DE102017209879A1

DE102017209879A1 - Luftfederbein mit einem pneumatischen Dämpferlager

Info

Publication number: DE102017209879A1
Application number: DE102017209879.1A
Authority: DE
Inventors: Holger Oldenettel
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Aumovio Germany De GmbH
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2037-06-13
Also published as: DE102017209879B4

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) und einen Abrollkolben (5) umfasst, wobei zwischen dem Luftfederdeckel (4) und dem Abrollkolben (5) ein luftdicht eingespannter Rollbalg (6) aus elastomerem Material einen mit Druckluft befüllten Arbeitsraum (10) begrenzt, wobei der Stoßdämpfer (3) über ein an einer Kolbenstange (15) angeordnetes Dämpferlager (150) in einer topfförmigen Lageraufnahme (20, 120) des Luftfederdeckels (4) gelagert ist, wobei die Lageraufnahme (120) topfbodenseitig eine mit einem Gummischublager (125) abgedichtete Durchgangsbohrung für die Kolbenstange (15) aufweist, wobei die Lageraufnahme (20, 120) deckelseitig mit einer Verschlusskappe (121) druckdicht abgeschlossen ist, wobei das Dämpferlager (150) ein an der Kolbenstange (15) befestigtes Tragstück (124) umfasst, wobei eine Außenwandung () des Tragstücks (124) an einer Innenwandung () der Lageraufnahme (120) anliegt, wodurch in der Lageraufnahme (120) ein erster bodenseitiger Lagerraum (128) mit einem ersten pneumatischen Volumen von einem zweiten deckelseitigen Lagerraum (129) mit einem zweiten pneumatischen Volumen druckdicht getrennt wird, wobei die Volumina der Lagerräume (128; 129) als pneumatische Dämpfungsmittel das Tragstück (124) bei einer Bewegung der Kolbenstange (15) abdämpfen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfederbein gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der DE 102 29 287 A1 ist ein Dämpferlager zur Lagerung von Stoßdämpfern in Kraftfahrzeugen bekannt. Über das Dämpferlager wird ein Stoßdämpfer mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Das Dämpferlager besteht im Wesentlichen aus einer Tragscheibe und einem elastomeren Dämpfungselement. Die Tragscheibe ist in das Dämpfungselement eingelassen und über eine Verschraubung am oberen Ende der Kolbenstange des Stoßdämpfers fixiert. Das Dämpfungselement wird wiederum in einer Lageraufnahme der Fahrzeugkarosserie eingesetzt.
Die von der Fahrbahn hervorgerufenen und über das Rad und den Stoßdämpfer weitergeleiteten hochfrequenten Schwingungen sollen durch das Dämpferlager von der Fahrzeugkarosserie abgekoppelt werden. Daher muss das Dämpferlager die axiale Bewegung des Stoßdämpfers aufnehmen, um die axial wirkenden Kräfte des Stoßdämpfers auf die Fahrzeugkarosserie zu dämpfen bzw. zu reduzieren.
In Kraftfahrzeugen sind immer häufiger Luftfederbeine verbaut. Diese haben die Aufgabe die entstehenden Kräfte beim Überfahren von Unebenheiten der Fahrbahn möglichst stark zu dämpfen, wobei die Luftfeder für ein komfortables Federverhalten sorgen soll. Dabei befindet sich innerhalb der Luftfeder der Stoßdämpfer, wobei dessen eintauchbare Kolbenstange mit dem Dämpferlager im Kernbereich des Luftfederdeckels eingesetzt ist, wobei der Luftfederdeckel mit der Fahrzeugkarosserie verbunden wird.
Besonders bei Luftfederbeinen, welche einen hohen Anspruch an Komfort bieten sollen, ist die Lagerung des Stoßdämpfers von großer Bedeutung. Die Anforderungen an solch ein Dämpferlager in einem Luftfederbein erfordern aus Komfortgründen möglichst flexible elastomere Dämpfungselemente, wobei diese in immer kleineren Bauräumen höhere Anforderungen erfüllen müssen. Die zu übertragenden Kräfte führen allerdings zu einer hohen spezifischen Belastung des elastomeren Dämpfermaterials und folglich zu einem Komfortverlust im Laufe der Zeit. So ist die Lebensdauer des Dämpfungselements insbesondere durch hohe Temperaturbeanspruchung und häufige Temperaturwechsel deutlich begrenzt.
