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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft Luftfedern und insbesondere die Klemmanordnung,
welche eine nachgiebige elastomere Hülle an einem Endglied der Luftfeder
abdichtend anbringt. Noch genauer betrifft die Erfindung eine Kombination
von Gesenkring- und Endgliedabdichtungsflächen, bei welcher der Gesenkring die
aggressiveren Klemmrippen und -nuten aufweist als das Endglied,
um das Risiko, Lecks im Innenmantel der Luftfederhülle zu erzeugen,
zu reduzieren.
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2. HINTERGRUNDINFORMATION
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Pneumatische
Federn, gewöhnlich
als Luftfedern bezeichnet, sind seit einigen Jahren für verschiedene
Verwendungen einschließlich
Motorfahrzeuge genutzt worden, um einen Puffer zwischen beweglichen
Teilen des Fahrzeugs oder anderen Arten von Ausstattung bereitzustellen,
hauptsächlich,
um Stoßbelastungen
zu absorbieren, welche den Fahrzeugachsen durch die Räder, die
an einen Gegenstand auf der Straße stoßen oder in eine Vertiefung fallen,
aufgeprägt
werden. Die Luftfeder besteht gewöhnlich aus einer biegsamen
elastomeren Hülle oder
einem Balg, welche bzw. welcher einen Vorrat eines komprimierten
Fluids enthält
und einen oder mehrere an der biegsamen Hülle angebrachten Kolben aufweist.
Der Kolben verursacht eine Kompression und eine Expansion des Fluids
in der Hülle, wenn
sich die Hülle
zusammenpresst und ausdehnt, wenn das Fahrzeug einen Stoß von der
Straße
erfährt.
Die Federhülle
ist aus einem biegsamen elastomeren Material ausgebildet, welches
eine axiale Bewegung des Kolbens bezüglich eines anderen Kolbens
oder Endglieds, welcher bzw. welches in gegenüberliegenden Enden der Hülle befestigt
ist, gestattet.
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Die
Enden der Hüllen
sind abdichtend mit dem Kolben und/oder dem gegenüberliegenden
Endglied verbunden und dies ist immer einer der wichtigen und hauptsächli chen
Gesichtspunkte bei der Herstellung einer wirksamen und wartungsfreien Luftfeder.
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Viele
dieser abdichtenden Verbindungen werden durch einen Gesenk- oder
Klemmring und ein Endglied vorgesehen, von welchen beide eine Mehrzahl
von ineinandergreifenden Rippen und Nuten aufweisen, welche Quetschflächen zwischen
diesen bereitstellen, um das elastomere Material und den inneren
Verstärkungsstoff
der Hülle
dazwischen sicher festzuklemmen. Bisher haben sich bei diesen Klemmverbindungen
die aggressiveren Klemmrippen und benachbarten Nuten in Eingriff
mit dem Innenmantel der Luftfederhülle befunden, während sich
die weniger aggressiven Klemmrippen und Nuten in Eingriff mit der
Außenhülle der
Luftfederhülle befinden.
Obwohl sich diese Arten von Klemm- oder Gesenkringverbindungen als
zufriedenstellend erwiesen haben, können dadurch Probleme auftreten, dass
der Innenmantel die Luftfederhülle
durch die verhältnismäßig aggressive
Konfiguration des Klemmglieds, sei es der Gesenkring und/oder das Endglied,
eingequetscht oder geschnitten werden kann, was zu einem Verlust
von Luft und Druck in der Luftfeder führen kann.
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Die
Druckschrift US-A-5 374 037 zeigt die Merkmale des Oberbegriffs
von Anspruch 1.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Luftfeder mit den Merkmalen von
Anspruch 1 bereit. Folglich sind bei der Klemmanordnung die aggressiveren Klemmvorsprünge und
Nuten, welche zur höheren Spannungskonzentration
führen,
mit der Außenhülle die
Luftfederhülle
in Eingriff, wobei sich ein weniger aggressives Klemmmuster in Eingriff
mit dem Innenmantel befindet, um das Risiko einer Beschädigung des
Innenmantels der Hülle
zu reduzieren, welche die hauptsächliche
fluidundurchlässige
Schicht ist, die das energieabsorbierende Fluid in der Luftfeder zurückhält.
