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DE19908607A1 - Luftfederbein für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Luftfederbein für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen

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DE19908607A1
DE19908607A1 DE19908607A DE19908607A DE19908607A1 DE 19908607 A1 DE19908607 A1 DE 19908607A1 DE 19908607 A DE19908607 A DE 19908607A DE 19908607 A DE19908607 A DE 19908607A DE 19908607 A1 DE19908607 A1 DE 19908607A1
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DE
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guide
air
suspension strut
sleeve
air spring
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DE19908607A
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Matthias Roemer
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Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Abstract

Für ein Luftfederbein mit Luftfederbalg wird eine radiale Abstützung des als Innenführung für den Luftfederbalg dienenden Luftfederkolbens gegenüber einer zentralen Abstützung vorgeschlagen, die eine wechselseitige Berührung der Balgwände bei seitlicher Auslenkung des Luftfederbeines ausschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfederbein für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Luftfederbeine der vorgenannten Art sind aus der DE 197 53 637 A1 bekannt. Als sogenannte McPherson-Federbeine bilden sie bei der bekannten Lösung Radführungselemente, die über einen unteren Querlenker geführt ihrerseits nach oben karosserie­ seitig angelenkt sind. Die Radaufstandskräfte haben bei einer derartigen Lösung Querkräfte zur Folge, die den Dämpfer verspannen und die Federungseigenschaften negativ beein­ flussen. Diesen Querkräften entgegenwirkende Kräfte aufzu­ bauen und dadurch die das Ansprechverhalten des Dämpfers beeinträchtigende Reibung zu reduzieren ist Ziel der bekannten Lösung, wobei hierzu der Luftfederbalg in Verbindung mit einer starren Anbindung des Luftfederkolbens am Dämpferrohr derart ausgebildet wird, daß sich ent­ sprechende Querkräfte druckabhängig aufbauen.
Die Erfindung betrifft die Ausgestaltung eines Luftfeder­ beines ähnlichen Grundaufbaus, das sich, insbesondere als an der Radführung als solcher nicht beteiligte Federdämpfer­ einheit, durch besonders gutes Ansprechverhalten trotz schlanker Bauweise auszeichnet und bei dem auch durch Feder- und/oder Lenkbewegungen bedingte Auslenkungen aus der Konstruktionslage keine Beeinträchtigung des Ansprech­ verhaltens der Feder und insbesondere des Dämpfers zur Folge haben, ungeachtet der aus den Abstützkräften der Luftfeder resultierenden Querkräfte.
Die durch den Einsatz insbesondere bei modernen Personen­ kraftwagen - unter den dort gegebenen, sehr beengten Raumverhältnissen - bedingte Forderung nach sehr schlanker Bauweise trotz großer Federwege macht eine geringe Breite des Ringraumes zwischen Außen- und Innenführung des Luftfeder­ balges und damit einen kleinen Abstand zwischen den über diese Führungsflächen geführten Wandteilen des Luftfeder­ balges erforderlich. Damit wächst die Gefahr, daß mit steigendem Auslenkwinkel des Federbeines diese Wandteile des Luftfederbalges miteinander in Berührung kommen und der Gummibalg durch entsprechende scheuernde Beanspruchung beschädigt oder zerstört wird. Dies auf der einen Seite zu verhindern, und andererseits auch höhere, die Kolbenstange des Dämpfers belastende Biegekräfte zu vermeiden, das wird durch die erfindungsgemäße Art der Führung des Dämpferkolbens gegenüber einer zum Luftfederkopf feststehenden Führung erreicht, wobei dieser Führung nur unter verhältnismäßig extremen Bedingungen eine Bedeutung zukommt, so daß Relativbewegungen zwischen der Führung und dem Luftfeder­ kolben das Gesamtverhalten des Luftfederbeins allenfalls unter Extrembedingungen beeinträchtigen könnten. Dies wirkt sich auch auf den Dämpferverschleiß vorteilhaft aus, zumal ein gutes Gleitverhalten zwischen der Führung und dem Luftfederkolben durch entsprechende Materialpaarungen vorteilhaft beeinflußt werden kann. So erweist es sich beispielsweise im Rahmen der Erfindung als vorteilhaft, die Führungsbuchse als Edelstahlbuchse auszubilden und als Gleitring einen Kunststoffkörper zu verwenden, wobei insbe­ sondere Kunststoffe zum Einsatz kommen, die auch ohne Schmiermittel besonders gute Gleiteigenschaften aufweisen, wie beispielsweise Polyamide.