Als Material für das elastomere Dämpfungselement wird vorzugsweise Gummi oder geschäumtes Polyurethan verwendet. Nachteilig bei dieser Ausführung ist allerdings, dass diese Materialen bei hohen Frequenzen bzw. kleinen Amplituden verhärten (Harshness-Effekt) und folglich nur eine begrenzte akustische Entkopplung vorliegt. Die akustische Entkopplung ist aber besonders bei Oberklasse-Fahrzeugen von hoher Relevanz, da bei diesen elektronisch geregelte Stoßdämpfer zum Einsatz kommen, deren Schaltvorgänge Geräusche verursachen, welche teilweise als Dämpferpoltern im Fahrzeuginnenraum hörbar sind.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Luftfederbein mit einem verbesserten Dämpferlager bereitzustellen, welches die Nachteile eines elastomeren Dämpfungselement vermeidet und es ermöglicht, die auf einen Stoßdämpfer wirkenden Kräfte besser zu dämpfen, um die Kraftübertragung auf die Fahrzeugkarosserie zu reduzieren.
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 Kraftfahrzeugfahrwerkes, wobei die Luftfeder einen Luftfederdeckel und einen Abrollkolben umfasst, wobei zwischen dem Luftfederdeckel und dem Abrollkolben ein luftdicht eingespannter Rollbalg aus elastomerem Material einen mit Druckluft befüllten Arbeitsraum begrenzt, wobei der Stoßdämpfer über ein an einer Kolbenstange angeordnetes Dämpferlager in einer topfförmigen Lageraufnahme des Luftfederdeckels gelagert ist, wobei die Lageraufnahme topfbodenseitig eine mit einem Gummischublager abgedichtete Durchgangsbohrung für die Kolbenstange aufweist, wobei die Lageraufnahme deckelseitig mit einer Verschlusskappe druckdicht abgeschlossen ist, wobei das Dämpferlager ein an der Kolbenstange befestigtes Tragstück umfasst, wobei eine Außenwandung des Tragstücks an einer Innenwandung der Lageraufnahme anliegt, wodurch in der Lageraufnahme ein erster bodenseitiger Lagerraum mit einem ersten pneumatischen Volumen von einem zweiten deckelseitigen Lagerraum mit einem zweiten pneumatischen Volumen druckdicht getrennt wird, wobei die Volumina der Lagerräume als pneumatische Dämpfungsmittel das Tragstück bei einer Bewegung der Kolbenstange abdämpfen.
Vorteilhafterweise wird das üblicherweise verwendete elastomere Dämpfungselement durch ein pneumatisches Luftpolster innerhalb der Lageraufnahme ersetzt. Dazu wird an dem freien oberen Ende der Kolbenstange ein Tragstück vorgesehen, welches in ein Luftpolster eingesetzt werden kann. Aufgrund dessen, dass die Lageraufnahme druckdicht verschlossen ist, werden durch das Tragstück zwei Luftdruck-Volumina in diesem Raum abgegrenzt. Damit liegen axial unter- und oberhalb des Tragstücks zwei Luftpolster zur Dämpfung des Tragstücks vor.
Der Arbeitsraum der Luftfeder steht unter einem erhöhten Druck, wodurch eine ausreichende Steifigkeit des pneumatischen Dämpfungsmittels erreicht wird. Bei Beladung des Fahrzeugs erhöht sich der Druck in der Luftfeder, wodurch automatisch auch die Steifigkeit des Dämpferlagers ansteigt. Im statischen Zustand des Stoßdämpfers liegt das Tragstück in einem Gleichgewicht zwischen den beiden Luftpolstern, wobei beide Luftpolster im dynamischen Betrieb des Stoßdämpfers zur Dämpfung der Zug- und Druckkräfte in vorteilhafterweise beitragen. Auf diese Weise ist jeweils ein Luftpolster unter- und oberhalb des Tragstücks als pneumatisches Dämpfungsmittel wirksam, wodurch die erwähnten Stoßdämpfer Zug- und Druckkräfte in vorteilhafter Weise gedämpft bzw. reduziert werden.
