anschlusselement 7 kann aus einem metallischen Werkstoff oder aus Kunststoff gefertigt sein und weist einen Klemmgrund 48 für die Befestigung des Rollbalgs 11 mit seinem axialen oberen Ende über einen zweiten Klemmring 19 auf. Parallel zum Klemmgrund 48 ist innenseitig ein Verstärkungsring 8 im Anschlusselement 7 eingebracht, welcher die Klemmwirkung verstärkt. An seiner Unterseite bildet Anschlusselement 7 eine Ringwulst 47 aus, welche für erweiterten Halt des Klemmverbundes sorgt.
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An der Oberseite bildet Anschlusselement 7 einen axialen Ringsteg 45 und an der Außenseite einen radialen Ringsteg 46 aus. Mittels axialem Ringsteg 45 und radialem Ringsteg 46 erfolgt der Anschluss an Luftfederdeckel 2 bzw. an Falzkontur 40. Dabei liegt axialer Ringsteg 45 an zweiter axialer Falzfläche 43 und radialer Ringsteg 46 liegt an radialer Falzfläche 42 an. Durch die axiale und radiale Lagerung ist eine vorteilhafte und sichere Positionierung des Anschlusselements 7 am Luftfederdeckel 2 gegeben. Dies hat zudem auch den Vorteil, dass Anschlusselement 7 drehbar an Falzkontur 40 gelagert ist, wodurch ein Torsionsausgleich der Luftfeder 10 ermöglicht wird. Zusätzlich ist zwischen radialem Ringsteg 46 und radialer Falzfläche 42 eine Gleitscheibe 51 vorgesehen, welche den Torsionsausgleich steigert.
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Durch den Innendruck der Luftfeder 10 im Arbeitstraum 17 wird Anschlusselement 7 druckdicht an Falzkontur 40 gedrückt, was durch die unterschiedlichen Druckdurchmesser D1, D2 ermöglicht wird. Des Weiteren dient radialer Ringsteg 46 als Rollfläche für zweite Rollfalte 16, welche die Verpressung des Anschlusselements 7 an Luftfederdeckel 2 weiter unterstützt. Um eine weitere Druckdichtheit zu gewährleisten ist zwischen axialem Ringsteg 45 und zweiter axialer Falzfläche 43 ein Dichtring angeordnet. Die Form des radialen Ringstegs 46 kann verschiedene Rollkonturen für die zweite Rollfalte 16 verwirklichen, wodurch das Federverhalten oder auch die Wirkung als kardanisches Lager beeinflusst werden.
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Zur Festigkeitssteigerung des Anschlusselements 7 ist innenseitig eine rippenförmige Stützstruktur 50 vorgesehen, welche radial an der Außenseite der Lageraufnahme 44 anliegt. Die Rippen- oder auch Noppenstruktur erlaubt es, dass Druckluft zwischen Deckelraum 5 und Arbeitsraum 17 überströmen kann.
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Vorteilhafterweise liegt gegenwärtig zweite Rollfalte 16 auf gleicher Höhe mit Dämpferlager 33. Funktionell liegen somit das kardanische Lager und ein Drehpunkt DP des Stoßdämpfers 30 auf gleicher Höhe. Dadurch ist ein vorteilhafter Lagerverbund geschaffen, welcher die Quersteifigkeit der gesamten Luftfedereinheit 1 verbessert. Das Zusammenwirken des kardanischen Lagers mit Drehpunkt DP bewirkt eine vorteilhafte Aufnahme der Querkräfte, wodurch der Stoßdämpfer 30 weniger belastet wird. Auch beim Verschwenken der Luftfeder 10 wird erste Rollfalte 15 geringfügiger gegen Luftfederkolben 6 gepresst, wodurch eine geringere Kraft auf Stoßdämpfer 30 einwirkt.
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Des Weiteren wird durch die beispielsgemäße Befestigung des Rollbalgs 11 über Anschlusselement 7 an Luftfederdeckel 2 die Gesamtbauhöhe der Luftfedereinheit 1 reduziert, wobei dennoch ein großvolumiger Luftfederdeckel 2 zur Verfügung steht. Luftfederdeckel 2 und somit auch Deckelraum 5 umgeben zumindest teilweise hohlzylinderförmig Anschlusselement 7 und auch Rollfalte 16. Die reduzierte Bauhöhe ermöglicht es eine komfortable Luftfedereinheit 1 auch bei kleinem zur Verfügung stehendem Bauraum einzusetzen und erweitert damit ihren Einsatzbereich.