Im Rahmen der Erfindung erweist es sich ferner als vorteil­ haft, die Führungshülse so mit dem Luftfederkopf zu ver­ binden, daß sie zur Aussteifung des Luftfederkopfes im Bereich von dessen Aufnahme für die Kolbenstange des Federbeins beiträgt, wobei diese Aufnahme bevorzugt durch einen Ringbund des Luftfederkopfes gebildet ist, auf den die Führungshülse außenseitig aufgepresst ist, so daß keine weiteren Befestigungen erforderlich sind.
Der Führungs- oder Gleitring ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt dem oberen Ende des Luftfederkolbens zugeordnet und auf dieses Ende beispielsweise aufgeklipst, wobei der Gleitring innerhalb des oberen Endbereiches des Luftfeder­ balges liegt. Bezogen auf die Konstruktionslage liegt der Führungs- oder Gleitring dabei in axialer Überdeckung zur hülsenförmigen Führung, wobei erfindungsgemäß diese Führung allerdings nicht den gesamten Längsbereich abdeckt, über den sich der Luftfederkolben mit dem daran befestigten Führungs- und/oder Gleitring bei Ausfederbewegungen erstreckt. Um dennoch eine Wegbegrenzung in radialer Richtung sicherzu­ stellen, die ausschließt, daß die Balgwände aneinander reiben, ist erfindungsgemäß in Verlängerung der Führungshülse auf der Kolbenstange eine weitere Abstützhülse, bevorzugt kleineren Durchmessers, vorgesehen; die gleichzeitig als Aufnahme für den Anschlagpuffer des Dämpfers dient.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Luftfederbein gemäß der Erfindung, und zwar in einer der Konstruktionslage, also der Zwischenlage zwischen eingefedertem und ausgefedertem Zustand entsprechenden Stellung, und
Fig. 2 eine Teildarstellung eines Luftfederbeins gemäß Fig. 1 in einer ausgelenkten Position, wobei be­ zogen auf diese ausgelenkte Position und für verschiedene Federlagen die Abstützung des Luft­ federkolbens gegenüber den erfindungsgemäß vorge­ sehenen Abstützelementen, nämlich dem Luftfederkopf zugeordneter Führungshülse und daran anschließender, kolbenstangenseitiger Abstandshülse vorgesehen ist.
Das in den Figuren dargestellte und mit 1 bezeichnete Luftfederbein ist als Bestandteil einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges einerseits gegen dessen Karosserie abgestützt und andererseits mit einem Element der Radführung der Radaufhängung verbunden. Die Verbindung zur nicht weiter dargestellten Karosserie des Fahrzeuges erfolgt über den Luftfederkopf 2, der in nicht näher gezeigter Weise aufbauseitig abgestützt und befestigt ist. Der Luftfederkopf 2, der in bekannter und hier nicht weiter dargestellter Weise an eine fahrzeugseitige Druckluftquelle angeschlossen ist, geht in eine Außenführung 3 für einen Luftfederbalg 4 über, der als Balgschleife ringförmig zwischen der Außenführung 3 und der Innenführung 4 liegt, welche durch einen Wandteil eines Luftfederkolbens 6 gebildet wird.
Das Luftfederbein 1 umfaßt weiter einen Dämpfer 7, der über einen Teil seiner Länge von Luftfederkopf 2 und Luftfeder­ kolben 6 umschlossen ist, wobei der Luftfederkopf 2, der Luftfederbalg 4 und der Luftfederkolben 6 die äußere Be­ grenzung eines Luftraumes 8 bilden, der zum Dämpferrohr 9 am vom Luftfederkopf 2 abgelegenen Ende dichtend und kardanisch beweglich abgestützt ist. Die Abstützung erfolgt im Aus­ führungsbeispiel durch ein kardanisch weiches Abroll­ kolbenlager, das durch einen elastischen Ringkörper 10 gebildet ist. Im Bereich des über den Luftfederkolben 6 nach der vom Luftfederkopf 2 abgewandten Seite hin hinausragenden Endes des Dämpferrohres 9 ist der Dämpfer 7 mit einem der Radführungselemente der nicht weiter dargestellten Radauf­ hängung verbunden.