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Ein
anderes Merkmal der Erfindung ist es, die Klemmfläche des
Gesenkrings mit wenigstens zwei sich radial erstreckenden Rippen
zu versehen, welche eine größere radiale
Länge und
einen engeren Krümmungsradius
als die dazu ausgerichteten konkaven Nuten, die an der Abdichtungsfläche des Luftfederendglieds
ausgebildet sind, aufweisen.
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Ein
vorteilhaftes Merkmal eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist es, die aggressiveren sich radial erstreckenden
Gesenkringrippen mit einer Länge
zu versehen, welche näherungsweise zweimal
die Tiefe der dazu ausgerichteten Ausnehmungen in dem Endglied ist,
und benachbarte Nuten im Gesenkring mit einer Tiefe von näherungsweise zweimal
die radiale Länge
der dazu ausgerichteten weniger aggressiven Rippen, welche an der
Abdichtungsfläche
des Endglieds ausgebildet sind, zu versehen.
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Ein
vorteilhaftes Merkmal eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist es, an dem Endglied einen sich radial erstreckenden
Absatz vorzusehen, welcher die axiale Bewegung des Gesenkrings während eines
Betriebs der Luftfeder begrenzt.
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Ein
anderer Vorteil der Erfindung ist es, sowohl die Klemmfläche des
Gesenkrings als auch die Klemmfläche
des Endglieds mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen und benachbarten Ausnehmungen
zu versehen, deren Anzahl verändert
werden kann, um die gewünschte
Klemmkraft in Abhängigkeit
vom in der Luftfederhülle
enthaltenen Innendruck bereitzustellen.
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Die
Vorteile, die Ausgestaltung und der Betrieb der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen
leicht ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine seitliche Perspektivansicht der in einer Luftfeder enthaltenen
verbesserten Klemmanordnung mit weggebrochenen Abschnitten und im Querschnitt;
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des Gesenkrings;
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3 ist
eine Draufsicht von 2;
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4 ist
eine vergrößerte unvollständige Querschnittsansicht,
welche den Gesenkring zeigt, der ein Ende der elastomeren Hülle gegen
die Abdichtungsfläche
des Kolbens festhält;
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5 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des Gesenkrings;
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6 ist
eine vergrößerte unvollständige Querschnittsansicht
der Abdichtungsfläche
des Kolbens;
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7 ist
eine vergrößerte unvollständige Querschnittsansicht,
welche eine abgewandelte Klemmanordnung zeigt; und
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8 ist
eine vergrößerte unvollständige Querschnittsansicht,
welche eine weitere abgewandelte Klemmanordnung zeigt.
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Überall in
den Zeichnungen beziehen sich ähnliche
Bezugsziffern auf ähnliche
Teile.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
verbesserte Klemmanordnung der vorliegenden Erfindung ist an einer
allgemein bei 1 gezeigten Luftfeder verwendet gezeigt, welche in 1 in einer
Ruhestellung gezeigt ist. Eine Luftfeder 1 weist ein herkömmliches
Kolbenelement 2 und eine Endkappe 3 auf, welche
dazu ausgestaltet sind, mit beabstandeten Elementen 4 bzw. 5 verbunden
zu werden, z. B. dem Rahmen und Abschnitten eines Fahrzeugaufhängungssystems.
Endglieder 2 und 3 können verschiedene Konfigurationen
aufweisen ohne das Konzept der Erfindung zu beeinträchtigen.
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Eine
aus einem elastomeren Material 8 ausgebildete und Verstärkungsstoffe 9 (4)
enthaltende biegsame Hülle 7 ist
mit einem Paar offener Enden 11 bzw. 12 ausgebildet,
welche durch Gesenkringe 14 bzw. 15 der verbesserten
Klemmanordnung der vorliegenden Erfindung abdichtend festgeklemmt
sind, um eine innere fluiddichte Kammer 16 auszubilden.
Die Hülle 7 kann
auf verschiedene Arten hergestellt sein, wobei ein herkömmlicher
Aufbau vier (nicht gezeigte) separate Schichten aufweist, welche
aus einer äußeren Oberflächenschicht,
einer Innenmantelschicht und zwei dazwischenliegenden geglätteten Lagen,
welche die Verstärkungsstoffe 9 enthalten,
besteht. Ähnlich
kann die Hülle 7 mit
nur einem offenen Ende ausgebildet sein. Der bei 18 angezeigte
Innenmantel ist aus einer elastomeren Zusammensetzung ausgebildet,
welche luftundurchlässig
ist, um die Ausströmung
des inneren Fluids aus der Luftfeder zu verhindern. Die äußere Lage,
welche eine Außenoberfläche 19 bereitstellt,
kann aus einem Material sein, welches die größte Abrasionsbeständigkeit
im Vergleich zu den anderen Schichten, die die Hülle 7 ausbilden, gewährleistet.
