CN103328233B - 空气弹簧 - Google Patents

Abstract

提供一种用于支撑负载的空气弹簧（1），该空气弹簧（1）包括：用于在使用时保持加压气体的室（50）；布置成将在使用中来自于负载的力传输至保持在室（50）中的加压气体的负载支承表面（10）。重要的是，为了降低弹簧刚度，室（50）包含吸附性材料块（70）。还提供一种吸附性材料（70）的应用以实现降低空气弹簧（1）的弹簧刚度的目的，该空气弹簧包括气体支柱和充气轮。还提供一种通过使用吸附性材料以降低弹簧刚度来设计空气弹簧（1）的方法。

Description

空气弹簧

背景

技术领域

本发明涉及一种空气弹簧。特别地，本发明涉及一种用在车辆或工业应用中以支撑负载的空气弹簧，并且该空气弹簧包括气体支柱（气体支撑件，gas struts）和轮。

背景技术

空气弹簧由Firestone（RTM）在20世纪30年代末期开发，来作为用在车辆悬架系统中的更有效的弹簧或者隔振器。参见例如美国专利No.2,208,537，该专利通过引用结合于此。Airide（RTM）弹簧（被命名为Firestone（RTM）空气弹簧）提供用于悬架的装置，以减少传递到车辆中的道路冲击和振动的量。

在多年的实验和产品开发之后，于20世纪50年代早期开始生产空气弹簧公共汽车。空气弹簧在公共汽车应用中的成功引发了在卡车应用和拖车应用以及工业上的冲击与振动隔离的用途、和致动器用途中的兴趣。

因此，如今道路上的几乎所有公共汽车以及许多卡车和拖车均使用空气弹簧来行驶。空气弹簧在汽车应用以及还有工业应用中变得更加常见。

已知的是，在弹簧刚度及空气弹簧的自然频率与隔离效应之间存在直接的关系。

通常，弹簧刚度或者自然频率越低，则隔离器越好。

例如，在给定的压力下，双曲型空气弹簧通常具有比单曲型空气弹簧更低的弹簧刚度和自然频率。已知的是，通过添加辅助贮存器来降低空气弹簧的弹簧刚度和自然频率，并且因此增加空气弹簧的隔离效应。当然，在空气弹簧与贮存器之间必须存在自由的空气流，并且贮存器应当被安装得尽可能靠近空气弹簧。

使用贮存器是昂贵的、体积大的且沉重的，并且增加负载支承系统的维护成本。

本发明目的在于降低空气弹簧的弹簧刚度，同时缓解或消除已知技术的一个或多个上述缺点。

发明内容

根据本发明，提供如在所附权利要求中阐述的应用、方法和空气弹簧。通过从属权利要求以及随后的说明，本发明的其他特征将显而易见。

根据本发明，提供一种吸附性材料在用于支撑负载的空气弹簧中的应用，以降低弹簧刚度。在一个实施例中，还期望的是，使得弹簧刚度更为线性。

并且，提供一种设计空气弹簧的方法，该方法包括确定待放置到空气弹簧的负载支撑室中的吸附性材料的量，以在弹簧刚度方面实现期望的降低。

根据本发明，提供一种用于支撑负载的空气弹簧，该空气弹簧包括用于在使用时保持加压气体的室、布置成将在使用时来自负载的力传输至加压气体的负载支承表面，其特征在于，该室包含吸附性材料块以降低空气弹簧的弹簧刚度。

这里，术语“空气弹簧”包括空气弹簧、气体支柱以及无论是空气填充或是气体填充的充气轮。并且，术语“加压”是指处于大气压以上的压力下。术语“弹簧刚度”是指力相对弹簧的挠度曲线的梯度。

吸附性材料可包括粒状材料。

优选地，吸附性材料包括活性炭。优选地，活性炭具有超过1500m²/g的N2表面积。优选地，活性炭为以下可商业购得的类型中的一种：Chemviron（RTM）SRD10-054、SRD09-006以及SRD09-010。优选地，活性炭为Chemviron（RTM）SRD10-054。

在本发明的一个实施例中，活性炭块占据的室的容量等于空气弹簧的设计容量的0.2%与90%之间。优选地，活性炭块占据的室的容量等于空气弹簧的设计容量的以下范围中的一个：5%与75%之间、10%与50%之间、15%与40%之间、以及30%与40%之间。

