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Dokumentenidentifikation DE3909916A1 27.09.1990
Titel Radaufhängung für luftgefederte Fahrzeuge
Anmelder Continental Aktiengesellschaft, 3000 Hannover, DE;
Mercedes-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, DE
Erfinder Gawinski, Hubertus, Dipl.-Ing., 3160 Lehrte, DE;
Drescher, Gunter, Dipl.-Ing., 3000 Hannover, DE;
Schneider, Eckhard, Dipl.-Ing. Dr., 3160 Lehrte, DE;
Cerny, Paul, Dipl.-Ing., 3003 Ronnenberg, DE;
Wenzel, Detlef, Dipl.-Ing., 3008 Garbsen, DE;
Maßmann, Carsten, Dipl.-Ing., 3000 Hannover, DE;
Thurow, Gerhard, Dipl.-Ing., 3008 Garbsen, DE;
Wallentowitz, Henning, Dipl.-Ing. Dr., 8311 Buch, DE
DE-Anmeldedatum 25.03.1989
DE-Aktenzeichen 3909916
Offenlegungstag 27.09.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.09.1990
IPC-Hauptklasse B60G 11/26
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine Radaufhängung für luftgefederte Fahrzeuge mit mindestens einem hohlen, als Schweißkonstruktion ausgeführten, radführenden Teil sowie mit einem Balg, der sein Volumen beim Einfedern verkleinert und einen damit verbundenen Lufttank, der sein Volumen beim Einfedern im wesentlichen beibehält.
Um in besonders preiswerter und platzsparender Weise das Zusatzvolumen einer Luftfederung im Fahrzeug unterzubringen, wird vorgeschlagen, daß das radführende Teil geschlossen und innen zumindest im Bereich seiner Schweißnähte mit einer Dichtschicht ausgekleidet ist, daß der Innenraum des radführenden Teiles mit dem Balg pneumatisch verbunden ist und daß der Innenraum des radführenden Teiles als Lufttank genutzt ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radaufhängung für luftgefederte Fahrzeuge mit mindestens einem hohlen, als Schweißkonstruktion ausgeführten, radführenden Teil sowie mit einem Balg, der sein Volumen beim Einfedern verkleinert und einen damit verbundenen Lufttank, der sein Volumen beim Einfedern im wesentlichen beibehält. Solche Radaufhängungen sind bekannt. Die Unterteilung des Gesamtluftvolumen in ein sich veränderndes Volumen eines Balges und in ein konstantes Volumen eines Zusatztankes dient in erster Linie der Beeinflussung der Federkennlinie. Durch die Volumenabstimmung aufeinander wird die Steilheit der statischen Kennlinie eingestellt; desto größer das konstante Zusatzvolumen im Verhältnis zu dem sich verändernden Volumen ist, desto flacher ist die Kennlinie. Durch die Dimensionierung der Drosselstelle zwischen beiden Volumina wird die Hysterese zwischen Ein- und Ausfedern beeinflußt.

Während Luftfederungen im Schienenfahrzeugbau und im Nutzfahrzeugbau große Marktanteile beherrschen, haben sich bislang Luftfederungen im PKW-Bau nicht durchsetzen können. Dies liegt nicht nur am zusätzlich erforderlichen Luftkompressor, sondern auch an der Schwierigkeit, sowohl mit geringem Aufwand als auch mit geringem zusätzlichem Platzerfordernis Zusatzvolumina im PKW unterzubringen. Die Anforderungen an die Preiswürdigkeit und die Bauraumausnutzung sind im PKW-Bau schärfer als im Nutzfahrzeugbau.

