Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder-Schwingungsdämpferbaueinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Baueinheit ist beispielsweise aus der DE 199 59 839 Al bekannt. Dort ist eine Luftfeder kombiniert mit einem Schwingungsdämpfersystem beschrieben, bei der das zum Schwingungsdämpfersystem gehörende Zylinderrohr, in welchem der an eine Kolbenstange angeschlossene Kolben beweglich aufgenommen ist, mittels einer speziellen Dichtung gegen den Luftraum der Luftfeder abgedichtet ist, wobei die spezielle elastische Art der Abdichtung, geringe Bewegungen des Zylinderrohres abweichend von der üblichen Mittelsenkrechten gestattet.

Als nachteilig hat sich bei den bestehenden Konstruktionen erwiesen, dass die die karosserieseitige Baugruppe mit der fahrwerkseitigen Baugruppe verbindende Kolbenstange unter normalen Betriebsbedingungen auf Grund eventuell auftretender Versetzungen zwischen den angesprochenen Baugruppen oftmals Biegebeanspruchungen ausgesetzt ist, die auf Grund des an die Kolbenstange angeschlossenen Kolbens zu einer erhöhten Reibung im Zylinderrohr des Schwmgungsdämpfersystems und daraus resultierend zu einem schlechteren Ansprechverhalten des Schwingungsdämpfersystems fuhren.

Darüber hinaus sind im Stand der Technik konstruktive Lösungen bekannt, bei denen insbesondere bei hohen Federbeanspruchungen, bei denen der Luftraum der Luftfeder derart weit zusammengepresst wird, dass ein vorhandener fahrwerkseitiger Anschlag der Luftfeder an der gegenüber liegenden karosserieseitigen Baugruppe zur Anlage kommt, eine außen am Zylinderrohr des Schwingungsdämpfersystems angeordnete Lagerung des Zylinderrohres außerordentlich hohen Kräften ausgesetzt ist. Dies führt im Rahmen der üblichen Betriebssituationen in der Regel vorzeitig zu einer Beeinträchtigung bzw. zu einem Ausfall der aus dem Stand der Technik bekannten Luftfeder- Schwingungsdämpferbaueinheiten.

Ausgehend von diesen aus dem Stand der Technik bekannten Nachteilen ist es die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Luftfeder-Schwingungsdämpferbaueinheit so weiter zu entwickeln, dass auf Grund verbesserter Kraftübertragung innerhalb der Baueinheit die Lebensdauer derartiger Vorrichtungen signifikant erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird in Zusammenschau mit den gattungsbildenden Merkmalen durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 offenbarten technischen Merkmale gelöst.

Erfindungswesentlich dabei ist es, dass die Kolbenstange innerhalb des Zylinderrohres des Schwingungsdämpfersystems längs verschieblich mittels einer Schwenklageranordnung geführt ist, welche Winkelausschläge der Kolbenstangenlängsachse zur Mittellängsachse des Zylinderrohres ermöglicht, und dass zwischen Kolbenstange und Kolben ein Verbindungselement angeordnet ist, welches an Kolbenstange und Kolben mittels jeweils eines Kugelgelenkes festgelegt ist.

Die Verbindung von Schwenklageranordnung und dem zwischen Kolbenstange und Kolben vorhandenen Verbindungselement ermöglichen es, dass die Kolbenstange in Folge von Verlagerungen der fahrwerkseitigen Baugruppe, an welcher die Kolbenstange festgelegt ist, diesen Verlagerungen folgen kann, ohne auf Biegung beansprucht zu werden. Vielmehr führt die Verlagerung der fahrwerkseitigen Baugruppe zu einem Winkelausschlag der Kolbenstangenlängsachse in Relation zur Mittellängsachse des Zylinderrohres. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung lässt sich jedoch der an die Kolbenstange angeschlossene Kolben weiterhin leichtgängig innerhalb des Kolbens bewegen, so dass ein schnelles Ansprechverhalten des Schwingungsdämpfersystems gewährleistet ist. Darüber hinaus werden durch die erfindungsgemäße Konstruktion bei einem Endanschlag der fahrwerkseitigen Baugruppe an der karosserieseitigen Baugruppe in Folge eines starken Zusammenpressens des zwischen den Baugruppen befindlichen durch den Rollbalg begrenzten Luftvolumens innerhalb der Luftkammer die vom Fahrwerk in die Luftkammer-Schwingungsdämpferbaueinheit eingeleiteten Kräfte direkt übertragen, ohne dass die erfindungsgemäße Lagerung der Kolbenstange davon betroffen ist. Diese Tatsache ergibt sich durch die gegenüber dem Stand der Technik geänderte Lage der Schwenklageranordnung im Innern des zum Schwingungsdämpfersystem gehörenden Zylinderrohres.