这里，术语“设计容量”是指当空气弹簧设定在制造者建议的设计位置处时室的容量。

空气弹簧可包括阻挡件以包含吸附性材料，其中，该阻挡件允许吸附性材料与室的其余部分的流体连通。优选地，阻挡件是足够精细以致防止吸附性材料进入室的其余部分的丝网（gauze，纱布）、网或者过滤架。优选地，阻挡件为柔韧弹性膜，布置成允许气体进入和离开吸附性材料的净移动。

空气弹簧可包括位于吸附性材料与室的其余部分之间的一个或多个被限制的开口。这里，术语“被限制的开口”是指足够小以致形成对流体流的阻力，以在空气弹簧中引起阻尼。

优选地，室为加压的，并且负载支承表面附接至负载。优选地，室被加压至至少1barg（高于大气压100kPa）。优选地，室被加压至以下范围中的一个：1barg与10barg之间、2barg与8barg之间、3barg与6barg之间。

优选地，用空气对室进行加压。然而，在可替换的布置中，可用另一种气体对室进行加压，所述另一种气体例如为基本由二氧化碳组成的气体或者基本由氮气组成的气体。

在一个示例性实施例中，空气弹簧为可逆衬套空气弹簧（reversiblesleeve air spring，膜式空气弹簧）。优选地，活塞包含吸附性材料。在这种情况下，可提供活塞盖以包含吸附性材料但允许吸附性材料与室的其余部分之间的流体连通。为此，活塞盖可包括丝网或网或过滤架。优选地，活塞盖为柔韧弹性膜，布置成允许气体进入和离开吸附性材料的净移动。附加地或者可替换地，活塞盖为限定孔的孔板。优选地，孔通过基本上半球形的网而与吸附性材料分离。优选地，孔板包括孔铆钉，半球形网附接至孔铆钉。在该示例性实施例中，活塞优选地填充吸附性材料以占据空气弹簧的设计容量的大约三分之一。

在可逆衬套空气弹簧的一个相关示例性实施例中，波纹管套包括用于吸附性材料的壳体，并且吸附性材料包含在该壳体内。优选地，壳体布置成当空气弹簧完全压缩时占据波纹管套中余下的仅有的空间。在一个实例中，壳体是环形的并且附接至波纹管套、上卷边板、或者空气弹簧的波纹管套和上卷边板两者。优选地，壳体附接有弹性构件。在本示例性实施例中，吸附性材料占据多达空气弹簧的设计容量的三分之一，并且优选地占据空气弹簧的设计容量的大约15%。

在本发明的另一相关实施例中，如上所述，活塞和波纹管套两者均包含吸附性材料。

在一个示例性实施例中，空气弹簧为回转（回旋，convoluted）空气弹簧。优选地，空气弹簧包括缓冲件，并且该缓冲件包含吸附性材料。优选地，缓冲件包括丝网或网或过滤开口中的一个，以允许吸附性材料与室的其余部分之间的流体流。优选地，缓冲件包括限定螺旋槽缝的螺旋壁，该螺旋槽缝围绕缓冲件从顶部延伸至底部，因而形成中空缓冲件弹簧。优选地，中空缓冲件弹簧包括位于螺旋壁与吸附性材料之间的丝网或网或过滤阻挡件。

在一个示例性实施例中，空气弹簧为包括杆的气体支柱，并且吸附性材料的量附加地形成沿着气体支柱冲程的更为线性的弹簧刚度。优选地，吸附性材料包含在气体支柱的与杆相反的端部区段处。优选地，吸附性材料通过丝网或网或过滤架包含，以允许吸附性材料与室的其余部分之间的流体流。优选地，阻挡件为柔韧弹性膜，柔韧弹性膜布置成允许气体进入和离开吸附性气体的净移动。优选地，孔板包括布置成包含吸附性材料的孔。优选地，孔足够小以致形成对流体流的阻力，以在气体支柱中引起阻尼。

在一个示例性实施例中，空气弹簧为包括轮缘和轮胎的轮，并且吸附性材料的量降低弹簧刚度，以增强振动隔离。优选地，吸附性材料的量在室的20%与30%之间。优选地，在不阻碍轮胎面或轮胎壁的活动的情况下尽可能多地使用吸附性材料，但是通常期望为室的容量的大约30%，在本实施例中，室由轮缘和轮胎限定。优选地，吸附性材料包含在周边布置有室的区段中。优选地，吸附性材料邻近轮缘。优选地，网横跨轮缘，以将吸附性材料保持在位。优选地，吸附性材料保持在布壳体内。