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4, 7 und 8 zeigen
verschiedene Ausführungsbeispiele
der Erfindung zum Festklemmen des offenen Endes 12 der
Hülle 7 am
Kolben 2. Jedoch wird derselbe Aufbau und dasselbe Abdichtungsverfahren
zur Abdichtung des offenen Endes 11 mit dem Endglied 3 verwendet. Ähnlich können die
Gesenkringe 14 und 15 ähnlich sein, und deswegen ist
nur der Gesenkring 15 in 2, 3, 5 und 6 detailliert
gezeigt und unten erläutert.
Ebenfalls kann nur eines der offenen Enden der biegsamen Hülle mit
der verbesserten Klemmanordnung der vorliegenden Erfindung abgedichtet
sein, obwohl für
die meisten Anwendungen beide offenen Enden eine ähnliche
Klemmanordnung verwenden werden.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
der verbesserten Klemmanordnung ist in 2–6 gezeigt und
weist einen Gesenkring 15 auf, welcher eine sich allgemein
axial erstreckende flache Außenoberfläche 21 und
eine allgemein bei 22 angezeigte, sich axial erstreckende
innere Klemmfläche
aufweist, wobei die Flächen
durch obere und untere ringförmige,
relativ flache Flächen 23 und 24 verbunden
sind. In Übereinstimmung
mit einem der Merkmale der Erfindung weist die innere Klemmfläche 22 eine
zentral angeordnete sich radial erstreckende Klemmrippe 25,
zwei sich radial erstreckende, im Allgemeinen konkave Ausnehmungen 26 und 27,
welche an beiden Seiten der zentralen Klemmrippe 25 gefunden werden
können,
und ein Paar von Endklemmrippen 29 bzw. 30, welche
von der zentralen Klemmrippe 25 durch die Ausnehmungen 26 bzw. 27 gleich
und axial beabstandet sind, auf. Wie in 5 gezeigt,
weist die zentrale Klemmrippe 25 eine im Allgemeinen glatte, konvex
gekrümmte
Außenfläche 32 mit
einem Krümmungsradius
R und einer sich radial erstreckenden Länge L auf.
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Die
radiale Länge
L ist zwischen einer im Allgemeinen flachen Bodenfläche 34 der
Ausnehmungen 26 und dem Scheitelpunkt der zentralen Klemmrippe 25 definiert.
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Eine
sich axial erstreckende Klemmfläche 37 ist,
wie insbesondere in 4 und 6 gezeigt,
an dem Kolben 2 vorgesehen und ist radial zur Klemmfläche 22 des
Rings 15 ausgerichtet. Die Fläche 37 ist mit drei
axial beabstandeten konkaven Ausnehmungen 38, 39 und 40 ausgebildet,
von denen jede eine im Allgemeinen glatte konkav gekrümmte Bodenwand 41 aufweist.
Die Ausnehmungen 38, 39 und 40 weisen
eine Tiefe L1 auf, welche zwischen den Radien
der Ausnehmung und dem Scheitelpunkt der zwei sich radial erstreckenden
Klemmrippen 43 und 44 definiert ist. Die Klemmrippe 43 trennt
die Ausnehmung 38 von der Ausnehmung 39, während die Klemmrippe 44 die
Ausnehmung 39 von der Ausnehmung 40 trennt. Die
Klemmrippen 43 bzw. 44 weisen im Allgemeinen glatte
konvexe Außenflächen 47 bzw. 48 auf,
welche mit einem durch einen Radius R1 definierten
Krümmungsradius
ausgebildet sind und eine durch die Tiefe L1 der
benachbarten konkaven Ausnehmungen definierte radiale Länge aufweisen.