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Die druckdichte Anbindung des Rollbalgs 11 mittels Anschlusselement 7 an Luftfederdeckel 2 erfolgt wie bereits erwähnt durch den Innendruck im Arbeitsraum 17 der Luftfeder 2. Im Montageprozess der Luftfedereinheit 1 wird Rollbalg 11 zunächst mittels zweiten Klemmring 19 an Anschlusselement 7 angebunden. An Anschlusselement 7 ist bereits ein Dichtring 9 platziert und Anschlusselement 7 wird anschließend von unten kommend auf Falzkontur 40 des Luftfederdeckels 2 aufgesteckt. Über Luftanschluss 37 wird Druckluft in Deckelraum 5 und Arbeitstraum 17 geleitet. Im Betriebszustand wirkt sodann der Innendruck im Arbeitsraum 17 auf Anschlusselement 7 und presst dieses gegen Falzkontur 40. Damit ist Rollbalg 11 druckdicht mit Luftfederdeckel 2 verbunden. Dies bedeutet auch, dass Anschlusselement 7 als standardisiertes Bauteil für verschiedenste Balgbefestigungen vorteilhaft ist, da es ohne großen Aufwand hinsichtlich unterschiedlicher Balgdurchmesser ausgestaltet werden kann. Die Kombination aus Falzkontur 40 und Anschlusselement 7 schafft ein universell einsetzbares Aufstecksystem zur Rollbalgbefestigung.
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Rollbalg 11 ist zusätzlich von einer hülsenförmigen Außenführung 21 umschlossen, welche mittels eines Innenspannring 24 am Rollbalg 11 befestigt ist. Außenführung 21 kann aber auch an Rollbalg 11 verklebt werden. Erste Rollfalte 15 rollt somit an der Innenseite im unteren Bereich der Außenführung 21 ab. Je nach Anwendungsfall ist Rollbalg 11 mit Festigkeitsträgern verstärkt und kann als Kreuzlagenbalg (60°–70° Ausrichtung der Festigkeitsträger) oder als Axialbalg (90° Ausrichtung der Festigkeitsträger) ausgeführt sein. Der für eine optimale axiale Federeigenschaft entwickelte Kreuzlagenbalg führt in Verbindung mit dem kardanischen Lagerverbund (zweite Rollfalte plus Dämpferlager) zu einer Reduzierung des Querkrafteinflusses. Auch zweite Rollfalte 16 wird von Außenführung 21 teilweise umschlossen, wobei zweite Rollfalte 16 an der Innenseite im oberen Bereich der Außenführung 21 abrollt. Somit liegt das obere Ende der Außenführung 21 ebenfalls innerhalb des Luftfederdeckels 2.
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In Luftfederkolben 6 ist Stoßdämpfer 30 integriert, wobei Luftfederkolben 6 hohlzylinderförmig ein Dämpferrohr 31 des Stoßdämpfers umgibt und mittels Stützring 35 an diesem befestigt ist. Weiterhin umfasst Stoßdämpfer 30 eine Dämpferstange 32 und ist über Dämpferlager 33 in Lageraufnahme 44 des Luftfederdeckels 2 gelagert. Am Luftfederdeckel 2 anliegend ist eine Zusatzfeder 34 unterhalb des Dämpferlagers 33 und im Arbeitsraum 17 der Luftfeder 10 angeordnet, wobei Zusatzfeder 33 hohlzylinderförmig die Dämpferstange 32 umgibt und als Anschlagspuffer für Dämpferrohr 31 dient.
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Zum Schutz der zweiten Rollfalte 16 ist ein Schutzbalg 39 am zweiten Deckelteil 4 und an Außenführung 21 befestigt.
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2 zeigt eine zweite beispielsgemäße Luftfedereinheit 1, welche hinsichtlich der Befestigung des Rollbalgs 11 über Anschlusselement 7 am Luftfederdeckel 2 im Wesentlich der Luftfedereinheit aus 1 entspricht und unterscheidet sich hauptsächlich durch die Ausgestaltung der Außenführung und dem Rollbalg 11 als Hybridbalg.
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Die Außenführung ist als getrennte zweiteilige Außenführung mit einem ersten unteren Außenführungsteil 22 und einem zweiten oberen Außenführungsteil 23 ausgeführt. Eine in mehr als zwei Teile segmentierte Außenführung ist ebenfalls erdenklich. Erstes Außenführungsteil 22 umschließt erste Rollfalte 15 und ist im Bereich des Luftfederkolbens 6 angeordnet, währenddessen umschließt zweites Außenführungsteil 23 zweite Rollfalte 16 und ist im Bereich des Luftfederdeckels 2 angeordnet. Erstes Außenführungsteil 22 ist mittels eines ersten Innenspannrings 25 und zweites Außenführungsteil 23 ist mittels eines zweiten Innenspannrings 26 am Rollbalg 11 befestigt. Beide Außenführungsteile 22, 23 können auch mit Rollbalg 11 verklebt werden. Außenführungsteile 22, 23 sind vorzugsweise aus Aluminium oder einem Stahl, können aber auch aus einem Kunststoff gefertigt sein.