在一个略微不同的实施例中，轮包括附接至轮缘的加强环，以在轮中压力为零时允许轮操作。吸附性材料包含在加强环内，并且加强环包括至少一个流动通路，以允许吸附性材料与室的其余部分之间的流体流。优选地，所述至少一个流动通路为孔，该孔足够小以致形成对流体流的阻力，以在轮中引起阻尼。优选地，加强环布置在区段中，并且所述至少一个流动通路布置在每个区段中。

附图说明

为了更好地理解本发明并且为了示出可如何实现示例性实施例，现在将对附图进行参照，附图中：

图1为可逆衬套空气弹簧的剖切立体图；

图2为根据本发明的第一实施例的可逆衬套空气弹簧的剖切立体图；

图3为根据本发明的第二实施例的可逆衬套空气弹簧的剖切立体图；

图4为回转空气弹簧的剖切立体图；

图5为根据本发明的第三实施例的回转空气弹簧的剖切立体图；

图6为根据本发明第四实施例将图2的可逆空气弹簧修改成具有孔板的剖切立体图；

图7为根据本发明的第五实施例的铆钉的剖切立体图；

图8为根据本发明的第六实施例的气体支柱的剖切立体图；

图9为根据本发明的第七实施例的轮的局部剖切立体图；

图10为根据本发明的第八实施例的漏气续行（run-flat）轮的剖切立体图；

图11示出了用以确定压力与注入到空的1升密封容器中和用活性炭填充一半的1升的密封容器中的摩尔量的关系的实验的结果；

图12示出了用以确定压力与注入到用三种活性炭填充一半的1升密封容器中的摩尔量的关系的实验的结果；以及

图13示出了用以确定空的密封容器和用活性炭填充一半的密封容器的弹簧刚度的实验的结果。

具体实施方式

现在描述本发明的多个实施例。首先，本发明应用于典型的空气弹簧。其次，本发明应用于气体支柱，并且最后应用于充气轮。出于解释和保护本发明的目的，将所有这些装置认为是空气弹簧。

图1示出了空气弹簧1，并且特别地示出了可逆衬套空气弹簧或滚动突耳（rolling lobe）空气弹簧。如为普通的空气弹簧设计者所知的，空气弹簧1包括上卷边板10、波纹管套20以及具有下表面（为了描述的简便，在此称为下卷边板40）的活塞30。由上卷边板10、波纹管套20和活塞30限定室50，并且该室通常包含加压空气以在使用时支撑负载。通常使用空气入口（未示出）将加压空气的源或者排气装置连接至室50，从而可控制室的内部压力以及空气弹簧的高度。空气弹簧的一个优点在于，其高度能够调节以适应特定的应用或者需求。通常经由相应的安装板（未示出）将负载（未示出）附接至上卷边板10或下卷边板40中的一个。活塞盖32将活塞30与室50隔开。

根据本发明，以这样的方式利用吸附性材料，即，使得空气弹簧1的弹簧刚度和自然频率降低。降低空气弹簧1的弹簧刚度和自然频率使空气弹簧1的隔离效应增强。在车辆应用中，实现更为平稳的行驶。在工业应用中，实现更好的振动屏蔽或隔离。在气体支柱应用中，实现更为线性的弹簧刚度。

特别地，将吸附性材料块放置在室50中，以便降低空气弹簧1的弹簧刚度和自然频率。吸附性材料以这样的方式布置在室50内，即，以便避免堵塞空气入口（未示出）并且避免不适当地阻碍或约束波纹管套20或空气弹簧1的任何移动部件的运动。

参照图2描述本发明的第一示例性实施例，图2示出了图1的可逆衬套空气弹簧的修改后的形式。这里，空气弹簧1具有布置成允许空气流动到活塞30中的流动通路60。室50被有效地细分成为两个子室52、54。第一子室52通常位于波纹管套20内并且具有在使用中改变的容量。第二子室54通常位于活塞30内并且具有固定的容量。为实现本发明，活塞30或第二子室54至少部分地填充有吸附性材料块70。

吸附性材料70的量应当选择成实现在弹簧刚度和自然频率方面期望的降低。在第一示例性实施例中，活塞30或第二子室54全部填充以吸附性材料。然而，占据活塞容量的5%到100%范围内的任何量的吸附性材料将带来改进。

在本文中，后面将给出关于吸附性材料因何降低空气弹簧1的弹簧刚度和自然频率的更多信息。

修改的活塞盖34用来将吸附性材料70包含在第二子室54中。修改的活塞盖34包括精细丝网部分或工业过滤织物部分，以允许空气在第一子室52与第二子室54之间的流体连通。