Es stellt sich die Aufgabe, in besonders preiswerter und platzsparender Weise das Zusatzvolumen einer Luftfederung im Fahrzeug unterzubringen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das radführende Teil geschlossen und innen zumindest im Bereich seiner Schweißnähte mit einer Dichtschicht ausgekleidet ist, daß der Innenraum des radführenden Teiles mit dem Balg pneumatisch verbunden ist und, daß der Innenraum des radführenden Teiles als Lufttank genutzt ist. Die Erfindung nutzt den Umstand aus, daß aus Gründen des Leichtbaus in den Radführungen hochwertiger Fahrzeuge hohle Bauteile eingesetzt werden. Solche radführenden Teile können einzelne Lenker sein oder auch ein kompletter Achskörper. Während solche hohlen radführenden Teile bislang als Zusatzvolumen infolge der undichten Schweißnähte untauglich waren, wird durch die erfindungsgemäße Dichtschicht die erforderliche Dichtigkeit erreicht. Da bislang jeder Zusatztank eine erhebliche zusätzliche Masse bedeutete, kam vor der Erfindung nur eine Anordnung des Zusatzvolumens als gefederte Masse des Fahrzeuges in Frage. Demgegenüber ist der Massezuwachs durch einen Zusatztank gemäß der Erfindung vernachlässigbar, weshalb hier der Luftzusatztank als ungefederte Masse angeordnet werden kann. Die Anordnung des Luftzusatztanks als ungefederte Masse und die gelehrte Integration des Luftzusatztanks in ohnehin erforderliche Bauteile reduziert den zusätzlich erforderlichen Bauraum für eine Luftfederung gegenüber konventioneller mechanischer Federung praktisch auf Null. Die Erfindung überwindet damit die entscheidende Hürde, die bislang eine Luftfederung für PKW verhindert hat.

Vorzugsweise besteht die Dichtschicht aus einem Thermoplasten oder einer Mischung von Thermoplasten. Es empfiehlt sich, daß der Thermoplast oder die Mischung von Thermoplasten im heißen Zustand klebrig ist. Unter Anwendung eines geeigneten Verfahrens wird dadurch die Haftung zwischen der dichtenden Thermoplastschicht und der Innenseite des aus Stahl gefertigtem radführenden Teiles ermöglicht. Die großflächige Haftung verhindert Korrosionsnester.

Die erfindungsgemäße Dichtschicht kann auch aus einer Gummimischung bestehen. Zwar ist die Verarbeitung von Kautschuk generell aufwendiger als die von Thermoplasten, dafür kann aber ein besonders günstiges Kriechverhalten und Alterungsbeständigkeit erzielt werden. Die verwendeten Gummimischungen sind vorzugsweise wenig gefüllt, wodurch eine gute Anpassung der Dichtschicht an das Stahlteil erzeugt wird. Um Härteänderungen durch Weichmacherdiffusion vorzubeugen, enthalten Gummimischungen für diesen Zweck vorzugsweise keine Weichmacher.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Radaufhängung beschrieben, wobei deren Dichtschicht aus einem Thermoplasten oder einer Mischung von Thermoplasten oder einer Gummimischung besteht. Nach diesem Verfahren wird zunächst ein flexibler, strumpfartiger Behälter gebildet, der strumpfartige Behälter dann durch eine offene Stirnseite in das rohrähnliche radführende Teil eingesetzt, dann der strumpfartige Behälter an dem Ende, wo das radführende Teil schließlich verschlossen wird, vor diesem Verschließen nach innen gekrempelt, nach Einkrempeln und Einsetzen des strumpfartigen Behälters wird das radführende Teil durch Aufschweißung eines Stirnbleches verschlossen, nach hinreichender Abkühlung der verschließenden Schweißnaht wird der strumpfartige Behälter durch Aufblasen wieder entkrempelt und füllt den Innenraum des radführenden Teiles vollständig aus, wobei durch ein kleines Loch im hohlen radführenden Teil die Entlüftung zwischen der Außenwandung des strumpfartigen Behälters und der Innenwandung des radführenden Teiles bewirkt wird. Als Loch reicht bei einer durchgehenden Schweißnaht eine kurze Unterbrechung des Schweißstromes aus, bei punktgeschweißten Ausführungen ergeben sich zwangsläufig pneumatische Löcher.