Ebenfalls wird auch die Geräuschübertragung vom Rad (Abrollgeräusche) auf den Fahrzeugaufbau deutlich verringert. Auch die nachteiligen Geräusche der Schaltvorgänge elektronisch geregelter Stoßdämpfer werden durch die pneumatischen Dämpfungsvolumina reduziert, da hierbei keine direkte Körperschallübertragung mehr vorliegt. Die auf das elastomere Dämpfungselement erwähnten Temperatureinflüsse kommen ebenfalls nicht mehr zum Tragen, wodurch Verschleiß und Alterung eines standardmäßigen Dämpferlagers vermieden werden.
Bevorzugt ist das Tragstück in der Draufsicht rund ausgeformt. Die radiale Außenwandung des Tragstücks liegt daher an der bevorzugt zylindrischen Innenwandung der Lageraufnahme an. So ist eine drehbewegliche Lagerung der Kolbenstange um die Längsachse des Luftfederbeins möglich.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Außenwandung des Tragstücks konvex geformt. Durch die gekrümmte Außenwandung des Tragstücks wird es ermöglicht, dass das Dämpferlager eine kardanische Beweglichkeit des Stoßdämpfers ermöglicht. Dabei ist das Dämpferlager mit dem Tragstück in den Luftpolstern beweglich gelagert, wobei dessen Außenwandung stets an der Innenwandung der Lageraufnahme anliegt.
Weiterhin bevorzugt ist auch die Boden- und/oder Deckelseite des Tragstücks konvex geformt. Durch die ebenfalls konvex geformte Verschlusskappe, sowie auch durch den entsprechend konvex geformten Boden der Lageraufnahme, wird das Totvolumen beim Einfedern des Tragstücks in vorteilhafter Weise minimiert. So lässt sich das Tragstück auch in axialer Richtung bewegen bzw. in Abhängigkeit der gewählten Volumina in seiner Position einstellen.
Zudem ist besonders bevorzugt die Krümmung der Außenwandung größer als die Krümmung der Boden- und Deckelseite. In der Seitenansicht weist das Tragstück somit eine annähernde Ellipsenform auf. Durch diese optimale Formgebung ist ein äußerst bewegliches Tragstück geschaffen, welches unter einer gleichmäßigen Druckverteilung drehbar auf den Luftpolstern gelagert ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf der Außenwandung des Tragstücks eine reibungsreduzierende Beschichtung aufgebracht. Bevorzugt ist auch auf der Innenwandung der Lageraufnahme eine reibungsreduzierende Beschichtung aufgebracht. Um bei der kardanischen Bewegung des Stoßdämpfers für ausreichende Gleiteigenschaften des Dämpferlagers zu sorgen, werden die korrespondierenden Oberflächen mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung behandelt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Außenwandung des Tragstücks und der Innenwandung der Lageraufnahme ein abdichtendes und reibungsreduzierendes Dichtband vorgesehen. Um dennoch eine ausreichende Dichtheit der abzugrenzenden Luftpolster/pneumatische Volumina zu gewährleisten, kann ein Dichtband vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) verwendet werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Tragstück in ein erstes bodenseitiges Tragstückteil und in ein zweites deckelseitiges Tragstückteil aufgeteilt. Besonders bevorzugt ist das erste Tragstückteil mittels einer Verschraubung an der Kolbenstange befestigt, wobei das zweite Tragstückteil in das erste Tragstückteil eingesetzt ist. Diese Unterteilung ermöglicht eine einfache Montage und Befestigung des Tragstücks an der Kolbenstange.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind in dem Gummischublager Überströmungsöffnungen vorgesehen. Neben einer Leckage, welche entlang der Hülse des Gummischublagers aus dem Arbeitsraum der Luftfeder in die Lageraufnahme erfolgt, lässt sich zusätzlich über die Überströmungsöffnungen der Luftdruck in dem Lagerraum einstellen bzw. anpassen. So stellt sich im statischen Zustand des Luftfederbeins in dem Arbeitsraum der Luftfeder und in der Lageraufnahme ein gleichmäßiger Luftdruck ein.
Verwendung findet das Luftfederbein in einem Fahrwerk, vorzugsweise in einem Luftfedersystem, für ein Kraftfahrzeug.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Figuren.
Es zeigen

1 ein Luftfederbein gemäß dem Stand der Technik und
2 einen Ausschnitt eines Luftfederbeins mit einem beispielsgemäßen Dämpferlager.