典型地，活塞容量（第二子室54）占据空气弹簧1的设计容量的大约三分之一。根据由本申请人得到的实验结果，在6barg的内部压力下，将活塞容量完全填充以吸附性材料导致弹簧刚度降低（或缓和）至空的空气弹簧1的弹簧刚度的三分之二。换言之，在6barg的压力下，将室50的大约三分之一填充以吸附性材料70导致弹簧刚度降低大约三分之一。为了使用已知技术来实现使弹簧刚度缓和三分之一，要求经由贮存器再次向室50中添加额外的一半容量。由于吸附性材料70的添加，在空气弹簧1的每个单元尺寸上改进了振动隔离。或者，以另一用方式来看本发明的贡献，可为了给定的目的而在实现相同的振动隔离的同时使用小得多的空气弹簧1。与传统空气弹簧相比，使用根据本发明的空气弹簧1的悬架系统可因此更好地执行或者可为更小的，并且可为更廉价的且可易于安装和维护。

本申请人还观察到弹簧刚度的缓和程度随着操作的频率增大而下降。例如，在1Hz和6barg下，观察到缓和的弹簧刚度为正常（即，当与不具有吸附性材料70的相同空气弹簧1相比时）的71%。在10Hz和6barg下，观察到77%的缓和的弹簧刚度。本申请人认为，吸附性材料70在弹簧刚度方面的作用的这种局限性是由吸附性材料70的吸附率的局限性导致的。

本申请人还观察到，弹簧刚度的缓和程度在较低压力下增大。例如，在0.5barg的内部压力下，观察到55%的缓和的弹簧刚度。

在测试和概念验证实验过程中，吸附性材料70为良好的活性炭，并且更特别地为Chemviron（RTM）SRD09-006、SRD09-010和SRD10-054。然而，本申请人认为任何吸附性材料70均可以是合适的。特别地，多孔吸附性材料被认为是合适的。例如，硅胶和沸石被认为是活性炭的可靠替代物。

为了抵消该缓和随着操作频率增大而降低的效果，本申请人已观察到，更细的炭颗粒（诸如炭粉末）具有比粒状活性炭快八倍的吸附率。

参照图3描述本发明的第二示例性实施例，图3示出了图1的可逆衬套空气弹簧1的修改后的形式。这里，与图2的第一示例性实施例不同，活塞30具有如在图1中所示的活塞盖32。

吸附性材料块不在活塞30中，而是吸附性材料块70保持在位于活塞30外部的室50中（图2的第一子室52），在本实例中，该室由上卷边板10、波纹管套20以及活塞30限定。包含吸附性材料70的壳体72以这样的方式放置在室50中，即，以便避免阻塞空气入口（未示出）并且避免不适当地阻碍或约束波纹管套20或空气弹簧1的任何移动部件的活动。

特别地，当空气弹簧1处于完全压缩的状态时，使用环形或环状壳体72来占据在波纹管套20中留空的基本上所有空间，尽管如此，壳体72可更小并且可为防止吸附性材料70被挤压（特别是当空气弹簧1用在纯轴向运动中时）的其他合适的形状。

使用松紧带（未示出）使壳体72在邻近上卷边板的内部表面22上附接至波纹管套20。然而，壳体72可附接至波纹管套的邻近于上卷边板10定位的下侧24，或者附接至上卷边板10自身，或者附接至波纹管套20和上卷边板10两者。

壳体72包括精细丝网或者工业过滤织物部分，以允许室50中的空气与壳体72内的吸附性材料流体连通。在本实例中，壳体72的整个面向室的表面由精细丝网或者工业过滤织物组成。对于降低较高频率下的弹簧刚度，这样的构造特别有用。这种有用性是因为较小或较精细的吸附性材料70能更有效地使用。特别地，吸附性材料70的厚度将是有限的，并且材料70的较大的表面面积将与室50内部的空气直接接触。本申请人已观察到，当气体循环进入和离开吸附性材料块70时，较小或较精细的吸附性材料70的高堆垛密度导致较大的压降，这意味着，形成最大有效厚度，并且在本示例性实施例中克服了该问题。

再次，吸附性材料70的量选择成，在空气弹簧1的物理限制性内，在弹簧刚度和自然频率方面实现期望的降低。在本实例中，活塞30具有扩展端（flared end，喇叭端）36，该扩展端在活塞的邻近下卷边板40的下端处从活塞30向外延展。扩展端36用于当波纹管套20在扩展端36行进时增大空气弹簧1的弹簧刚度，并且空气弹簧设计者在确定空气弹簧1中包含正确量的吸附性材料70时，必须将该因素考虑在内。