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In Übereinstimmung
mit einem anderen der Hauptmerkmale der Erfindung ist die radiale
Länge L der
Rippe 25 des Gesenkrings 15 größer als die Tiefe L1 der radial ausgerichteten Ausnehmung 39,
wie in 4-6 gezeigt. Ähnlich ist der Krümmungsradius
R der Klemmrippe 25 kleiner als der Krümmungsradius R2 der
axial ausgerichteten Ausnehmung 39. Ähnlich sind die Radien R1 der Klemmrippen 43 und 44 des
Kolbens 2 größer als
der vom Radius R von Rippe 25 und werden eine kürzere radiale
Länge L1 aufweisen. Diese Beziehung gewährleistet,
dass die weniger aggressiven Klemmrippen und Ausnehmungen des Kolbens 2 mit
der Innenoberfläche
oder dem Innenmantel 18 der Hülle 7 in Eingriff
sind, und die aggressivere Anordnung von Klemmrippen und Ausnehmungen
an der Klemmfläche
des Gesenkrings 15 mit der Außenoberfläche 19 der Hülle 7 in
Eingriff ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die bei
L gekennzeichnete radiale Länge
der Klemmrippe 25 näherungsweise
zweimal die radial Länge
L1 der benachbarten Klemmrippen 43 und 44 des
Kolbens 2.
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Ähnlich sind,
wie in 4 gezeigt, im endgültig zusammengebauten festgeklemmten
Zustand drei hauptsächliche
Quetschflächen 50, 51 bzw. 52 zwischen
den Klemmrippen 29, 25 bzw. 30 und den Ausnehmungen 38, 39 bzw. 40 ausgebildet.
Wiederum ist das Hauptmerkmal, dass der schärfere oder engere Krümmungsradius
und die größeren radialen Längen der
Rippen an der Klemmfläche
des Gesenkrings 15 größer als
die entsprechenden Ausnehmungen und Klemmrippen an der Klemmfläche 37 des
Kolbens 2 ist. Dies gewährleistet,
dass die aggressiveren Klemmrippen mit der Außenoberfläche der elastomeren Hülle 7 in
Eingriff sind und dass die weniger aggressiven Abdichtungsteile
mit dem empfindlicheren Innenmantel 18 in Eingriff sind,
um ein Durchstechen desselben zu verhindern.
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Des
Weiteren ist es wünschenswert,
dass die Außenenden
der Klemmrippen des Gesenkrings und des Kolbens im Allgemeinen aufhören und,
wie in 4 gezeigt, in einem gemeinsamen Ring oder in einer
Ebene 55 liegen. Ebenfalls ist ein sich radial erstreckender
Absatz 45 am Kolben 2 ausgebildet, welcher das
Gesenkringende 24 anliegen lässt, um die axiale Bewegung
des Gesenkrings auf dem Kolben zu begrenzen.
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Eine
abgewandelte Klemmanordnung ist in 7 gezeigt.
Bei dieser Anordnung sind drei Klemmrippen 57, 58 und 59 an
der sich axial erstreckenden Klemmfläche 60 des Kolbens 2 ausgebildet, welche
ein Paar dazwischenliegender konkaver Ausnehmungen 62 und 63 und
zwei äußere Ausnehmungen 64 und 65 ausbilden.
Der Gesenkring 67 ist mit einem Paar dazwischenliegender
sich radial erstreckender Klemmrippen 69 bzw. 70 ausgebildet,
welches sich zu den Ausnehmungen 62 bzw. 63 ausrichten,
um ein Paar von Quetschflächen
zwischen diesen bereitzustellen. Drei Ausnehmungen 71, 72 bzw. 73 sind
in der inneren Klemmfläche
des Gesenkrings 67 benachbart zu den Klemmrippen 69 und 70 ausgebildet
und richten sich zu den Klemmrippen 57, 58 bzw. 59 an
der Klemmfläche 60 des
Kolbens 2 aus. In Übereinstimmung
mit dem Hauptmerkmal der Erfindung und wie in 7 deutlich
dargestellt, ist die radiale Länge
der Gesenkringrippen 69 und 70 wiederum größer als
die radiale Länge
der Rippen 57, 58 und 59 des Kolbens 2,
und die Tiefe der Gesenkringausnehmungen 71–73 ist
größer als
die Tiefe der Ausnehmungen 62–65 an der Abdichtungsfläche 60 des
Kolbens 2. Wiederum gewährleistet
diese Anordnung, dass sich die aggressivere Klemmfläche an dem
Gesenkring befindet, welcher mit der Außenoberfläche 19 der Hülle 7 in
Eingriff ist, und dass sich die weniger aggressive Klemmfläche des
Kolbens 2 in Eingriff mit der Innenoberfläche oder
dem Innenmantel 18 der Hülle 7 befindet. Im
Ausführungsbeispiel
von 7 sind die radialen Längen der Klemmrippen 69 und 70 und
die Tiefen der Ausnehmungen 71–73 näherungsweise
zweimal die radialen Längen der
Rippen 57–59 und
die Tiefen der Ausnehmungen 62–65 der Kolbenabdichtungsfläche 60.