Das Dämpferrohr 9 des Dämpfers 7, der in seinen Funktionen nicht weiter besprochen wird und der in Aufbau und Funktion bekannten Dämpfern mit verstellbarer Dämpfercharakteristik entspricht, nimmt einen Dämpferkolben auf, der mit 11 bezeichnet ist und dessen Kolbenstange 12 im Luftfederkopf 2 elastisch gehalten abgestützt ist, wobei der Luftfederkopf 2 zentral einen Ringbund 13 aufweist, der die nicht weiter erläuterte elastische Abstützung für die Kolbenstange 12 aufnimmt und umschließt. Der Ringbund 13 des Luftfederkopfes 2 bildet zugleich die Halterung für eine Führungshülse 14, die den Ringbund 13 außenseitig umschließend axial auf diesen aufgepresst ist, wobei die Hülse 14 in Verlängerung des Ringbundes 13 in Richtung auf den Dämpfer 7 die Kolbenstange 12 mit Abstand umschließt und sich axial in den als Luftraum 8 dienenden Innenraum des Luftfederkolbens 6 erstreckt. Bezogen auf die dargestellte Konstruktionslage des Luftfeder­ beins 1, die einer Zwischenstellung zwischen eingefederter und ausgefederter Federposition entspricht, liegt die Führungshülse 14 in Überdeckung zu einem Führungsring 15, der dem Innenumfang des luftfederbalgseitigen Endes des Dämpfer­ kolben 11 zugeordnet ist und die Führungshülse 14 mit Spiel umschließt.
Der Führungsring 15 ist in nicht näher dargestellter Weise bevorzugt auf das balgseitige Ende des Luftfederkolbens 6 aufgeklipst, so daß sich eine einfache Befestigung ergibt, und bevorzugt als Flachring mit leicht gewölbter Innenkontur ausgebildet, wobei die Ringkanten verrundet sind. In Verbindung mit der Verwendung eines Materiales guter Gleit­ fähigkeit, so beispielsweise einem Kunststoff auf Polyamid­ basis ergeben sich bei Anliegen des Führungsringes 15 an der Führungshülse 14 sehr günstige Reibverhältnisse, insbesondere wenn die Hülse 14 erfindungsgemäß aus nichtrostendem Stahl mit glatter Oberfläche hergestellt ist, so daß kein Oberflächenschutz für die Hülse erforderlich ist, der abgerieben werden könnte.
Entsprechend der geschilderten Anordnung des Führungsringes 15 am balgseitigen Ende des Luftfederkolbens 6 liegt der Führungsring axial in Überdeckung zum Luftfederbalg 4, dessen über die Balgschleife 16 ineinander übergehende Wandteile 17 und 18 am Luftfederkolben 6 als Innenführung 5 und am Luftfederkopf 2 als Außenführung 3 bei Federbewegungen abrollen, wobei die Wandteile 17 und 18 des Luftfederbalges 4 im Bereich ihrer freien Enden über Stützringe gegen die Innenführung 5 bzw. die Außenführung 3 fixiert sind. Die Stützringe sind mit 19 und 20 bezeichnet.
Der Führungsring 15 umschließt in der dargestellten Konstruktionslage die Führungshülse 14 mit Spiel, wobei dieses verhältnismäßig groß bemessen ist, derart, daß ein Ringspalt 21 gegeben ist, so daß es bei Federbewegungen ohne seitliche Auslenkung des Federbeines 1 praktisch zu keiner Berührung kommt.
In Berücksichtigung gegebener Bauteiltoleranzen ist die Breite des Ringspaltes 21 so bemessen, daß die Wandteile 17 und 18 in allen Federlagen und unabhängig vom Grad der seitlichen Auslenkung der Luftfeder 1 zueinander berührungs­ frei bleiben. Die Breite des Ringspaltes 21 ist also kleiner als der radiale Abstand zwischen den Wandteilen 17 und 18, so daß es zu keiner reibenden Berührung zwischen den Wandteilen 17 und 18 kommen kann, die zu einer Schädigung des Luftfederbalges 4 führen könnte, zumal dieser im Hinblick auf das Ansprechverhalten der Luftfeder möglichst dünnwandig derart ausgeführt ist, daß sich beim Abrollen und Verformen des Luftfederbalges 4 möglichst geringe Widerstände ergeben.