通过将室50填充以尽可能多的吸附性材料70，实现弹簧刚度和自然频率的更大降低。填充活塞30（图2）及使用壳体72（图3）两者实现弹簧刚度的更大降低。因此，可将在图2和图3中所示的本发明的第一实施例和第二实施例组合以增大吸附性材料70在空气弹簧1中的占有率。

这样的组合可导致空气弹簧1的炭含量在其设计高度上从空气弹簧1的全部容量的三分之一增大到大约三分之二。本申请人已观察到，在6barg的压力下实现50%的缓和的弹簧刚度。为了使用已知技术来实现这种改进，将有必要使用辅助贮存器来使空气弹簧容量加倍。

图4示出了回转空气弹簧1，并且特别地为三重回转型空气弹簧。再一次，如为空气弹簧的普通设计者所知的，空气弹簧1包括上卷边板10、波纹管套20、以及下卷边板40。在这种情况下，波纹管套20被两个环形箍24细分成为三个子波纹管套20a、20b、20c。室50由上卷边板10、波纹管套20和下卷边板40限定，并且通常包含加压空气以在使用中支撑负载。通常使用空气入口（未示出）将加压空气的源或者排气装置连接至室50，从而可控制室的内部压力。通常经由相应的安装板（未示出）将负载（未示出）附接至上卷边板10或下卷边板40中的一个。

另外，图4的空气弹簧1包括可选的缓冲件80，该缓冲件用于当空气弹簧1中不存在加压空气或气体时保护空气弹簧1。已知的缓冲件80由固态橡胶、塑料或者橡胶和织物材料制成。缓冲件80在室50内安装在下卷边板上。缓冲件在室50内占据已知为缓冲件容量的空间，并且导致空气弹簧1的弹簧刚度和自然频率增大。

参照图5描述本发明的第三示例性实施例，图5示出了图4的回转空气弹簧的修改后的形式。这里，空气弹簧1具有中空缓冲件80，该中空缓冲件至少部分地填充以吸附性材料块70。缓冲件80限定流动通路，该流动通路允许吸附性材料70与室50流体连通。再次，如参照之前的实施例所描述的，空气通路包括精细丝网、网或工业滤纸，以将吸附性材料70包含在缓冲件80中。在该特定示例性实施例中，缓冲件80包括限定槽缝的螺旋侧壁82，该槽缝沿着螺旋延伸以用作空气通路。侧壁由金属制成，并且也用作缓冲弹簧。网84包含吸附性材料70。

这样，空气弹簧1的弹簧刚度由于缓冲件80及吸附性材料70的添加而降低，并且振动隔离也得以改进。在本实施例中，缓冲件容量不大可能能够占据多达空气弹簧1的装配容量的三分之一。

参照图6描述本发明的第四示例性实施例，图6示出了图2的可逆衬套空气弹簧1的修改后的形式。仅描述第一示例性实施例与第四示例性实施例之间的差别。这里，空气弹簧1具有替代修改的活塞盖34的孔板62。孔板62限定孔64，该孔使得将吸附性材料与第一子室52分离所需的丝网或工业滤纸的量最少。换言之，流动通路60的面积是有限的。

可通过具有相对窄的孔64而进一步限制流动通路60的面积，以便在较高流速下产生足够的阻力，从而引起空气弹簧1中的阻尼。这样的阻尼能够使单个震动事件或者非常低频的震动事件的影响减弱、使震动变柔和、并且另外防止空气弹簧1降至最低点。由于通过吸附/解吸附而在吸附性材料中空气吸附的增加，吸附性材料70的存在被认为增大由孔6导致的阻尼作用。

通过位于孔板62的活塞侧上的可选的半球形网栅（未示出），防止孔64被吸附性70堵塞。

参照图7描述本发明的第五实施例，图7示出了孔铆钉66。孔铆钉66包括在本实施例中用作流动通路60的槽道（throat，狭道）67。槽道67连接至由丝网制成的基本上半球形的栅68。孔铆钉66装配到孔64中，该孔可预制在孔板62中或者可钻在或冲压在已有的活塞盖32中。特别地，孔铆钉头66由黄铜制成，但可由任何其他导热且尺寸相对恒定的材料制成。

