Beschreibung

Luftfedereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Luftfedereinrichtung mit einem Luftfederbalg aus elastomerem Material, einem Luftfederdeckel und einem Luftfederkolben, wobei der im Betriebszustand im Wesentlichen freistehende Luft federbalg unter Ausbildung einer ersten Rollfalte mit seinem ersten Ende am Luftfederkolben und unter Ausbildung einer zweiten (Roll-)Falte am Luftfederdeckel mit seinem zweiten Ende luftdicht befestigt ist und zusammen mit dem Luftfederdeckel und dem Luftfederkolben eine volumenelastische Hohlkammer bildet, wobei die Luftfedereinrichtung eine hülsenförmige, den Luftfederbalg tangential umfassende Außenführung und mindestens einen innerhalb des Luftfederbalges angeordneten Innenspannring aufweist, wobei die Außenführung mit Hilfe des Innenspannringes an der Außenoberfläche des Luftfederbalges kraft- und/oder formschlüssig zu befestigen ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung eines Luftfederbalges für eine solche Luftfedereinrichtung.

Luftfedereinrichtungen, auch kurz Luftfedern genannt, die zwischen Fahrwerk und Karosserie eingespannt sind und die einen Luftfederbalg aufweisen, der wiederum zwischen einem z.B. fahrwerkseitigen Luftfederdeckel und einem karosserieseitigen Abrollkolben befestigt ist, sind in eine Vielzahl von Ausführungen bekannt. Die Luftfeder steht im Betrieb unter einem inneren überdruck. Der Luftfederbalg rollt unter Last und bei Federbewegungen unter Bildung einer Rollfalte auf der Außenkontur eines konzentrischen Bauteiles ab, üblicherweise auf dem Luft federkolben/ Abrollkolben. Eine derartige Luftfeder wird häufig in Straßen- oder Schienenfahrzeugen eingesetzt, um eine komfortable Federung zu erreichen. Die Luftfeder steht im Betrieb unter einem inneren überdruck.

Dabei existieren sowohl Luftfedern, bei denen der Luftfederbalg nur einseitig eine Rollfalte bildet, nämlich in der Regel auf dem Abrollkolben, oder Luft federn, bei denen der Rollbalg unter Bildung einer beidseitigen (Roll-)Falte zwischen Luftfederdeckel und Abrollkolben eingespannt ist. Luftfedern mit einseitiger Rollfalte sind oft in Pkw zu finden, während die oft größeren und tragfähigeren Luftfedern mit beidseitiger Rollfalte eher in LKW und Schienenfahrzeuge eingebaut werden.

Zur Steigerung eines komfortablen Federungsverhaltens und zur Reduktion des so genannten Harshness- Verhaltens sind zudem dünne, d.h. dünnwandige Rollbälge gewünscht. Der Fachmann versteht unter dem Begriff „Harshness" ein überlagertes, etwas raues, hartes Federungsverhalten bei Schwingungen höherer Frequenz und geringer Amplitude, das durch die Abhängigkeiten von den für Luftfeder- und Dämpfereinheiten gebräuchlichen Bauweisen, Materialien, Eigendämpfungen, Trägheiten etc. entsteht.

Um aber bei dünneren Rollbälgen eine genügende Tragfähigkeit des Gesamtsystems zu erreichen, werden die Rollbälge bzw. die Luftfedern oder -dämpfer mit so genannten Außenführungen zu versehen, nämlich mit einem den Rollbalg umgebenden rohrförmigen „Stützkorsett" oder Stützkörper. So lässt sich beispielsweise ein dünner Rollbalg mit einem dünnen Leichtmetallrohr als Stützkörper auf hohe Innendrücke und damit hohe Tragfähigkeiten bei gleichzeitig gutem Harshness -Verhalten optimieren.

Die Außenführungen sind so angeordnet, dass der Rollbalg einerseits an der Außenseite des Abrollkolbens und andererseits an der Innenoberfläche der Außenführung abrollen kann.

üblicherweise rollt also bei Luft federn mit Doppelfalte als auch bei solchen mit nur einer Falte der Luftfederbalg bei Federbewegungen unter Beibehaltung der Rollfalte im Wesentlichen auf der Außenkontur des Luftfederkolbens ab. Bei Luftfedern mit doppelter / beidseitiger Rollfalte wird ein Abrollen der am Luftfederdeckel befindliche Rollfalte an Deckelbauteilen durch eine entsprechende Formgebung des Deckels minimiert oder ganz

verhindert, damit eine stets definierte Lage der einzelnen Elemente der Luftfedereinrichtung gewährleistet ist.