Wie in 7 gezeigt, richten sich die äußeren gekrümmten Enden der Klemmrippen
des Gesenkrings und Kolbens ebenfalls bevorzugt zu einer gedachten
ringförmigen Fläche aus,
welche im Querschnitt durch eine Ebene 55 dargestellt wird.
Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel
kann die Endfläche 24 des
Gesenkrings 67 wiederum an einem radialen Absatz 45 des Kolbens 2 anliegen,
um die axiale Bewegung des Gesenkrings 67 auf dem Kolben 2 zu
begrenzen.
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Ein
anderes Ausführungsbeispiel
einer Klemmanordnung ist in 8 gezeigt
und ist im Allgemeinen ähnlich
zu dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel,
wobei der Hauptunterschied ist, dass die in einer Abdichtungsfläche 75 des
Kolbens 2 ausgebildeten dazwischenliegenden Ausnehmungen 62 und 63 in
im Allgemeinen ringförmige,
sich axial erstreckende Flächen 77 und 78 enden,
welche im Querschnitt flach sind, wie in 8 gezeigt.
Diese Flächen
richten sich zu zwei äußersten
axial beabstandeten Rippen 80 und 81 des Gesenkrings 67 aus.
Wiederum ist das weniger aggressive Klemmmuster am Kolben 2,
welcher im Eingriff mit dem Innenmantel 18 ist, wobei das
aggressivere Klemmmuster des Klemmrings 67 im Eingriff
mit der Außenoberfläche 19 der
Hülle 7 ist.
Die Außenenden
der dazwischenliegenden Vorsprünge 69 und 70 liegen axial
auf einem gemeinsamen Ring 55 mit den ringförmigen Flächen 77 und 78 des
Kolbens 2. Auch ist der Krümmungsradius der Rippe 58 weniger
aggressiv, d. h. sie hat einen glatteren und größeren Krümmungsradius als die äußeren gekrümmten Flächen der
dazwischenliegenden Klemmrippen 69 und 70 des
Gesenkrings 67.
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Entsprechend
ist bei der verbesserten Luftfeder und insbesondere bei der Klemmanordnung
für dieselbe
die aggressivere Klemmfläche
im Eingriff mit der Außenoberfläche der
biegsamen Hülle,
während
die weniger aggressive Klemmfläche
im Eingriff mit dem Innenmantel der Hülle ist. Man sieht leicht, dass
für bestimmte
Anwendungen und Anordnungen das aggressivere Muster an der Kolbenklemmfläche und/oder
der Klemmfläche
der Endkappe anstelle des Gesenkrings ausgebildet sein könnte, solange die
aggressivere Klemmfläche
in Eingriff mit der Außenoberfläche der
Luftfederhülle
ist und die weniger aggressive Klemmfläche in Eingriff mit der Innenoberfläche oder
dem Innenmantel der Hülle
ist. Noch einmal sei erwähnt,
dass die obige Beschreibung und die Zeichnungen die Klemmfläche des
Kolbens und den zugehörigen
Gesenkring betreffen. Jedoch betrifft dieselbe Ausgestaltung die
Klemmfläche
des Endglieds 3 und seines Gesenkrings 14.
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Daher
stellt die verbesserte Luftfeder und die Klemmanordnung derselben
eine wirksame, sichere, billige und leistungsfähige Klemmanordnung bereit, welche
die aufgezählten
Aufgaben löst,
gewährleistet,
dass die bei früheren
Klemmanordnungen auftretenden Schwierigkeiten beseitigt werden,
Probleme löst
und neue Ergebnisse in der Technik erhält und insbesondere eine verbesserte
Klemmanordnung zur Abdichtung der offenen Enden der biegsamen Hülle an dem
Kolben und/oder Endglied einer Luftfeder bereitstellt.
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Während die
Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben worden sind, ist die Erfindung nicht hierauf
beschränkt.
Die Ansprüche
der Erfindung folgen.