第五实施例允许以更简单且标准化的方式在空气弹簧1中形成孔（或者槽道67）。这导致更快速的生产和更低的制造成本。

参照图8描述本发明的第六示例性实施例，图8示出了气体支柱100。这里，已从空气弹簧领域领会本发明性贡献并且将其应用在气体支柱领域中。气体支柱支撑负载并且具有弹簧刚度。理想的是，在一些应用中，弹簧刚度尽可能地低，或者尽可能地成线性。

参照图8，如为本领域技术人员所知的，气体支柱100包括本体110和杆120。杆120以轴向的方式移入和移出本体110，并且在本体110内柱塞122处终止。本体110在与杆120相反的端部处包括端部区段130，并且在邻近杆120的端部处包括密封件140。杆120经由密封件140而进入本体110。在端部区段130与密封件140之间具有密封的室150，在该室中，柱塞122布置成在沿着本体110的长度的轴向方向上移动。密封件140可为液体填充的并且防止包含在室150中的气体逸出。通常，该气体是加压的。

传统气体支柱具有比金属弹簧等同物更为线性的弹簧刚度。然而，由于被捕获在端部区段130中的空气压缩，弹簧刚度随着柱塞122接近端部区段130而增大（应当注意，柱塞122被设计成允许一些气体通过，但是随着杆行进到传统气体支柱的本体110中，杆将占据室150的容量的越来越大的比例，因此随着杆向内部行而使室150中的压力增大）。

根据第六实施例，端部区段130由吸附性材料170占据，从而降低气体支柱100的弹簧刚度。换言之，气体支柱100表现得比其真实长度更长。实际上，这意味着，在杆120和柱塞130的整个行程上，弹簧刚度能更为线性。以另一种方式来看该贡献，能通过物理上更小的气体支柱来获得相同的气体支柱性能。更小的气体支柱可为更短的，在该情况下，使用之前的冗余的冲程；或者可为更窄的，在该情况下，必需额外的容量以便补偿杆120占据的室150的容量。

在本实施例中，端部区段130还设置有用于包含吸附性材料170的孔板160。孔板160包括用于阻尼杆130和柱塞130的冲程的孔162。通过限制气体流进和流出被包含在端部区段130中的吸附性材料170来实现阻尼。

参照图9描述本发明的第七示例性实施例，图9示出了轮200的剖面图。这里，已从空气弹簧领域领会本发明性贡献并将其应用至充气轮的领域。轮支撑负载并且具有弹簧刚度。降低轮的弹簧刚度改进振动隔离。

参照图9，轮200包括通常布置成接收轮胎（未示出）的轮缘210。轮胎与轮缘210形成密封以形成室250，并且轮胎经由阀（未示出）而被填充以加压气体。轮的尺寸（包括由轮缘210与轮胎形成的室的大小和形状）以及轮胎空气压力和制造材料将确定轮200的弹簧刚度。例如，高性能汽车倾向于具有宽的低外形（low-profile，高度尺寸比较小）轮胎，该轮胎具有良好的操控特性，但是当与普通宽度和外形的轮胎相比时，该轮胎具有相对高的弹簧刚度。

根据本发明的第七实施例，提供包含在室250内的吸附性材料块270，以降低轮200的弹簧刚度。特别地，吸附性材料块270选择成在轮的弹簧刚度方面实现期望的降低。

具体地，在该第七示例性实施例中，吸附性材料块270在室250内被保持在插入件220中。插入件220包括网状部（webbing，幅片）230和一系列隔室240。隔室240被设计成抵靠轮缘210的面来装配，并且被设计成完全围绕轮缘210的圆周延伸。网状部230被设计成在轮胎抵靠轮缘210装配的位置的正下方的点处横过轮缘210装配，将隔室240限制在位。

隔室240由允许室250内的空气或气体与吸附性材料块之间流体连通的任何合适的材料制成。

吸附性材料在力导致轮胎容量被压缩时吸附轮胎内的空气，并且在轮胎松弛时将空气释放或解除吸附。该动作被认为降低了轮200的弹簧刚度，有利于更舒适的行驶。并且，当轮200的物理尺寸保持不变时，轮的操控特性维持。并且，能使用更小的轮来承担更大轮的工作。

在并未在附图中示出的第七实施例的修改后的形式中，能将活性炭270抵靠轮胎自身地保持在插入件220中，优选但非唯一地位于在使用中通常接触地面的轮胎面的内部上。这样，作用在活性炭块270上的离心力由轮胎面来抵抗。