Die 1 zeigt ein bekanntes Luftfederbein 1 mit den wesentlichsten Bauteilen, anbei eine Luftfeder 2 umfassend einen Luftfederdeckel 4, einen Abrollkolben 5 und einen Rollbalg 6 mit einer diesen hülsenförmig umschließenden Außenführung 7. Innerhalb Luftfeder 2 ist ein Stoßdämpfer 3 vorgesehen, wobei Stoßdämpfer 3 ein Dämpferrohr 14, eine in diesen eintauchbare Kolbenstange 15 und ein Dämpferlager 50 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 dargestelltes Stoßdämpferauge an einem Radträger des Kraftfahrzeugfahrwerks befestigt werden, wodurch das Kraftfahrzeug gefedert und gedämpft wird.
Luftfeder 2 umfasst Rollbalg 6 aus elastomerem Material, wobei Rollbalg 6 mit Luftfederdeckel 2 und Abrollkolben 5 einen luftdichten und mit Druckluft befüllbaren volumenelastischen Arbeitstraum 10 begrenzt. Der schlauchförmige Rollbalg 6 ist mit seinem ersten Ende am Luftfederdeckel 4 und mit seinem zweiten Ende am Abrollkolben 5 bspw. über Klemmringe 18 an den Anschlussbereichen dieser Luftfederanbauteile befestigt. Es ist auch möglich die Endbereiche des Rollbalgs 6 an die Anschlussbereiche zu vulkanisieren.
Um Arbeitsraum 10 mit Druckluft zu befüllen, kann bspw. ein Luftanschluss an Luftfederdeckel 4 vorgesehen sein bzw. es werden auch pneumatische Schaltventile an Luftfederdeckel 4 zur Druckluftbefüllung verbaut.
Bei Relativbewegungen in axialer Richtung des Luftfederbeins 1 zwischen Luftfederdeckel 4 und Abrollkolben 5 rollt Rollbalg 6 unter Ausbildung einer Rollfalte 8 auf der konzentrischen Abrollfläche des Abrollkolbens 5 ab. Weiterhin bildet Rollbalg 6 eine weitere Falte 9 am Luftfederdeckel 4 aus, welche als kardanisches Lager wirksam ist. Neben der Wirkweise als kardanisches Lager, kann Falte 9 auch teilweise zur Torsionsaufnahme bei Verdrehung der Luftfeder 2 beitragen. In einer Abwandlung kann Falte 9 auch als weitere Rollfalte an einer dafür vorgesehenen Rollfläche des Luftfederdeckels 4 abrollen.
Zugleich ist Rollbalg 6 als Hybridbalg mit eingebetteten Festigkeitsträgern aufgebaut. So ist Rollbalg 6 bspw. im Bereich der Rollfalte 8 als Kreuzlagenbalg und im Bereich der Kardanikfalte 9 als Axialbalg ausgeführt. Der schlauchförmige Rollbalg 6 kann dabei auf eine zylindrische oder konische Kontur konfektioniert sein.
Insbesondere bei den komfortablen Axialbälgen werden Außenführungen 7 verwendet, um die seitliche Ausdehnung des Rollbalgs 6 zu begrenzen. Dabei kann Außenführung 7 durch einen im Arbeitsraum vorgesehenen Innenspannring 12 am Rollbalg 6 verklemmt werden. Es ist aber auch möglich den Spannring an der Außenwand des Rollbalgs 6 durch verkleben oder vulkanisieren vorzusehen und darauf Außenführung 7 zu verpressen. Es kann auch gänzlich auf einen Spannring verzichtet werden, indem Außenführung 7 mit der Außenwand des Rollbalgs 6 verklebt oder an diese anvulkanisiert wird. Dabei wird hülsenförmige Außenführung 6 meist aus einem Leichtmetall bspw. Aluminium oder aus einem faserverstärktem Kunststoff hergestellt.
Zum Schutz vor Verschmutzung der Rollfalte 8 kann ein Faltenbalg 27 vorgesehen sein, welcher bspw. an dem radträgerseitigen Endbereich der Außenführung 7 und am Dämpferrohr 14 befestigt wird.
Um ein weicheres bzw. komfortableres Federverhalten der Luftfeder 2 zu ermöglichen, kann Luftfederdeckel 4 als volumenumfassender Druckbehälter ausgebildet sein und damit einen Deckelraum 11 zumindest teilweise umschließen, wodurch der wirksame Arbeitsraum 10 der Luftfeder 2 vergrößert wird. Luftfederdeckel 4 kann dabei auch aus einem oder mehreren Bauteilen ausgeführt sein, wobei durch die Kontur bzw. Form eines ersten Bauteils als Druckbehälter der Deckelraum 11 maßgeblich bestimmt werden kann und ein zweites Bauteil der Befestigung des Rollbalges 6 dient.