In der Regel weisen diejenigen Luftfedern, bei denen der Luftfederbalg nur einseitig eine Rollfalte bildet, unterschiedliche Durchmesser in den unterschiedlichen

Befestigungsbereichen der Luftfeder am Luftfederdeckel und am Luftfederkolben auf. So ist z.B. der Luftfederbalg des in der DE 197 53 637 offenbarten Luftfedersystems an einem einen relativ großen Durchmesser aufweisenden Luftfederdeckel und unter Bildung nur einer Rollfalte an einem wesentlich kleineren Abrollkolben befestigt. Bei dieser Konstruktion ist leicht möglich, eine Außenführung in Form eine den Luftfederbalg umgebenden und außen abstützenden Hülse an dem größeren Durchmesse des Luftfederdeckels zu befestigen. Die Befestigung als solche ist einfach über Spannringe am festen Deckel zu erreichen und der große Durchmesser der Außenführung lässt genügend Platz für die Ausbildung der Rollfalte.

Wenn jedoch die Außenführung - beispielsweise bei einer doppelten Rollfalte - nur vom Luftfederbalg selbst gehalten werden muss, so gestaltet sich die Befestigung eher schwierig, insbesondere dann, wenn eine lange Lebensdauer gefordert wird. Lösungen, die eine Befestigung wie Kleben oder Vulkanisieren vorschlagen, sind zwar machbar, weisen jedoch nicht immer die gewünschte Dauerfestigkeit auf.

Die DE 298 23 508 Ul zeigt eine solche Befestigung und offenbart zum Kleben und Vulkanisieren auch noch die Alternativen des Einbördeins oder des Klemmens durch Aufweiten eines innen liegenden Klemmringes. Das dort beschriebene Aufweiten ist jedoch mangels näherer Spezifizierung wohl nur als theoretische Möglichkeit der

Befestigung anzusehen. Einerseits sind eine über den Umfang gleichmäßige Position und ein ausreichendes Ausmaß an Dehnung eines Klemmringes zur Montage kaum möglich, wenn ein Klemmring im noch unbelasteten Zustand des Luftfederbalges in letzteren eingelegt wird. Andererseits ist ein Einbringen eines Klemmringes in einen unter Innendruck bereits geweiteten Luft federbalg bisher noch nicht durchgeführt worden und vermutlich nur mit größtem Aufwand machbar.

Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, eine im Wesentlichen freistehende Luftfeder mit Doppelfalte und Außenführung bereitzustellen, bei der die Außenführung sicher, einfach und ohne hohen Montageaufwand zu befestigen ist und bei der Auslegung auf die Fahrzeuglebensdauer kein Probleme bereitet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.

Dabei ist der Außendurchmesser des Innenspannringes größer ist als der

Außendurchmesser des Luftfederbalgs im druckentlasteten Zustand und der Innenspannring erzeugt im drucklosen Luftfederbalg eine radial nach außen weisende umlaufende Ausbauchung, die im Wesentlichen mit dem Innendurchmesser der Außenführung korrespondiert. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, eine freistehende Luftfeder mit einer Außenführung/ Außenführungshülse sicher zu verbinden. Durch den dann bereits im Zuliefer- oder Montagezustand innerhalb des Luftfederbalges positionierten sowie durch die Rückstellkräfte des Luftfederbalges fixierten Innenspannring und durch die damit an einer Stelle des Rollbalges geschaffene feste Ringform/Kesselform lässt sich die Außenführung durch einfache Verfahren aufbringen, wie etwa aufschrumpfen, aufklemmen, thermoschrumpfen, kleben etc. Durch die feste Ringform ist auch die Haltbarkeit der Verbindung auf Lebensdauer gewährleistet.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Luftfederdeckel und der Luftfederkolben im jeweiligen Befestigungsbereich der Enden des Luftfederbalges einen im Wesentlichen gleichen Durchmesser aufweisen. Dadurch wird der Luftfederbalg auf einfache Weise für freistehende Luftfedern beliebiger Abmessungen nutzbar, insbesondere dann, wenn der Außendurchmesser des Innenspannringes größer ist als der Durchmesser der jeweiligen Befestigungsbereiche von Luftfederdeckel und Luftfederkolben.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Außenführung mit Hilfe eines stauch- oder spreizbaren Innenspannringes an der Außenoberfläche des