Dieses Verfahren führt dann zu besonders guten Ergebnissen, wenn der lichte Querschnitt des abzudichtenden radführenden Teiles an keiner Stelle größer ist als die Öffnung, durch die der strumpfartige Behälter in das noch unverschlossene radführende Teil eingeführt wird. Dementsprechend sollte die Öffnung zur Einführung des strumpfartigen Behälters an der stärksten Stelle des radführenden Teiles liegen. Es empfiehlt sich weiterhin, dieses Verfahren nur für die Herstellung solcher radführenden Teile zu verwenden, die im wesentlichen gerade sind und nicht länger als etwa ein halber Meter. Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens ist der, daß die Dichtigkeit des strumpfartigen Behälters besonders leicht geprüft werden kann und es praktisch ausgeschlossen ist, daß die Dichtigkeit des strumpfartigen Behälters bei dessen Montage in das radführende Teil verlorengeht. Auf diese Weise kann die für den Einbau von konventionellen Federungen gewohnte Arbeitsteilung zwischen dem Automobilhersteller und seinem Zulieferer für Federungen weitgehend beibehalten werden; insbesondere braucht der Automobilhersteller die Dichtigkeit der als Zusatztanks dienenden radführenden Teile nicht selbst zu überprüfen sondern kann sich auf die Qualitätskontrolle seines Zulieferers für die strumpfartigen Behälter verlassen. Der Witz des Verfahrens ist, daß der hitzeempfindliche strumpfartige Behälter infolge seiner zwischenzeitlichen Zurückkrempelung von der Wärmeeinflußzone der abschließenden Schweißnaht nicht beeinträchtigt wird.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer Radaufhängung mit hohlem radführenden Teil, dessen Dichtschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff oder einer Mischung verschiedener thermoplastischer Kunststoffe oder aus einer Gummimischung bestehen soll, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein strumpfartiger Behälter aus flexiblem Polymer geformt und vorvernetzt wird, dieser strumpfartige Behälter dann in das noch unverschlossene radführende Teil eingezogen wird, das radführende Teil und der strumpfartige Behälter zur Haftung an die Innenwandung des radführendes Teiles gebracht wird. Dies gilt unabhängig davon, ob das radführende Teil durch Aufschraubung oder Einklebung eines Stirnverschlusses, was mangels Wärmeeinwirkung kein Ein- und Auskrempeln des strumpfartigen Behälters erforderlich macht, oder durch Aufschweißen eines Stirnbleches erfolgt. Wesentlich ist, daß das Polymer so weit vorvernetzt ist, daß der strumpfartige Behälter als Halbzeug zu handhaben ist und so wenig vorvernetzt ist, daß die Ausnutzung des noch zur Verfügung stehenden Restvernetzungsgrades für eine Haftung an der Innenwandung des radführenden Teiles ausreicht, um Kondenzwasser-Kavernen zu vermeiden.

Die Formgebung eines strumpfartigen Behälters kann gänzlich dadurch eingespart werden, daß das geschlossene radführende Teil nach Abschluß der Schweißarbeiten mit einer Schmelze, Emulsion oder Lösung gespült wird, die nach Erstarrung, Abtrocknung bzw. Aushärtung schließlich einen dichtenden Film hinterläßt, der an Stahl haftet. Dieses Formgebungsverfahren für die Dichtschicht wird im folgenden als freie Formgebung bezeichnet. Für die freie Formgebung eignen sich Schmelzen von thermoplastischen Kunststoffen aber auch von Metallen. Eine besonders korrosionsbeständige Radaufhängung wird dadurch erhalten, daß die Dichtschicht aus Zink besteht. Zur Herstellung einer Zinkdichtschicht im radführenden Teil wird vorzugsweise selbiges nach Abschluß der Schweißarbeiten auf eine Temperatur knapp über der Schmelztemperatur von Zink gebracht, das flüssige Zink durch den Anschlußstutzen eingefüllt und solange durch Schütteln oder Taumeln oder dergleichen gleichmäßig verteilt, während das radführende Teil wieder abgekühlt wird, bis sich die eingefüllte Zinkmenge an der Innenwand des radführenden Teiles niedergeschlagen hat. Das gleiche Verfahren bewährt sich sinngemäß auch bei der Verarbeitung von Thermoplastschmelzen, obwohl die dabei einzusetzenden Temperaturen naturgemäß geringer sind. Die freie Formgebung ist auch möglich mit lösungsmittelhaltigen Lacken und Kautschuklösungen, insbesondere mit Kautschuklösungen auf der Basis von EPDM-Kautschuken und /oder CR-Kautschuken. Zur Vermeidung umweltschädigender Lösungsmittel empfehlen sich wässerige Dispersionen von Silikonkautschuken.

Die Problematik der freien Formgebung mit Kunststoffen, Wasser- oder Lösungsmitteldämpfe abzuführen aus dem hohlen, radführenden Teil, wird dadurch verringert, daß die Emulsion oder Lösung Monomere enthält, die im Kontakt mit Luft polymerisieren. Vorzugsweise wird hierfür der Polymerisationstyp der Polyaddition gewählt. Auf diese Weise ist die erforderliche Abdampfungsmenge besonders gering.

Da die Erfindung sich insbesondere auf PKW bezieht, zeigen alle nachfolgenden Figuren Radaufhängungen, wie sie für PKW typisch sind.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Hinterachse für einen PKW in der Draufsicht,

Fig. 2 die gleiche Hinterachse mit Luftfederung in der Fahrzeugmitte durchgeschnitten und von der Seite gesehen und die

Fig. 3 einen Radlenker in perspektivischer Darstellung.