Zudem können die Bauteile des Luftfederdeckels 4 aus einem metallischen Werkstoff und dabei miteinander verschweißt sein. Eine Metall-Kunststoff Kombination ist ebenfalls denkbar. Zur Gewichtsreduzierung können die weiteren Luftfederdeckelbauteile, vorzugsweise die Druckbehälter formgebende Außenwand, aus Kunststoff vorgesehen sein.
Zur Lagerung des Dämpferlagers 50 in Luftfederdeckel 4 bildet dieser in seinem Kernbereich eine topfförmige Lageraufnahme 20 aus, in welches das Dämpferlager 50 einsetzbar ist. Dieses ist maßgeblich darauf ausgelegt Zug- und Druckkräfte des Stoßdämpfers 3 aufzunehmen. Vorteilhafterweise besteht Lageraufnahme 20 dabei aus einem metallischen Werkstoff und bildet einen Flansch zur Befestigung des Luftfederdeckels 4 an die Karosserie aus, wodurch die Stoßdämpferkräfte wirksam in die Karosserie geleitet werden können.
An Lageraufnahme 20 ist topfbodenseitig eine Durchgangsbohrung für Kolbenstange 15 vorgesehen, wobei diese über ein Gummischublager 25 abgedichtet werden kann. Zudem wird Lageraufnahme 20 deckelseitig mit einer druckdichten Verschlusskappe 21 und einem radialen Dichtring 26 versehen.
An der Unterseite der Lageraufnahme 20 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 Zusatzfeder 16 als Wegbegrenzung dient und mögliche auf Luftfederdeckel 4 einwirkende Kräfte abdämpft.
Das zentral in Lageraufnahme 20 des Luftfederdeckels 4 gelagerte Dämpferlager 50 umfasst im Wesentlichen eine Tragscheibe 24 und ein ringförmiges elastomeres Dämpfungselement 23. Tragscheibe 24 ist teilweise in Dämpfungselement 23 eingebettet bzw. von diesem umgeben. Dämpfungselement 23 kann zu einem in axialer Richtung innenseitig an der Bodenplatte der Lageraufnahme 20 sowie in radialer Richtung an der Innenwandung der Lageraufnahme 20 auf- bzw. anliegen. Tragscheibe 23 hat zudem eine Durchgangsbohrung und wird mit einer Verschraubung 21 an dem oberen freien Ende der Kolbenstange 15 fixiert. Durch Dämpfungselement 23 werden die axialen Kräfte des Stoßdämpfers 3 auf die Fahrzeugkarosserie reduziert.
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 Lagerelement 13 auf der Stirnseite des Dämpferrohrs 14 hängend befestigt sein kann. Eine Kombination aus stehendem und hängendem Abrollkolben 5 ist wie in der Figur gezeigt ebenfalls möglich. Es ist zudem bekannt Abrollkolben 5 aus einem Leichtmetall wie Aluminium oder einem faserverstärktem Kunststoff herzustellen.
Bei einem stehenden Abrollkolben 5 ist zwischen seinem dem Radträger zugewandten Endbereich und der gegenüberliegenden Außenwandung des Dämpferrohres 14 eine torsionsdynamische Dichtung vorgesehen, bspw. aus einer elastomeren Dichtlippe oder einer Gummi-Metall-Lagerung. Dies dient dazu den innerhalb des Abrollkolbens erweiterten Arbeitsraum der Luftfeder 2 abzudichten.
In 2 ist ein Ausschnitt eines Luftfederbeins 1 mit einem beispielsgemäßen Dämpferlager 150 gezeigt. Das teilweise gezeigte Luftfederbein 1 umfasst hierbei ebenfalls Luftfeder 2 mit eingesetztem Stoßdämpfer 3. Dabei ist Rollbalg 6 der Luftfeder 2 durch Klemmring 18 am Luftfederdeckel 4 druckdicht befestigt und begrenzt Arbeitstraum 10.