Luftfederbalges geklemmt ist. Damit lässt sich die Klemmwirkung, die erst durch die erfindungsgemäß mittels Innenspannring radial nach außen ausgebauchte Balgform ermöglicht wird, noch weiter verstärken.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Außendurchmesser des Innenspannringes mindestens 15 mm, vorzugsweise 20 mm größer ist als der Außendurchmesser des Luftfederbalges im Herstellungszustand. Die dabei erreichte Anbindung der Außenführung an den Luftfederbalg stellt eine sichere Befestigung bei gängigen PKW- und LKW-Rollbälgen in allen Fahrzuständen bereit.

Ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung eines mit einem Innenspannring versehenen Luftfederbalges für eine erfmdungsgemäße Luftfedereinrichtung besteht darin, dass der Luftfederbalg mit Hilfe eines Umschlag- Verfahrens mit dem Innenspannring versehen wird, wobei a) der Luftfederbalg auf einen im Wesentlichen zylindrischen Blähbalg anliegend und letzteren mindestens teilweise umhüllend aufgebracht und mit mindestens einem seiner Enden an zum Blähbalg gehörigen Endstücken luftdicht angeschlossen wird, wobei mindestens eines der Endstücke topfförmig den Blähbalg umgebend und mindestens eines der Endstücke des Blähbalges relativ zum anderen Endstück verfahrbar und Blähbalglänge verkürzend ausgebildet ist, b) der Blähbalg zur Aufweitung des anliegenden Luftfederbalges unter Innendruck gesetzt wird, c) die Endstücke bei aufgeblähtem Blähbalg bzw. Luftfederbalg soweit im Sinne einer Verkürzung der wirksamen Blähbalglänge bzw. einer Verkürzung des Abstandes zwischen den Endstücken zusammengefahren werden, dass ein Ende des

Blähbalges bzw. Luftfederbalges in Form einer Umschlagfalte über das topfförmige Ende umgebuckt/umgeschlagen wird, d) der Blähbalg unter teilweiser Rückführung der Verkürzung teilweise druckentlastet wird, wodurch die Aufweitung und der Umschlag des Blähbalges zurückgeführt werden, jedoch der Umschlag des Luftfederbalges erhalten bleibt,

e) der Innenspannring über dem Blähbalg und an der innerhalb des Luftfederbalges vorgesehenen Spannstelle positioniert wird, f) der Blähbalg vollständig druckentlastet und die Endstücke im Sinne einer Verlängerung der wirksamen Blähbalglänge auseinander gefahren werden g) der umgeschlagene Teil des Luftfederbalges unter Luftdruck gesetzt wird, wobei der Umschlag des Luftfederbalges zurückklappt und der in seinen Ausgangszustand / Herstellzustand zurückgeführte Luftfederbalg den Innenspannring unter Bildung einer radial nach außen weisenden umlaufenden Ausbauchung fixiert, wonach h) der Luftfederbalg vom Fertigungs-Dorn / von den Endstücken abgenommen wird.

Durch ein solches Verfahren ergibt sich die Möglichkeit, mit mindesten halbautomatischen Fertigungseinrichtungen und auf einfache Weise montagefertige Luftfederbälge zum Einsatz in den erfindungsgemäßen Luftfedereinrichtungen herzustellen.

Der Blähbalg kann dabei vorteilhafterweise einen längenveränderlichen Fertigungs-Dorn umhüllen, so dass die Menge an Druckmedium für das Aufblähen und Umschlagen reduziert wird.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass der Blähbalg in einem vorgegeben Blähzustand als Montageführung für den Innenspannringes dient. Damit erspart man sich separate Zufuhr- oder Führungseinrichtungen für das genaue Positionieren des Innenspannringes. Der Innenspannring fällt dann, geführt vom Blähbalg, bis auf den Innenumfang des Umschlages des Luftfederbalges, d.h. bis an die Spannstelle und wird beim Zurückklappen des Luftfederbalges fixiert.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Luftfedereinrichtung