参照图10描述本发明的第八实施例，图10示出了典型地用于拖车、卡车或越野车辆的漏气续行或零压续跑（zero-pressure）轮300的剖视图。

轮300包括轮缘310和轮胎320。另外，加强的聚氨酯支撑环330附接至轮缘310，使得环330向外轴向地延伸以在破胎或其他压力损失的情况下支撑轮胎320。该布置在本领域中是已知的。轮缘310和轮胎320限定室350，环330位于该室中。通常在本领域中，环330减少室350的空气持有容量，并且导致轮300的更高的弹簧刚度以及因此更为刚性的行驶。

第八示例性实施例将吸附性材料块370放置在室350中以降低弹簧刚度。特别地，吸附性材料370放置在环330或支撑壳体内。支撑壳体330布置成允许吸附性材料与室350之间经由至少一个流动通路360的流体连通，以允许室350内的空气或气体发生吸附或者解吸附。在本示例性实施例中，提供多个流动通路360，所述多个流动通路围绕支撑壳体330的外圆周而均匀地隔开。流动通路360为限制流入支撑壳体而待由吸附性材料370吸附的空气或气体的量的孔。这样，还可实现对任何震动的阻尼。

吸附材料370布置在每个均具有基本上梯形外形的区段340中。类似地，支撑壳体330布置在比区段340略大的对应区段332中。网372设置在吸附性材料372与每个流动通路360之间，以防止吸附性材料进入室350中。

第八示例性实施例的轮300通常用在其中仅有轮自身用作车辆的悬架的应用中，并且因此，尽管存在占据室350内的空间的支撑环330，本发明仍然可有利地形成更为柔性的行驶。

理论及测试结果

吸附性材料的特定形式（即活性炭）在给定压力下通过吸附而容纳多达其自身体积五倍的空气，并且能容纳多达其自身体积十二倍的二氧化碳。随着压力上升，气体分子吸附到活性炭颗粒表面，该活性炭颗粒每单位体积具有高的表面面积并且包含许多不同大小的孔。可以相信的是，当被吸附时，分子不再参与Brownian运动或者不再对空间中的压力做出贡献。

活性炭以几百种不同等级制造，最通常由煤、木头和椰子壳成。炭的活性越高，则每个颗粒的孔隙率越高并且密度越低。活性更高的炭通常越昂贵。活性炭在颗粒尺寸上也有一个范围，从几个毫米往下至精细粉末。据认为，颗粒越小，吸附速率越快。

在实验过程中（见图11），发现当将相同容量的空气泵入容器中时，在具有1升容量的密封容器内的压力由于活性炭的添加而显著降低。

例如，当容器的一半被填充006类型的活性炭时，每摩尔泵入室中的空气对应的压力增大显著地小于在室不包含活性炭时的情况。图11示出了使用气泵如上所述地进行的实验的结果，该气泵测得为每一抽吸动作运送0.0098摩尔的空气。大气压力为101858Pa，温度为291.015K并且湿度为64%。

由于容器50%的容量由“半固态”粒状材料占据，因此有些令人惊讶的是，与空的容器相比，注入的每摩尔气体导致的容器中的压力增加更小。例如，如果用水填充容器的一半，则可预见，与空的状态相比，注入的每摩尔气体导致的压力升高更大。

如上所述，存在不同种类的活性炭，这些活性炭中的每一种在颗粒尺寸和孔隙率上均不同。对三个活性炭种类（006、054和073）连续地进行测试，以确定在每种情况下是否观察到类似的效果。结果在图12中看到，图12示出，对于这些静态测试，活性炭006和073的性能类似。然而，炭054呈现为使得容器的有效空气容量的增加略大于其他两种活性炭。这可解释为，由于炭054相对于006和073的颗粒尺寸更小而导致更紧密的堆垛。

进行另一实验，以在添加吸附性材料（在该实例中为活性炭）和不添加吸附性材料的情况下测量密封容量的空气的弹簧刚度。将细颈瓶连接至玻璃缸体并且安装至振动台的底座。该台用于经由测力传感器使紧密装配的柱塞致动并在缸体内以4Hz的正弦运动进进出出，行程为大约20mm。本实验以空的细颈瓶进行，并且然后以部分地填充有活性炭颗粒的细颈瓶来进行。

在图13中示出了来自传感器的力的图表。

空的细颈瓶的测绘图显示，柱塞随着每个行程（上/下）而经历相当大的力（从左向右）。冲程和返回环路图表为本实验中由在缸体中的柱塞的限制导致的阻尼的结果，一些空气在柱塞的密封件周围逸出并且在玻璃缸体的柔软且略有弹性的安装支架中阻滞。该系统的弹簧刚度由图的梯度（见虚线）确定。