Die Fig. 1 zeigt für eine nichtangetriebene PKW-Hinterachse einen Achskörper 1 entsprechend dem Typ der sogenannten "Verbund-Lenkerachse", der sich über zwei Gelenke 2 an der nicht dargestellten Karosserie eines PKWs abstützt. An den nach hinten gekröpften Enden 3 des Achskörpers 1 sind innen je eine Lasche 4 zur Befestigung von nicht dargestellten Stoßdämpfern angeschweißt. An den Außenseiten der Enden 3 ist je eine Aufnahme 5 angeschweißt zur Befestigung der nicht dargestellten Bremsankerplatte und Radlager.

Die Fig. 2 zeigt den gleichen Achskörper 1 geschnitten entlang der Fahrzeugmittellinie. In beiden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Achskörper 1 ist im wesentlichen aus einem tiefgezogenen Unterblech 6 und einem ebenfalls tiefgezogenen Oberblech 7, die mittels Punktschweißung an den Abkantungen 8 miteinander verbunden sind, gebildet. Der so geschaffene Achskörper 1 ist ein allseitig geschlossener Hohlkörper.

Auf der Oberseite des Achskörpers 1 sind ebene Sitzflächen 9 angeordnet, auf denen Abrollkolben 10 aufgeschraubt sind. An diesen sind in üblicher Weise je ein Luftfeder-Rollbalg 11 luftdicht angeschlossen, die in der Fig. 2 samt der Karosserie in gestrichelter Linie angedeutet sind, in der Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht dargestellt sind. Der Rollbalg 11 ist mit dem Abrollkolben 10 und dieser wiederum mittels der Löcher 12 mit dem als Hohlkörper ausgebildeten Achskörper 1 pneumatisch direkt verbunden unter Vermeidung jeglicher Schlauchleitung. Je nach Ausbildung des Loches 12 ergibt sich eine zusätzliche Dämpfung der Achsschwingungen.

Achsausbildungen der gezeigten Art sind sehr rationell zu fertigen. Im Gegensatz zu den bekannten Ausbildungen kommt es bei Verwendung des Achsenhohlraumes als Zusatzvolumen für eine Luftfederung darauf an, daß der Hohlraum des Achskörpers 1 - natürlich mit Ausnahme der Verbindungslöcher 12 - luftdicht ist. Es hat sich als besonders wirkungsvoll und kostengünstig herausgestellt, die erforderliche Dichtung durch eine thermoplastische Dichtschicht 13, die im Inneren des Achskörpers 1 angeordnet ist, zu erreichen. Aufgrund der Abkantungen 8 in der Schweißzone ergeben sich im Inneren Kehlen 14, wo die Dichtschicht 13 besonders dick ausfällt. Der Erfolg dieser einfachen Lösung beruht darauf, daß sich besonders viel Dichtungsmaterial dort befindet, wo die zunächst undichten Spalten zwischen den Schweißpunkten abzudichten sind. Der Dichtfilm ist in diesem Beispiel aus Polyurethan gebildet, das in heißem, dünnflüssigen Zustand durch die Löcher 9 eingefüllt wurde und durch Schaukeln des Achskörpers verteilt wurde.

Die Fig. 3 zeigt perspektivisch, ungefähr in Fahrzeugrichtung gesehen einen hohlen Lenker, der als Schweißkonstruktion ausgeführt ist. Zwecks vereinfachter Analogie zu den vorherigen Figuren wird dieser Lenker im folgenden mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Der Lenker 1 ist mittels eines Gelenkes 2 an der nicht dargestellten Karosserie abgestützt. Hier ist erkennbar, daß nur ein Teilbereich des Lenkers als Zusatzvolumen ausgenutzt ist und, daß die entsprechenden Bleche nicht mittels Punktschweißung an Abkantungen sondern mittels durchlaufender Kehlnähte 15 verbunden sind. Es hat sich gezeigt, daß auch durchlaufende Schweißnähte - zumindest in der Qualität, wie sie im Großserienbau von PKW möglich ist - für die Benutzung an einem Lufttank nicht hinreichend dicht sind. Auch hier kommt die Erfindung vorteilhaft zum Einsatz.