Stoßdämpfer 3 umfasst Dämpferrohr 14 und eintauchbare Kolbenstange 15, wobei Stoßdämpfer 3 über Dämpferlager 150 in Lageraufnahme 120 des Luftfederdeckels 4 gelagert ist. An der Unterseite des Luftfederdeckels 4 anliegend ist eine zum Stoßdämpfer gewandte Zusatzfeder 16 angeordnet, um beim Einfedern des Dämpferrohres 14 den Verfahrweg zu begrenzen.
In dem gezeigten Beispiel kann Luftfederdeckel 4 über Befestigungsmittel mit der Kraftfahrzeugkarosserie verbunden werden, wobei Lageraufnahme 120 im Kernbereich des Luftfederdeckels 4 ausgeformt bzw. durch diesen gebildet wird. Die Innenwandung 135 der topfförmigen Lageraufnahme 120 ist zylindrisch ausgestaltet, wobei Lageraufnahme 120 bodenseitig eine Durchgangsbohrung für Kolbenstange 15 aufweist, welche über Gummischublager 125 abdichtbar ist. Deckelseitig wird Lageraufnahme 120 durch eine Verschlusskappe 121 druckdicht verschlossen.
Gummischublager 125 umfasst eine Hülse 133, welche mit einer Falz auf einem Ringanschlag der Kolbenstange 15 aufliegt, wobei Hülse 133 von hohlzylinderförmigen Gummielement des Schublagers 125 umfasst wird. Gummischublager 125 dichtet den Raum der Lageraufnahme 120, wobei allerdings zwischen den (Metall-) Oberflächen der Kolbenstange 15 und Hülse 133 teilweise eine beabsichtigte Leckage von Druckluft aus Arbeitsraum 10 der Luftfeder 2 in von der Lageraufnahme 120 umschlossenen Raum erfolgen kann.
Verschlusskappe 121 umfasst einen in einer Nut eingelassenen Dichtring 126 und wird mit einem Sprengring 127 druckdicht an der Oberseite der Lageraufnahme 120 verschlossen.
Dämpferlager 150 umfasst ein Tragstück 124 mittels welchem Stoßdämpfer 3 in Lageraufnahme 120 beispielsgemäß gelagert wird. Dabei umfasst Tragstück 124 ein erstes bodenseitiges Tragstückteil 130 und ein zweites deckelseitiges Tragstückteil 131. Mittels erstem Tragstückteil 130 und einer Verschraubung 122 wird das gesamte Tragstück 124 an dem freien oberen Ende der Kolbenstange 15 befestigt. Zweites Tragstückteil 131 wird dabei oberhalb der Verschraubung 122 in das erste Tragstückteil 130 eingesetzt.
Tragstück 124 ist beispielsgemäß in der Draufsicht rund ausgeführt und weist in Umfangsrichtung, sowie boden- und deckelseitig konvexe Außenflächen auf. So ist eine Außenwandung 134, sowie eine Bodenseite 136 und eine Deckelseite 137 des Tragstücks 124 konvex ausgeformt. Dabei ist die Krümmung der radialen Außenfläche größer als die Krümmung der Boden- und Deckelseite. Demgemäß ist Tragstück 124 in der Seitenansicht annährend elliptisch. Auf diese Weise ist Tragstück 124 drehbeweglich in Lageraufnahme 120 gelagert.
Beispielsgemäß liegt Außenwandung 134 des Tragstücks 124 in radialer Richtung mit einer Innenwandung 135 der Lageraufnahme 120 an, wodurch der von der Lageraufnahme 12 umschlossene Raum in einen ersten bodenseitigen Lagerraum 128 und in einen zweiten deckelseitigen Lagerraum 129 druckdicht unterteilt wird. Beide Lagerräume 128, 129 umfassen Volumina welche mit Druckluft gefüllt sind. Damit liegt Tragstück 124 innerhalb von zwei Luftpolstern auf. Die Luftpolster der Lagerräume 128, 129 wirken als pneumatische Dämpfungsmittel auf Tragscheibe 124 ein, wodurch die Zug- und Druckkräfte des Stoßdämpfers 3 abgedämpft werden.
Zwischen den Volumen beider Lagerräume 128, 129 findet im statischen Zustand des Stoßdämpfers ein Druckausgleich statt. D.h. die Volumen in den Lagerräumen 128, 129 nehmen den statischen Druck des Arbeitsraums 10 der Luftfeder 2 an. Aufgrund dessen das am Gummischublager 125 eine teilweise Druckluftleckage erfolgt, stellt sich zumindest in dem Luftpolster dex ersten Lagerraums 128 der Luftdruck des Arbeitstraums 10 der Luftfeder ein. Vorzugsweise werden daher auch gezielte Überströmungsöffnungen in Gummischublager 125 eingebracht, welche nur eine geringe Luftüberströmung erlauben und einem Druckaufbau im Raum der Lageraufnahme 128 zu ermöglichen.