来自炭填充的细颈瓶的测绘图显示，弹簧刚度已显著缓和，如由随着每个冲程的较小的力梯度所示的。这与直觉是相反的，因为将该空间部分填充以材料理应导致弹簧刚度绷紧，而不是缓和。弹簧刚度的缓和在手动使缸体致动（特别是经过更长的冲程）时是非常显著的。

尽管已示出并描述了几个优选实施例，本领域技术人员应当认识到，在不背离如在所附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，可做出各种改变和修改。

Claims (21)

1.一种用于支撑负载的空气弹簧，所述空气弹簧包括：

室，用于在使用时保持加压空气，

负载支承表面，布置成将在使用中来自于负载的力传输至所述加压空气，

其特征在于：

所述室包含吸附性材料块，以降低所述空气弹簧的弹簧刚度，

并且所述空气弹簧进一步包括上卷边板、波纹管套和活塞，所述室包括第一子室和第二子室，所述第一子室位于所述波纹管套内并且具有在使用中改变的容量，所述第二子室通常位于所述活塞内并且具有固定的容量。

2.根据权利要求1所述的空气弹簧，其中，所述吸附性材料包括粒状材料。

3.根据权利要求1所述的空气弹簧，其中，所述吸附性材料包括活性炭。

4.根据权利要求3所述的空气弹簧，其中，所述活性炭具有超过1500m²/g的N2表面积。

5.根据权利要求3所述的空气弹簧，其中，所述活性炭为以下能商业购得的类型中的一种：Chemviron(RTM)SRD 10-054、SRD 09-006以及SRD 09-010。

6.根据权利要求5所述的空气弹簧，其中，所述活性炭为Chemviron(RTM)SRD 10-054。

7.根据前述权利要求1-6中任一项所述的空气弹簧，其中，所述吸附性材料块占据的所述室的容量等于所述空气弹簧的设计容量的以下范围：2％与95％之间。

8.根据权利要求7所述的空气弹簧，其中，所述吸附性材料块占据的所述室的容量等于所述空气弹簧的设计容量的以下范围：5％与75％之间。

9.根据权利要求7所述的空气弹簧，其中，所述吸附性材料块占据的所述室的容量等于所述空气弹簧的设计容量的以下范围：10％与50％之间。

10.根据权利要求7所述的空气弹簧，其中，所述吸附性材料块占据的所述室的容量等于所述空气弹簧的设计容量的以下范围：15％与40％之间。

11.根据权利要求7所述的空气弹簧，其中，所述吸附性材料块占据的所述室的容量等于所述空气弹簧的设计容量的以下范围：30％与40％之间。

12.根据前述权利要求1-6中任一项所述的空气弹簧，其中，所述空气弹簧包括阻挡件，所述阻挡件包含所述吸附性材料，并且所述阻挡件允许所述吸附性材料与所述室的其余部分之间的流体连通。

13.根据前述权利要求1-6中任一项所述的空气弹簧，其中，所述空气弹簧包括介于所述吸附性材料与所述室的其余部分之间的一个或多个被限制的开口。

14.根据前述权利要求1-6中任一项所述的空气弹簧，其中，所述室为加压的，并且所述负载支承表面附接至负载。

15.根据前述权利要求1-6中任一项所述的空气弹簧，其中，所述空气弹簧为可逆衬套空气弹簧。

16.根据权利要求15所述的空气弹簧，其中，所述活塞包含所述吸附性材料。

17.根据权利要求16所述的空气弹簧，其中，所述活塞填充有所述吸附性材料以占据所述空气弹簧的设计容量的三分之一。

18.根据权利要求15所述的空气弹簧，其中，提供活塞盖以包含所述吸附性材料并且允许所述吸附性材料与所述室的其余部分之间的流体流，并且所述活塞盖能包括布置成允许气体进入和离开所述吸附性材料的净移动的柔韧弹性膜、丝网、网和过滤架中的一个。

19.根据权利要求18所述的空气弹簧，其中，所述活塞盖能够为限定孔的孔板，所述孔通过基本上半球形网而与所述吸附性材料分离，并且所述孔板包括孔铆钉，所述半球形网附接至所述孔铆钉。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的空气弹簧，其中，所述波纹管套包括用于所述吸附性材料的壳体，并且所述吸附性材料包含在所述壳体内。

21.根据权利要求20所述的空气弹簧，其中，所述吸附性材料占据多达所述空气弹簧的设计容量的三分之一。