Weitere spezielle Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Es hat sich als spezielle Ausgestaltungsvariante der Schwenklageranordnung insbesondere als vorteilhaft erwiesen, dass diese ein mit einer dem Kolbenstangenquerschnitt angepassten Durchgangsausnehmung versehenes Lagerinnenteil mit runder, im Querschnitt variierender Außenkontur in Form einer konvexen Außengestalt aufweist, welches von einem Lageraußenteil mit an die Außenkontur des Lagerinnenteils angepasster korrespondierender konkaver Innenausdehnung umschlossen ist. Diese spezielle Schwenklageranordnung, ähnlich eines Kugelhülsengelenkes, gewährleistet die leichte Verschwenkung der Kolbenstange aus der üblichen Mittellängsachse des Zylinderrohres, wobei gleichzeitig eine leichte Verschieblichkeit der Kolbenstange gewährleistet ist. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, zur zusätzlichen Herabsetzung von Reibungsverlusten das Lagerinnenteil der Schwenklageranordnung aus Kunststoff zu fertigen.

In der Durchgangsausnehmung des Lagerinnenteils zur Führung der Kolbenstange sind entsprechend einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ein oder mehrere Dichtungselemente angeordnet, welche eine Trennung der vom Rollbalg gebildeten Luftkammer vom Innenraum des Zylinderrohres gewährleisten. Diese Dichtungselemente lassen sich vorteilhafterweise als elastische Dichtungsringe ausbilden, welche in zwei umlaufenden, nutenförmigen Vertiefungen an der inneren Führungsfläche der Durchgangsausnehmung angeordnet sind.

Zusätzlich ist entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung zwischen Lagerinnenteil und Lageraußenteil der Schwenklageranordnung mindestens ein Dichtungselement angeordnet, welches ebenfalls als elastischer Dichtungsring ausgebildet sein kann, der in einer umlaufenden Nut der inneren Führungsfläche der konkaven Innenausnehmung des Lageraußenteils angeordnet ist.

Als zusätzliches Dichtungselement lässt sich darüber hinaus an dem der Luftkammer zugewandten Ende des Zylinderrohres des Schwingungsdämpfersystems die Durchgreiföffhung für die Kolbenstange mit einem Dichtungselement mit elastischen Dichtlippen versehen, wobei die elastischen Dichtlippen als umlaufende Anlageelemente an die Kolbenstangenoberfläche der Schwenkbewegung der Kolbenstange aus der Mittellängsachse des Zylinderrohres folgen können. Auf diese Weise wird das Zylinderrohr selbst bei größeren Verschwenkungen der Kolbenstange zuverlässig gegen die Luftkammer der Luftfeder-Schwingungsdämpferbaueinheit abgedichtet.

Entsprechend einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung kann die Kolbenstange an der zweiten fahrwerkseitigen Baugruppe in einer weiteren Schwenklageranordnung aufgenommen sein, welche kleine Winkelabweichungen der Kolbenstangenmittelachse senkrecht zur Befestigungsebene der fahrwerkseitigen Baugruppe ermöglicht.

Unter konstruktiven sowie unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten hat sich dabei als Schwenklageranordnung die Verwendung eines Kugelhülsengelenkes als vorteilhaft gezeigt.

Um den Schwenkwinkel der Kolbenstange in einer Bewegungsebene weiter zu vergrößern, kann es entsprechend einer weiteren besonderen Gestaltung vorteilhaft sein, das Schwingungsdämpfersystem mit seinen wesentlichen Bauelementen Zylinderrohr, Kolben und Schwenklageranordnung für die Kolbenstange mit ovalem Querschnitt auszubilden. Die größte Schwenkebene der Kolbenstange liegt in diesem Fall in der Querschnittsebene mit der größten Querschnittsausdehnung des ovalen bzw. ellipsenförmigen Zylinderrohres.

Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung unter Zuhilfenahme zweier Abbildungen näher beschrieben.

Es zeigt: Figur 1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Luftfeder- Schwingungsdämpferbaueinheit in Neutralstellung Figur 2 eine perspektivische Teilschnittdarstellung der Luftfeder- Schwingungsdämpferbaueinheit der Figur 1 in verschwenktem Zustand der Kolbenstange und in Anschlagstellung der fahrwerkseitigen Baugruppe an der karosserieseitigen Baugruppe Figur 3 eine Schnittbilddarstellung einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Luftfeder- Schwingungsdämpferbaueinheit in Neutralstellung und Figur 4 eine perspektivische Teilschnittdarstellung der Luftfederschwingungsdämpferbaueinheit der Figur 3 in verschwenktem Zustand der Kolbenstange und in Anschlagstellung der fahrwerkseitigen Baugruppe an der karosserieseitigen Baugruppe.

Die Figur 1 zeigt eine Luftfeder 1 als Baueinheit zusammen mit einem Schwingungsdämpfersystem 2. Die Luftfeder 1 besteht im Wesentlichen aus zwei gegeneinander bewegbaren Baugruppen, wobei die erste Baugruppe 5 karosserieseitig am Kraftfahrzeug festgelegt ist und ein Zylinderrohr 6 des Schwingungsdämpfersystems 2 aufiiimmt und einer fahrwerkseitigen Baugruppe 7, die beispielsweise an einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges festgelegt ist. Ein die beiden vorgenannten Baugruppen 5 und 7 miteinander dicht verbindender Rollbalg 4 lässt zwischen den Bauteilen eine volumenvariable Luftkammer 3 entstehen. Diese Luftkammer ist mit Druckluft gefüllt, welche das Federungsmedium der Luftfeder bildet. Die karosserieseitige Baugruppe 5 und die fahrwerkseitige Baugruppe 7 werden entsprechend der Figur 1 durch eine Kolbenstange 8 verbunden, die an ihrem unteren karosserieseitigen Ende mit einem Kolben 9 versehen ist, welcher in üblicher Weise innerhalb des Zylinderrohres 6 des Schwingungsdämpfersystems 2 translatorisch verschieblich gelagert ist. Zwischen dem Ende der Kolbenstange 8 und dem Kolben 9 befindet sich als ein erfindungswesentliches Merkmal der Luftfeder-Schwingungsdämpferbaueinheit ein Verbindungselement 10, welches an seinen beiden Enden jeweils ein Kugelgelenk 11 und ein Kugelgelenk 12 zur Anbindung an die Kolbenstange 8 bzw. den Kolben 9 aufweist.

Im oberen Bereich des Zylinderrohres 6, d.h. der fahrwerkseitigen Baugruppe 7 zugewandt, befindet sich eine Schwenklageranordnung 13 , durch welche die Kolbenstange 8 innerhalb des Zylinderrohres 6 bzw. innerhalb der karosserieseitigen Baugruppe 5 geführt ist. Die Schwenklageranordnung 13 besteht im Wesentlichen aus einem Lagerinnenteil 14 mit einer Durchgangsausnehmung 16, die in ihrem Querschnitt dem Kolbenstangenquerschnitt angepasst ist. Die Außenkontur des Lagerinnenteils 14 ist im Querschnitt kreisförmig ausgebildet, wobei die Querschnitte in Axiallängsrichtung der Kolbenstange 8 so variieren, dass sich die Form einer konvexen Außengestalt ergibt. Die Außenkontur des Lagerinnenteils 14 ist von einem Lageraußenteil 15 umgeben, welches eine an die Außenkontur des Lagerinnenteils 14 angepasste korrespondierende konkave Innenausnehmung 17 aufweist.