Im Stillstand gleicht die in den Lagerräumen 128, 129 wirksame pneumatische Federkraft Tragstück 124 in seiner axialen Position aus. In dieser Situation reicht die relativ geringe Steifigkeit des Gummischublagers 125 aus, Tragstück 124 in der Mittellage auszurichten. Dabei ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit die Federwege der Volumen in den Lagerräumen 128, 129 in Bezug auf die Ein- und Ausfederrichtung unterschiedlich auszugestalten, wodurch die Charakteristik des Dämpferlagers 150 auf die Kennlinie des Stoßdämpfers 3 angepasst werden kann.
Die Bodenseite der Lageraufnahme 120 ist entsprechend der Bodenseite 136 des Tragstücks 124 konkav ausgestaltet und folglich ist auch die Innenseite der Verschlusskappe 121 gemäß der Deckelseite 137 des Tragstücks 124 konkav geformt. Damit wird das Totvolumen der Lagerräume 128, 129 beim Einfedern des Tragstücks 124 vorteilhafterweise minimiert. Somit können hohe Dämpfungskräfte abgebaut werden, ohne dass es zu einem Kontakt zwischen erstem Tragstückteil 130 und der Bodenseite der Lageraufnahme 120 bzw. zwischen zweitem Tragstückteil 131 und Verschlusskappe 121 kommt.
Daher ist Tragstück 124 auch axial beweglich, wobei im dynamischen Zustand die Zug- und Druckkräfte des Stoßdämpfers 3 vorteilhaft durch die Luftpolster gedämpft bzw. reduziert werden. Dazu kann die dynamische Steifigkeit c eines Luftpolsters anhand folgender Formel bestimmt werden $c = \frac{d F}{d s} = k * p_{i} * \frac{A^{2}}{V_{0}}$
Mit

c:: dynamische Steifigkeit
k:: Polytropenexponent
p_i:: Luftfederdruck
A:: Luftpolsterfläche
V₀:: Luftpolstervolumen

Als Beispiel für ein pneumatisches Volumen mit einem Lagerdurchmesser von 50 mm und einer Luftpolsterhöhe von 5 mm, einem Luftfederdruck p_i von 10 bar und einem Polytropenexponent k von 1,4 ergibt sich eine Steifigkeit c von 550 N/mm für ein Luftpolster. Aufgrund des höheren Drucks im Arbeitsraum 10 der Luftfeder 2 kann daher die erforderliche Steifigkeit, idR. 400 bis 1000 N/mm, bei gängigen Abmessungen erreicht werden.
Aufgrund dessen, dass radiale Außenwandung 134 des Tragstücks 124 konvex ausgestaltet ist, wird eine kardanische Bewegung der Kolbenstange 15 des Stoßdämpfers 3 in dem Dämpferlager 150 zugelassen, d.h. eine Verwinkelung der Dämpferachse. Damit wird erreicht, dass die typischen Kardanikwinkel von ca. 3° in der Fahrzeugachse aufgenommen werden können, ohne dass Dämpferlager 150 undicht wird. Dies wird auch durch Gummischublager 125 unterstützt, welches ebenfalls die kardanische Beweglichkeit zulässt und auch zugleich die Mittellage des Tragstücks 124 in der Lageraufnahme 120 definiert. Zudem wird auch eine Torsion, also eine Verdrehung um die Dämpferachse, der Kolbenstange 15 in Lageraufnahme 120 durch rundes Tragstück 124 zugelassen.
Um die Gleiteigenschaften zwischen Tragstück 124 und Lageraufnahme 120 zu verbessern bzw. um eine reibungsarme Beweglichkeit des Tragstücks 124 zu ermöglichen, kann an deren korrespondierenden Oberflächen beispielsgemäß eine reibungsreduzierende Beschichtung aufgebracht sein. Zur Verbesserung der Dichtwirkung und zur weiteren Reibreduzierung kann vorzugsweise zwischen Außenwandung 134 des Tragstücks 124 und Innenwandung 135 der Lageraufnahme 120 ein Dichtband 132 aus PTFE um Tragstück 124 herum angeordnet sein.