Die Erfindung beinhaltet eine luftgefederte Radaufhängung vorzugsweise für PKW, die keinen größeren Bauraum erfordert als konventionelle mechanische Federungen, den gleichen Federkennlinienverlauf ermöglicht, preiswert zu erstellen ist und darüber hinaus eine Anpassung der Federkennlinie an den Beladungszustand ermöglicht, so daß die Verwendung dieses Aufhängungstypes in Großserien von PKW möglich ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Radaufhängung für luftgefederte Fahrzeuge mit mindestens einem hohlen, als Schweißkonstruktion ausgeführten, radführenden Teil (1) sowie mit einem Balg (11), der sein Volumen beim Einfedern verkleinert und einem damit verbundenen Lufttank, der sein Volumen beim Einfedern im wesentlichen beibehält, dadurch gekennzeichnet, daß das radführende Teil (1) geschlossen und innen zumindest im Bereich seiner Schweißnähte mit einer Dichtschicht (13) ausgekleidet ist, daß der Innenraum des radführenden Teiles (1) mit dem Balg pneumatisch verbunden ist und, daß der Innenraum des radführenden Teiles (1) als Lufttank genutzt ist.
  2. 2. Radaufhängung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschicht (13) aus einem Thermoplasten oder einer Mischung von Thermoplasten besteht.
  3. 3. Radaufhängung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschicht (13) aus einer Gummimischung besteht.
  4. 4. Radaufhängung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschicht (13) aus Zink besteht.
  5. 5. Radaufhängung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoplast oder die Mischung von Thermoplasten im heißen Zustand klebrig ist.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung einer Radaufhängung gemäß Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein flexibler, strumpfartiger Behälter gebildet wird, der strumpfartige Behälter dann durch eine offene Stirnseite in das rohrähnliche radführende Teil eingesetzt wird, daß der strumpfartige Behälter an dem Ende, wo das radführende Teil schließlich verschlossen wird, vor diesem Verschließen nach innen gekrempelt wird, daß nach Einkrempeln und Einsetzen des strumpfartigen Behälters das radführende Teil durch Aufschweißung eines Stirnbleches verschlossen wird und, daß nach hinreichender Abkühlung der verschließenden Schweißnaht der strumpfartige Behälter durch Aufblasen wieder entkrempelt wird und den Innenraum des radführenden Teiles vollständig ausfüllt, wobei durch ein kleines Loch im hohlen radführenden Teil die Entlüftung zwischen der Außenwandung des strumpfartigen Behälters und der Innenwandung des radführenden Teiles bewirkt wird.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung einer Radaufhängung gemäß Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß ein strumpfartiger Behälter aus flexiblem Polymer geformt und vorvernetzt wird, dieser strumpfartige Behälter dann in das noch unverschlossene radführende Teil eingezogen wird, das radführende Teil danach geschlossen wird und der strumpfartige Behälter zur Haftung an die Innenwandung des radführenden Teiles gebracht wird.
  8. 8. Verfahren zur Herstellung einer Radaufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das radführende Teil nach Abschluß der Schweißarbeiten auf eine Temperatur knapp über der Schmelztemperatur von Zink gebracht wird, daß flüssiges Zink durch den Anschlußstutzen eingefüllt und solange durch Schütteln oder Taumeln oder dergleichen gleichmäßig verteilt wird, während das radführende Teil wieder abgekühlt wird, bis sich die eingefüllte Zinkmenge an der Innenwand des radführenden Teiles niedergeschlagen hat.
  9. 9. Verfahren zur Herstellung einer Radaufhängung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene radführende Teil nach Abschluß der Schweißarbeiten mit einer Schmelze, Emulsion oder Lösung gespült wird, die nach Erstarrung Abtrocknung bzw. Aushärung schließlich einen dichtenden Film hinterläßt, der an Stahl haftet.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion oder Lösung Monomere enthält, die in Kontakt mit Luft polymerisieren.
  11. 11. Verfahren zur Herstellung einer Radaufhängung nach einem der Ansprüche 5, 6, 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach Verschließen des radführenden Teiles und Auftragen der Dichtschicht bzw. Einführung des strumpfartige Behälters heiße Luft durch den Anschlußstutzen eingefühlt wird, wobei deren Temperatur über der Zeit so gesteuert wird, daß Haftung zwischen der Dichtschicht bzw. dem strumpfartigen Behälter einerseits und dem radführenden Teil andererseits erzielt wird.
  12. 12. Radaufhängung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Fahrzeug um einen PKW handelt.






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