Die Gestaltung von Lagerinnenteil 14 und Lageraußenteil 15 ähnelt einem Kugelhülsengelenk und ermöglicht es in Kombination mit dem Verbindungselement 10 der Kolbenstange 8, Winkelausschläge zur Mittellängsachse 18 des Zylinderrohres 6 auszuführen. Diese Winkelauslenkung wird in üblichen Betriebszuständen der Luftfeder-Schwingungsdämpferbaueinheit immer dann herbeigeführt, wenn die üblicherweise übereinander in Deckung liegenden Befestigungsebene 19 der karosserieseitigen Baugruppe 5 und die Befestigungsebene 20 der fahrwerkseitigen Baugruppe 7 sich gegeneinander verlagern. Dies kann durch eine Parallelverschiebung der Befestigungsebene 19 und 20 geschehen oder durch eine Kippbewegung zueinander.

In der Figur 2 ist eine derartige Kippbewegung dargestellt, wobei zur besseren Veranschaulichung der innenliegenden Bauteile der Luftfeder-Schwingungsdämpferbaueinheit auf die Darstellung des Rollbalges 4 verzichtet worden ist. Darüber hinaus ist in der Figur 2 eine Betriebssituation dargestellt, in der die als Federelement wirkende Luftkammer 3 so weit zusammengepresst ist, dass ein an der Unterseite der fahrwerkseitigen Baugruppe 7 vorhandenes Anschlagelement 21 an einer an der Oberseite der karosserieseitigen Baugruppe 5 vorhandenen Anschlagplatte 22 zur Anlage kommt. Die von der fahrwerkseitigen Baugruppe 7 über das vorteilhafterweise aus elastischem Material gefertigte Anschlagelement 21 übertragenen Fahrwerkskräfte werden dabei direkt über die Anschlagplatte 22 in die karosserieseitige Baugruppe 5 eingeleitet. Eine Beanspruchung der Schwenklageranordnung ist damit ausgeschlossen.

Um größere Kippbewegungen der fahrwerkseitigen Baugruppe 7 bzw. deren Befestigungsebene auch gegenüber der Kolbenstange 8 zu ermöglichen, ist entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens den Figuren 1 und 2 zusätzlich zu entnehmen, dass die Kolbenstange 8 in ihrem oberen Befestigungsbereich an der fahrwerkseitigen Baugruppe 7 in einer zusätzlichen Schwenklageranordnung 23 aufgenommen ist. Die Schwenklageranordnung 23 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kugelhülsengelenk ausgebildet und ermöglicht eine zusätzliche Kippbewegung eines zur fahrwerkseitigen Baugruppe 7 gehörenden Befestigungselementes 24 relativ zur Kolbenstange 8. Natürlich sind auch andere Schwenklageranordnungen denkbar.

Der Figur 2 ist ergänzend die maximale Winkelauslenkung der Kolbenstange 8 relativ zur Mittellängsachse des Zylinderrohres 6 zu entnehmen. Das Verbindungselement 10 ermöglicht hierbei, wie dies anschaulich der Figur 2 zu entnehmen ist, auf Grund der Kugelgelenke 11 und 12 eine problemlose Verbindung der Kolbenstange 8 zum Kolben 9.

Der Darstellung - insbesondere der Figur 1 - im Bereich der Schwenklageranordnung 13 zeigt darüber hinaus, dass sich in der Durchgangsausnehmung 16 des Lagerinnenteiles 14 zwei umlaufende nutenförmige Vertiefungen befinden, in der jeweils ein ringsförmiges Dichtungselement, beispielsweise in Form eines elastischen O-Ringes angeordnet ist. Die in den Nuten befindlichen Dichtungselemente dienen der Abdichtung des Spaltes zwischen Schwenklageranordnung 13 und Kolbenstange 8. Darüber hinaus ist der Spalt zwischen Lagerinnenteil 14 und Lageraußenteil 15 mittels eines Dichtungselementes 27 gegen die Luftkammer 3 der Luftfeder-Schwingungsdämpferbaueinheit abgedichtet. Das Dichtungselement 27 ist analog den vorher besprochenen Dichtungselementen in einer Nut 28 angeordnet, die umlaufend an der inneren Führungsfläche der konkaven Innenausnehmung 17 des Lageraußenteils 15 befindlich ist.