Bezugszeichenliste

1: Luftfederbein
2: Luftfeder
3: Stoßdämpfer
4: Luftfederdeckel
5: Abrollkolben
6: Rollbalg
7: Außenführung
8: Rollfalte
9: Falte
10: Arbeitsraum
11: Deckelraum
12: Innenspannring
13: Lagerelement
14: Dämpferrohr
15: Kolbenstange
16: Zusatzfeder
17: Stützring
18: Klemmring
19: Faltenbalg
20: Lageraufnahme
21: Verschlusskappe
22: Verschraubung
23: Dämpfungselement
24: Tragscheibe
25: Gummischublager
26: Dichtring
50: Dämpferlager
120: Lageraufnahme
121: Verschlusskappe
122: Verschraubung
124: Tragstück
125: Gummischublager
126: Dichtring
127: Sprengring
128: erster Lagerraum
129: zweiter Lagerraum
130: erstes Tragstückteil
131: zweites Tragstückteil
132: Dichtband
133: Hülse
134: Außenwandung Tragstück
135: Innenwandung Lageraufnahme
136: Bodenseite Tragstück
137: Deckelseite Tragstück
150: Dämpferlager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10229287 A1 [0002]

Claims

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) und einen Abrollkolben (5) umfasst, wobei zwischen dem Luftfederdeckel (4) und dem Abrollkolben (5) ein luftdicht eingespannter Rollbalg (6) aus elastomerem Material einen mit Druckluft befüllten Arbeitsraum (10) begrenzt, wobei der Stoßdämpfer (3) über ein an einer Kolbenstange (15) angeordnetes Dämpferlager (150) in einer topfförmigen Lageraufnahme (120) des Luftfederdeckels (4) gelagert ist, wobei die Lageraufnahme (120) topfbodenseitig eine mit einem Gummischublager (125) abgedichtete Durchgangsbohrung für die Kolbenstange (15) aufweist, wobei die Lageraufnahme (120) deckelseitig mit einer Verschlusskappe (121) druckdicht abgeschlossen ist, wobei das Dämpferlager (150) ein an der Kolbenstange (15) befestigtes Tragstück (124) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenwandung (134) des Tragstücks (124) an einer Innenwandung (135) der Lageraufnahme (120) anliegt, wodurch in der Lageraufnahme (120) ein erster bodenseitiger Lagerraum (128) mit einem ersten pneumatischen Volumen von einem zweiten deckelseitigen Lagerraum (129) mit einem zweiten pneumatischen Volumen druckdicht getrennt wird, wobei die Volumina der Lagerräume (128; 129) als pneumatische Dämpfungsmittel das Tragstück (124) bei einer Bewegung der Kolbenstange (15) abdämpfen.
Luftfederbein (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragstück (124) rund ausgeformt ist.
Luftfederbein (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (135) der Lageraufnahme (120) zylindrisch ist.
Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandung (134) des Tragstücks (124) konvex geformt ist.
Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bodenseite (136) und/oder die Deckelseite (137) des Tragstücks (124) konvex geformt ist.
Luftfederbein (1) nach Anspruch 5, wenn rückbezogen auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Außenwandung (134) größer ist als die Krümmung der Bodenseite (136) und der Deckelseite (137).
Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenwandung (134) des Tragstücks (124) eine reibungsreduzierende Beschichtung aufgebracht ist.
Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenwandung (135) der Lageraufnahme (120) eine reibungsreduzierende Beschichtung aufgebracht ist.
Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außenwandung (134) des Tragstücks (124) und der Innenwandung (135) der Lageraufnahme (120) ein abdichtendes und reibungsreduzierendes Dichtband (132), insbesondere aus Polytetrafluorethylen, vorgesehen ist.
Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragstück (124) in ein erstes bodenseitiges Tragstückteil (130) und in ein zweites deckelseitiges Tragstückteil (131) aufgeteilt ist.
Luftfederbein (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Tragstückteil (130) mittels einer Verschraubung (122) an der Kolbenstange (15) befestigt ist, wobei das zweite Tragstückteil (131) in das erste Tragstückteil (130) eingesetzt ist.
Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gummischublager (125) Überströmungsöffnungen vorgesehen sind.
Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahme (120) im Kernbereich des Luftfederdeckels (4) ausgebildet ist.
Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Luftfedersystem, mit einem Luftfederbein (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.