Fig. 2 einen Luftfederbalg im drucklosen Einbauzustand/Montagezustand

Fig. 3 - 5 das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mit einem

Innenspannring versehenen Luftfederbalges in Form von Prinzipskizzen

Die Fig. 1 zeigt eine erfmdungsgemäße Luftfedereinrichtung 1, die einen hier unten angeordneten Luftfederdeckel 2, einen im oberen Teil angeordneten Luftfederkolben 3 und einen Luftfederbalg 4 aufweist. Der Luftfederbalg 4 ist von einer hülsenförmigen Außenführung 5 umschlossen. Der Luftfederkolben weist ein oberes Anschlussteil 6 auf zur Anbindung z. B. an eine Karosserie.

Der Luftfederdeckel 2 ist zweiteilig aufgebaut und weist einen Innenkonus 7 und ein Basisteil 8 auf, die durch eine Gummischicht 9 fest miteinander zusammenvulkanisiert sind.

Der Luftfederbalg 4 ist mit Klemmringen 10 jeweils auf Klemmsitzen 11 des Luftfederkolbens 3 und des Innenkonus 7 des Luftfederdeckels 2 luftdicht verpresst und bildet zwischen Luftfederkolben 3 und Luftfederdeckel 2 einen volumenelastischen Hohlraum 12, der mit einem überdruck beaufschlagbar ist. Dieser überdruck sorgt dafür, dass der Luftfederbalg 4 eine Rollfalte 13 und eine weitere Falte 14 bildet. Die Rollfalte 13 rollt bei axialen Relativbewegungen von Luftfederkolben 4 und Luftfederdeckel 2 auf dem Luftfederkolben ab. Bei der Falte 14 wird ein Abrollen am Luftfederdeckel durch eine entsprechende Formgebung des Deckels minimiert bzw. ganz verhindert. Dazu ist der Luftfederbalg 4 deckelseitig durch einen Formring 15 gestützt, so dass er nicht zu stark über den Luftfederdeckel 2 abrollt. Der überdruck im Hohlraum 12 presst außerdem den Luft federbalg 4 von Innen gegen die Außenführung 5. Der Luft federbalg 4 wird dadurch gestützt, so dass seine radiale Ausdehnung das durch die Außenführung 5 vorgegebene und die Federcharakteristik erheblich bestimmende Maß nicht überschreitet.

Die Luftfedereinrichtung 1 weist einen Innenspannring 16 aus Aluminium auf, mit dem die ebenfalls aus Aluminium bestehende hülsenförmige Außenführung 5 an dem Luftfederbalg 4 befestigt ist und diesen umgibt. Durch eine solche stabile Außenführung ist es möglich, einen relativ dünnen Balg zu verwenden, der ein gutes Harshness- Verhalten aufweist.

Die Fig. 2 zeigt einen Luftfederbalg 4 im drucklosen Einbauzustand/Montagezustand mit bereits eingebrachtem Innenspannring 16 im Prinzip. Der Außendurchmesser 17 des Innenspannringes 16 ist wesentlich größer ist als der Außendurchmesser 18 des Luftfederbalgs 4 im druckentlasteten Zustand. Der Innenspannring erzeugt somit im drucklosen Luftfederbalg eine radial nach außen weisende umlaufende Ausbauchung 19, die im Wesentlichen mit dem Innendurchmesser der später aufgebrachten Außenführung 5 korrespondiert.

Die Fig. 2 zeigt in Verbindung mit der Fig. 1, dass der Luftfederdeckel 2 und der

Luftfederkolben 3 im jeweiligen Befestigungsbereich oder Klemmsitz 11 für die Enden des Luftfederbalges 4 einen im Wesentlichen gleichen Durchmesser aufweisen, nämlich etwa den Außendurchmesser 18 des Luftfederbalgs 4 im druckentlasteten Zustand. Der Außendurchmesser 17 des Innenspannringes 16 ist dabei ebenfalls größer ist als der Durchmesser der jeweiligen Befestigungsbereiche.