Die vorgesehene Radialabstützung zwischen Führungshülse 14 und Führungsring 15 macht es darüber hinaus möglich, zu einer sehr schlanken Konstruktion des Luftfederbeines zu kommen, wie sie im Hinblick auf die konstruktiven Verhältnisse bei Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Vorder­ radaufhängungen von Kraftfahrzeugen zweckdienlich ist, ungeachtet dessen, daß durch die Kinematik der Radführung bedingte seitliche Auslenkungen des Luftfederbeins bei möglichst geringer Verzwängung des Federbeins möglich sein müssen. Die Erfindung nutzt hierzu die radiale Abstützung zwischen der Führungshülse 14, die ihrerseits zum karosserie­ seitig befestigen Luftfederkopf 2 feststeht, gegen den Führungsring 15 in Verbindung mit einer kardanisch weichen Abstützung des Luftfederkolbens 6 am gegenüberliegenden Ende, so daß bei seitlichen Auslenkungen des Luftfederbeins 1 auftretende Querkräfte die Feder- und Dämpferfunktionen des Luftfederbeines 1 möglichst wenig beeinträchtigen und insbe­ sondere bei toleranzunempfindlicher Konstruktion Schädigungen des Luftfederbalges 4 ausgeschlossen sind.
Ist, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, aus baulichen Gründen eine Lösung nicht möglich oder nur schwer zu verwirklichen, bei der die zum Luftfederkopf 2 feste Führungshülse 14 über den ganzen Federweg als Gegenführung für den Führungsring 15 dienen kann, so kann, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, der Führungshülse 14, quasi eine Verlängerung derselben bildend, eine Abstützhülse zugeordnet sein, die im Ausführungsbeispiel mit 22 bezeichnet ist und die auf der Kolbenstange 12 angeordnet ist, wobei die Abstützhülse 22 gleichzeitig als Aufnahme für einen Anschlag­ puffer 23 dienen kann, der vom Dämpferrohr 9 bei stärkerer Einfederung beaufschlagt wird. Die Abstützhülse 22 ist erfindungsgemäß über eine eine Verstärkung der Kolbenstange 12 bildende, die Kolbenstange 12 aufnehmende und versteifende Stützbuchse 24 im elastischen Kolbenstangenlager abgestützt, das innerhalb des Ringbundes 13 des Luftfederkopfes 2 liegt.
Das gegen die zusätzliche Abstützhülse 22 auslaufende Ende 25 der Führungshülse 14 ist mit sich verjüngendem Durchmesser ausgeführt, und ebenso der benachbarte Endbereich 26 der Abstützhülse 22, so daß, wie in Fig. 2 veranschaulicht, bei seitlich ausgelenktem Luftfederbein 1 ebenfalls ein weit­ gehend ungestörter Übergang und eine gleichmäßige Führung für den Führungsring 15 gegeben ist.
Fig. 2 veranschaulicht die seitliche Führung des Luftfeder­ kolbens 6 bei seitlich ausgelenkter Stellung des Luftfeder­ beins 1, wobei der seitlichen Auslenkung des Luftfederbeins 1 im Bereich von dessen unterem, der nicht gezeigten Radführung zugeordneten Ende eine Auslenkung des oberen Endes des Luftfederkolbens 6 in Gegenrichtung entspricht, die zu einer Berührung der Balgwandteile 17 und 18 führen würde, wenn über die Abstützung des Luftfederkolbens 6 im Balgbereich gegen den Führungsring 15 eine entsprechend weitgehende Ver­ schwenkung des Luftfederkolbens 6 nicht verhindert würde. Die entsprechende Führung des Führungsringes 15 auf der Abstützhülse 22 und der Führungshülse 14 veranschaulicht Fig. 2, wobei die Abstützhülse 22 bei Ausfederung des Luftfederbeins 1 die Gegenführung für den Führungsring 15 bildet, und die Führungshülse 14 im Bereich von Federwegen um die Konstruktionslage und bei zunehmender Einfederung. Fig. 2 veranschaulicht weiter, daß das Einziehen der Abstützhülse 22 bzw. der Führungshülse 14 in ihren einander zugewandten Endbereichen zu einer Vergleichmäßigung des Überganges führt und der Aufrechterhaltung der Führung auch im Übergangs­ bereich dient.
Durch die Erfindung wird somit ein Luftfederbein geschaffen, daß toleranzunempfindlich ist, bei dem auch bei extremer seitlicher Auslenkung des Luftfederbeins kein Balgscheuern eintritt und das sich insgesamt, gerade auch im Bereich des Luftfederkopfes und des Federbalges durch eine schlanke Bauweise auszeichnet.
Um das Eindringen von Schmutz in den Balgbereich und Schädigungen des Balges 4 zu verhindern, ist der Luftfeder­ kolben 6 über einen Faltenbalg 27 geschützt, der ausgehend vom kardanisch elastisch gehaltenen Ende des Luftfederkolbens 5 an die Außenführung 3 anschließt.