Darüber hinaus ist die Luftkammer 3 gegenüber der Schwenklageranordnung 13 im Bereich der Durchgreiföffhung 29 an der Oberseite des Zylinderrohres 6 mittels eines weiteren Dichtungselementes 30 abgeschottet. Das Dichtungselement 30 weist dabei elastische Dichtlippen auf, die als umlaufende Anlageelemente an die Kolbenstangenoberfläche der möglichen Schwenkbewegung der Kolbenstange 8 aus der Mittellängsachse 18 des Zylinderrohres 6 folgen können.

Die Darstellung der Figuren 3 und 4 stellt eine weitere Ausgestaltungsvariante des Gegenstandes der Erfindung dar, die in wesentlichen Elementen der karosserieseitigen Baugruppe 5 sowie der fahrwerkseitigen Baugruppe 7 dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Es wird deshalb an dieser Stelle darauf verzichtet, noch einmal im Einzelnen auf die übereinstimmenden Bauelemente beider Varianten einzugehen. Die in den Figuren 3 und 4 verwendeten Bezugsziffern entsprechen denjenigen der anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Bauelemente der erfmdungsgemäßen Luftfeder-Schwingungsdämpferbaueinheit.

Wesentlicher Unterschied der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsvariante bildet die Tatsache, dass die wesentlichen Elemente des Schwingungsdämpfersystem, nämlich das Zylinderrohr 6, der Kolben 9 sowie die Schwenklageranordnung 13 im Querschnitt nicht rund, sondern oval bzw. ellipsenfÖrmig ausgestaltet sind. Durch die neuartige Querschnittsgestaltung wird die Schwenkbewegung der Kolbenstange 8 in einer Ebene gegenüber einer runden Querschnittsgestaltung des Zylinderrohres 6 und des Kolbens 9 zusätzlich vergrößert. Diese Schwenkebene liegt im Bereich der größten Querschnittsausdehnung des elliptischen bzw. ovalen Querschnitts des Zylinderrohres. Der Darstellung der Figur 3 ist dabei zu entnehmen, dass sich die Querschnittsabmaße des Zylinderrohres 6 zusammen mit dem darin befindlichen Kolben 9 im unteren Bereich der karosserieseitigen Baugruppe 5 zusätzlich erweitern. Dieses bildet eine nochmalige Vergrößerung des Schwenkbereiches der Kolbenstange 8.

In der Darstellung der Figur 4 ist die Kolbenstange zusammen mit der fahrwerkseitigen Baugruppe in ihrer maximalen Auslenkbewegung innerhalb der oben angesprochenen Schwenkebene im Bereich der größten Querschnittsausdehnung des nunmehr oval ausgebildeten Zylinderrohres dargestellt. Die übrige Ausgestaltung des Ausfuhrungsbeispieles der Figur 4 entspricht im Wesentlichen der bereits in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante, so dass an dieser Stelle auf eine weitere detaillierte Erläuterung verzichtet wird.

Die beschriebene erfindungsgemäße Gestaltung inklusive der weiterfuhrenden speziellen Ausführungsmerkmale bietet in ihrer Gesamtheit die Gewähr, dass auf Grund der möglichen Winkelbeweglichkeit der Kolbenstange ein leichtes Ansprechen des Schwingungsdämpfersystems 2 gegeben ist. Darüber hinaus bildet die Luftfeder-Schwingungsdämpferbaueinheit mit ihren kompakten Abmaßen und ihrer konstruktionstechnisch übersichtlichen Gestaltung die Möglichkeit, im Kraftfahrzeugbereich vielfältig für unterschiedliche Anforderungen eingesetzt werden zu können. Bezugszeichenliste

1. Luftfeder 2. S chwingungsdämpfersy stem 3. Luftkammer 4. Rollbalg 5. karosserieseitige Baugruppe 6. Zylinderrohr 7. fahrwerkseitige Baugruppe 8. Kolbenstange 9. Kolben 10. Verbindungselement 11. Kugelgelenk 12. Kugelgelenk 13. S chwenklageranordnung 14. Lagerinnenteil 15. Lageraußenteil 16. Durchgangsausnehmung 17. Innenausnehmung 18. Mittellängsachse 19. Befestigungsebene 20. Befestigungsebene 21. Anschlagelement 22. Anschlagplatte 23. Schwenklageranordnung 24. Befestigungselement 27. Dichtungselement 28. Nut 29. Durchgreiföffnung 30. Dichtungselement