Durch den nach der Montage angelegten überdruck im Hohlraum 12 und unter Last wird der Luftfederbalg 4 dann von der in Fig. 2 dargestellten Form unter Ausbildung der Rollfalten in die in der Fig.l dargestellte Form überführt und von Innen gegen die Außenführung 5 gepresst.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen anhand von Prinzipskizzen das erfmdungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mit einem Innenspannring versehenen Luftfederbalges für eine erfindungsgemäße Luftfedereinrichtung. Das Verfahren besteht, wie im Weiteren näher erläutert wird, darin, dass der Luftfederbalg mit Hilfe eines besonderen Umschlag- Verfahrens mit dem Innenspannring versehen wird.

Fig. 3 zeigt den Luftfederbalg 4, wie er auf einen im Wesentlichen zylindrischen Blähbalg 20 anliegend aufgebracht ist und letzteren an seinem unteren Ende umhüllt. Der Luft federbalg 4 wird dabei und mit seinem unteren Ende an dem unteren der zum Blähbalg 20 gehörigen Endstücke 21 und 22 luftdicht angeschlossen. Das untere Endstück 22

umgibt die Bälge, also Blähbalg 20 und aufgelegten Luftfederbalg 4 topfförmig mit einem Umschlagkragen 23.

Mindestens eines der Endstücke 21, 22 des Blähbalges ist relativ zum anderen Endstück verfahrbar, wodurch die Blähbalglänge bzw. der Abstand zwischen den Endstücken 21 und 22 während des Umschlagprozesses / Umbuckverfahrens verkürzt werden kann.

Fig. 4 zeigt nun, wie der Blähbalg 20 zur Aufweitung des anliegenden Luftfederbalges 4 unter Innendruck gesetzt ist und die Endstücke bei aufgeblähtem Blähbalg bzw. Luftfederbalg bereits unter Verkürzung des Abstandes zwischen den Endstücken 21 und 22 zusammengefahren sind. Dabei wird das untere Ende des Blähbalges 20 bzw. Luftfederbalges 4 in Form eines Umschlages 24 über das als Umschlagkragen 23 ausgebildete topfförmige Ende umgebuckt/umgeschlagen.

Danach wird der Blähbalg 20, wie Fig. 5 zeigt, unter teilweiser, nämlich fast vollständiger Rückführung der Verkürzung teilweise druckentlastet, wodurch die Aufweitung und der Umschlag des Blähbalges zurückgeführt werden. Der Umschlag 24 des Luftfederbalges 4 bleibt jedoch erhalten. In diesem Zustand wird der Innenspannring 16 von oben über den Blähbalg geschoben und an der innerhalb des Luftfederbalges vorgesehenen Spannstelle 25 positioniert.

Danach erfolgt ein weiterer, hier nicht näher dargestellter abschließender Schritt, bei dem der Blähbalg vollständig druckentlastet und in den in der Fig. 1 dargestellten Zustand zurückgefahren wird. Die Endstücke sind dann wieder vollständig auseinander und in ihren jeweiligen Endpunkt gefahren, der Blähbalg hat wieder seine maximale Länge.

Dann wird noch der umgeschlagene Teil des Luftfederbalges 4 mit Hilfe von innerhalb des Umschlagskragens verlaufenden und unter den Umschlag austretenden Luftkanälen unter Luftdruck gesetzt, wobei der Umschlag 24 des Luftfederbalges 4 zurückklappt und der in seinen Ausgangszustand / Montagezustand zurückgeführte Luftfederbalg 4 den Innenspannring unter Bildung einer radial nach außen weisenden umlaufenden

Ausbauchung 19 fixiert, wie in Fig. 2 gezeigt. Der Luftfederbalg wird dann vom Blähbalg / von den Endstücken abgenommen und dann mit der Außenführung 5 in die Luftfedereinrichtung 1 eingebaut.

Bezugszeichenliste

(Teil der Beschreibung)

1 Luftfedereinrichtung

2 Luftfederdeckel

3 Luft federko lben

4 Luftfederbalg

5 Außenführung

6 Anschussteil

7 Innenkonus

8 Basisteil

9 Gummischicht

10 Klemmring

11 Klemmsitz/Befestigungsbereich

12 Hohlraum

13 Rollfalte

14 Falte

15 Formring

16 Innenspannring

17 Außendurchmesser des Innenspannringes

18 Außendurchmesser des Luftfederbalges

19 Ausbauchung

20 Blähbalg

21 Endstück

22 Endstück

23 Umschlagkragen

24 Umschlag

25 Spannstelle