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Zugleich ist Rollbalg 11 als Hybridbalg ausgestaltet. So ist erste Rollfalte 15 und ein unterer Teil des Rollbalgs 11 im Bereich des ersten Außenführungsteils 22 als Kreuzlagenbalg 12 ausgeführt, währenddessen ist zweite Rollfalte 16 und ein oberer Teil des Rollbalgs 11 im Bereich des zweiten Außenführungsteils 23 als Axialbalg 13 ausgeführt. Im oberen Endbereich des ersten Außenführungsteils 22 bzw. im Klemmbereich mittels ersten Innenspannring 25 liegt ein Überlappungsbereich 14 von Kreuzlagenbalg 12 zu Axialbalg 13 des Rollbalgs 11 vor.
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Rollbalg 11 kann auch als erweiterter Hybridbalg ausgebildet sein. Dabei ist erste Rollfalte 15 und ein unterer Teil des Rollbalgs 11 im Bereich des ersten Außenführungsteils 22 als Kreuzlagenbalg 12 ausgeführt, und ebenso ist zweite Rollfalte 16 und ein oberer Teil des Rollbalgs 11 im Bereich des zweiten Außenführungsteils 23 als Kreuzlagenbalg ausgeführt. Nur Torsionsfalte 20 ist als Axialbalg ausgeführt. In den Klemmbereichen mittels Innenspannringe 25, 26 sind entsprechend die Überlappungsbereiche von Kreuzlagenbalg zu Axialbalg vorgesehen. Vorteilhafterweise wird somit für Torsionspunkt TP ein weicher Axialbalg mit effektiver Torsionsaufnahme und verbesserter kardanischer Auslenkung verwendet, wobei der restliche Rollbalg 11 als robuster Kreuzlagenbalg ausgeführt ist.
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Im freiliegenden Bereich zwischen den beiden Außenführungsteilen 22, 23 bildet Rollbalg 11 eine Torsionsfalte 20 aus, wobei Torsionsfalte 20 als Axialbalg 13 ausgeführt ist. Somit ist im mittleren Bereich der Luftfeder 10 ein vorteilhafter Torsionspunkt TP geschaffen, welcher aufgrund der eingebetteten axialen Festigkeitsträger eine effektive Torsionsaufnahme bei Drehbewegungen der Luftfeder 10 ermöglicht.
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Vorteilhafterweise wirkt Torsionsfalte 20 auch als kardanisches Lager. Beim Verschwenken der Luftfeder wird gemäß dem Stand der Technik die untere Rollfalte gegen den Luftfederkolben gepresst, wodurch eine Kraft auf Stoßdämpfer ausgeübt wird. Die beispielsgemäße geteilte Außenführung vermindet das Verpressen der ersten Rollfalte 15 gegen Luftfederkolben 6 wesentlich. Beim Einfedern verschwenken sich beide Außenführungsteile 22, 23 mit unterschiedlichem Winkel zueinander, wodurch erste Rollfalte 15 nur noch geringfügig bis gar nicht gegen Luftfederkolben 6 gepresst wird und damit keine nachteiligen Querkräfte auf Stoßdämpfer 30 einwirken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftfedereinheit
- 2
- Luftfederdeckel
- 3
- erstes Deckelteil
- 4
- zweites Deckelteil
- 5
- Deckelraum
- 6
- Luftfederkolben
- 7
- Anschlusselement
- 8
- Verstärkungsring
- 9
- Dichtring
- 10
- Luftfeder
- 11
- Rollbalg
- 12
- Kreuzlagenbalg
- 13
- Axialbalg
- 14
- Überlappungsbereich
- 15
- erste Rollfalte
- 16
- zweite Rollfalte / Falte
- 17
- Arbeitsraum
- 18
- erster Klemmring
- 19
- zweiter Klemmring
- 20
- Torsionsfalte
- 21
- Außenführung
- 22
- erstes Außenführungsteil
- 23
- zweites Außenführungsteil
- 24
- Innenspannring
- 25
- erster Innenspannring
- 26
- zweiter Innenspannring
- 30
- Stoßdämpfer
- 31
- Dämpferrohr
- 32
- Dämpferstange
- 33
- Dämpferlager
- 34
- Zusatzfeder
- 35
- Stützring
- 36
- Verschlusskappe
- 37
- Luftanschluss
- 38
- Befestigungselement
- 39
- Schutzbalg
- 40
- Falzkontur
- 41
- erste axiale Falzfläche
- 42
- radiale Falzfläche
- 43
- zweite axiale Falzfläche
- 44
- Lageraufnahme
- 45
- axialer Ringsteg
- 46
- radialer Ringsteg
- 47
- Ringwulst
- 48
- Klemmgrund
- 49
- Außenkontur
- 50
- Stützstruktur
- 51
- Gleitscheibe
- D1
- erster Druckdurchmesser
- D2
- zweiter Druckdurchmesser
- DP
- Drehpunkt
- TP
- Torsionspunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19834092 A1 [0002]
- DE 10257009 A1 [0004]
- DE 102004046681 B3 [0006]
- DE 10111242 C1 [0008]
- DE 102012201104 A1 [0009]