Claims (19)

1. Luftfederbein für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen mit einem gegen die Fahrzeugkarosserie abgestützten Luftfederkopf und einer diesem zugeordneten Außenführung für einen Luftfederbalg, dessen Innenführung durch einen Luftfeder­ kolben gebildet ist, der einen mit seiner Kolbenstange im Bereich des Luftfederkopfes karosserieseitig abgestützten Dämpfer umschließt und im Bereich seines vom Luftfederkopf abgelegenen Endes gegen das den Dämpferkolben aufnehmende Dämpferrohr dichtend abgestützt ist, das mit der Radführung der Radaufhängung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Luftfederkolbens (6) zum Dämpferrohr (9) kardanisch beweglich ist und der Luftfederkolben (6) im Bereich seines balgseitigen Endes gegen eine zum Luftfederkopf (2) feststehende Führung (Führungshülse 14) axial verschieblich radial abstützbar ist.
2. Luftfederbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung durch eine die Kolbenstange (12) des Dämpferkolbens (11) umgebende Führungshülse (14) gebildet ist.
3. Luftfederbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (14) auf einen nach innen vorspringenden Ringbund (13) des Luftfederkopfes (2) aufgepresst ist, in dem das Ende der Kolbenstange (12) elastisch gehalten und abgestützt ist.
4. Luftfederbein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung des Luftfederkolbens (6) gegenüber der Führung (Führungshülse 14, Abstützhülse 22) durch einen die Führung (Führungshülse 14, Abstützhülse 22) mit Spiel umschließenden Führungsring (15) gebildet ist.
5. Luftfederbein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring (15) durch einen Gleitring gebildet ist.
6. Luftfederbein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitring (Führungsring 15) als Kunststoffring ausgebildet ist.
7. Luftfederbein nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitring (Führungsring 15) innerhalb des oberen Endbereiches des Luftfederkolbens (6) liegt.
8. Luftfederbein nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der Gleitring (Führungsring 15) in den oberen Endbereich des Luftfederkolbens (6) einklipsbar ist.
9. Luftfederbein nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitring (Führungsring 15) in der Konstruktionslage des Luftfederbeines (1) in axialer Überdeckung zur Führungshülse (14) liegt.
10. Luftfederbein nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenstange (12) eine als Verlängerung zur Führungshülse (14) wirkende Abstützhülse (22) zugeordnet ist.
11. Luftfederbein nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützhülse (22) anschließend an die Führungshülse (14) vorgesehen ist.
12. Luftfederbein nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (14) im Übergang auf die Abstützhülse (22) im Durchmesser verjüngt ist.
13. Luftfederbein nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützhülse (22) ausgehend von ihrem der Führungshülse (14) benachbarten Ende einen sich im Durchmesser aufweitenden Übergangsbereich (Endbereich 26) aufweist.
14. Luftfederbein nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützhülse (22) an ihrem der Führungshülse (14) zugewandten Ende geschlossen und als Aufnahme für einen den Federweg der Kolbenstange (12) begrenzenden Anschlagpuffer (23) ausgebildet ist.
15. Luftfederbein nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der als Spiel zwischen Führungshülse (14) und Führungsring (15) vorgesehene Ringspalt eine kleinere Spaltweite aufweist als der im Bereich der Führungshülse (14) durch Außenführung (3) und Innenführung (5) bestimmte Spalt zwischen den über diese abgestützten Wandteilen (17 und 18) des Luftfederbalges (4).
16. Luftfederbein nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der als Spiel zwischen Abstützhülse (22) und Führungsring (15) im Bereich der Abstützhülse (22) gegebene Radialabstand kleiner ist als der durch Außenführung (3) und Innenführung (5) im entsprechenden Federbereich bestimmte Abstand zwischen den über diese abgestützten Wandteilen (17, 18) des Luftfederbalges (4).
17. Luftfederbein nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Ringspaltes zwischen Führungshülse (14) bzw. Abstützhülse (22) und Führungsring (15) nahezu die Größe des Radialabstandes zwischen den entsprechenden Wandteilen (17, 18) des Luftfederbalges (4) erreicht.
18. Luftfederbein nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kardanisch bewegliche Verbindung des Luftfederkolbens (6) zum Dämpferrohr (9) durch ein elastisches Lager (Ringkörper 10) gebildet ist.
19. Luftfederbein nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Lager durch einen elastischen Ringkörper (10) gebildet ist.
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