CN113272163A - 用于固定具有声学解耦功能的空气弹簧的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将空气弹簧(2)固定至机动车辆的车身部分(21)的装置，至少包括空气弹簧盖(4)，其包括至少一个固定器件(22)，空气弹簧(2)可通过至少一个固定器件连接至机动车辆的车身部分(21)。为连接空气弹簧(2)，固定器件(22)通过车身部分(21)的开口插入，并通过固定元件(26)以力锁合的方式固定至车身部分。设置第一塑料件和第二塑料件(23；4，24，25)以用于空气弹簧(2)的声学解耦。第一塑料件(23)被夹持在该车身部分(21)与固定元件(26)之间，第二塑料件(4，24，25)被定位在车身部分(21)下方。

Description

用于固定具有声学解耦功能的空气弹簧的装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于将空气弹簧固定至机动车辆的车身部分的装置。
背景技术
空气弹簧布置在机动车辆底盘或车轮支架与机动车身之间，由此执行对车轮提供缓冲的功能。空气弹簧大体上由空气弹簧盖、滚动活塞和以气密方式夹持在该空气弹簧盖与该滚动活塞之间的膜片折叠气囊组成，由此界定空气压力下的工作室。膜片折叠气囊被套筒形的外引导件包围，并且，在弹簧压缩期间，膜片折叠气囊通过形成滚动折叠结构在同心滚动活塞上滚动。借助于空气弹簧盖，空气弹簧支柱通过合适的固定器件连接至机动车身。通常使用柱螺栓或螺杆。在此，所述螺栓或螺杆以气密方式被凹入/引入空气弹簧盖中，并且大体上通过螺母被拧紧。
作为空气弹簧支柱，减振器布置在空气弹簧内，所述减振器衰减车轮或机动车身的振动。该减振器一方面连接至车轮支架，另一方面该减振器借助于其活塞杆、经由阻尼轴承固定到空气弹簧盖中，该活塞杆可以伸入减震管中。特别地在空气弹簧支柱的动态操作中，高拉伸力和压缩力特别地作用在空气弹簧盖的罐形轴承座上。这些力经由空气弹簧盖被传递到机动车身中。
通常，空气弹簧盖借助于其上侧直接抵靠车身。由于底盘运行，结构声波被引入车身中，这些结构声波构成令人不快的噪声源。对于进入车辆内部的底盘噪声的声学解耦存在越来越大的需求。由于底盘噪声不再被引擎噪声所覆盖并且因此被车辆使用者认为是令人不快的，因此尤其是通过关于电动汽车的开发进展来设定车辆内部隔离方面的新标准。
迄今的构造例如从DE 102012223216 A1已知，其中描述了包括有螺纹连接的声学解耦系统。在所述公开文献中，给出了对声学轴承的描述，该声学轴承由多个圆盘构成并且布置在空气弹簧盖与车身部分之间。在此，使用由钢、铝或塑料构成的实体圆盘，其中由弹性体材料(例如由聚氨酯)构成的至少一个层布置在实体圆盘之间。用于将空气弹簧支柱连接至车身部分的固定器件通过声学轴承插入。此构造允许同时传送拉伸力和压缩力，并且借助于弹性体材料实现声学解耦。结果，旨在防止声波以不受阻碍的方式传导/传送到车身中、最终进入车辆内部。
从空气弹簧盖传递至车身部分的声波受到弹性体元件抑制。然而，此声学轴承的螺杆连接在组装过程中是复杂且棘手的。首先，空气弹簧盖中设置三个固定器件，空气弹簧盖借助于这些固定器件连接至声学轴承，其次，设置凹入声学轴承中的三个另外的固定器件，声学轴承进而借助于这些另外的固定器件连接至车身部分。以此方式，旨在实际上防止空气弹簧盖与车身之间的直接金属力路径，以便产生结构声隔离。然而，由于螺栓到声学轴承的内部实体圆盘以及到车身部分的螺杆连接，仍会产生直接的金属接触。
发明内容
因此，本发明的目的是在将空气弹簧固定至机动车身的一部分的情况下改善声学解耦。
本发明的目的借助于独立权利要求的特征来实现。
根据本发明，提供了一种用于将空气弹簧固定至机动车辆的车身部分的装置，该装置至少包括空气弹簧盖，其中，该空气弹簧盖包括至少一个固定器件，该空气弹簧可以借助于该至少一个固定器件连接至该机动车辆的车身部分，其中，为了连接该空气弹簧，该固定器件通过该车身部分的开口插入，并且通过固定元件以力锁合的方式固定至所述车身部分，其中，设置第一塑料件和第二塑料件用于该空气弹簧的声学解耦，其中，该第一塑料件被夹持在该车身部分与该固定元件之间，该第二塑料件被设置成定位在该车身部分下方。空气弹簧盖优选地由热塑性塑料或热固性塑料制成。
为了在空气弹簧盖连接至车身部分的情况下防止直接的金属接触，通过使用根据本发明的合适的塑料材料，因此在结构声波传送期间利用了在接触部件的边界表面处的反射效应。在此，第一塑料件和第二塑料件处于该连接的力路径中，使得从空气弹簧盖传送到固定器件的结构声波在车身部分中的传播期间受到抑制。在此，此结构减小了这些部件的有效连接表面，并且确保固定器件与车身部分间隔开。因此，用于结构声传送的有效表面通过第一塑料件和第二塑料件的几何构型而显著减小。此外，与金属相比，塑料的不同的材料特性具有减小声音的效果。
借助于两个塑料件的使用来实现固定器件与车身部分的机械解耦还使得重量显著减小，并且还因此降低成本。进一步地，根据本发明的构造具有多种不同的外形构造可能性。
根据优选的实施例，该第二塑料件是套筒，该套筒被推到该固定器件上使得该空气弹簧盖与该车身部分在空间上间隔开。套筒定位在空气弹簧盖与车身部分的下侧之间，并且因此用作间隔件。
根据另一个优选的实施例，该第二塑料件是环，该环被推到该固定器件上，该环与该空气弹簧盖齐平地终止，使得该环和该空气弹簧盖抵靠该车身部分。在此构型中，作为第二塑料件的该环被嵌入到空气弹簧盖中，因此该环和空气弹簧盖两者的上侧都以平面的方式抵靠车身部分的下侧。此解决方案不会增加轴向安装空间需求，并且同样地确保声学解耦。在此，重要的是该环处于固定器件和固定元件的轴向力路径中。
根据进一步替代性实施例，该第二塑料件由该空气弹簧盖的材料形成，所述第二塑料件以环形方式围绕该固定器件，因此该空气弹簧盖抵靠该车身部分。在此构型中，该环由空气弹簧盖的材料代替，其中，该材料包围固定器件，使得所述材料同样地处于固定器件和固定元件的轴向力路径中，并且确保固定器件与车身部分间隔开。
根据进一步优选的实施例，第一塑料件是圆盘。此圆盘用作预加载荷元件，并确保有足够的预紧力以适当的方式将固定元件固定至固定器件。它还确保了由金属制造的固定元件与该车身部分在空间上间隔开，其结果是不存在直接的金属接触。圆盘同样地以几何方式设计，使得关于车身部分的有效表面接触尽可能小，以确保对结构声波的最大可能的反射。
根据进一步优选的实施例，固定器件在直径方面小于车身部分的通孔。从而，不仅在轴向方向上而且在径向方向上避免了固定器件与车身部分之间的直接的金属接触，应当确保了固定器件不会抵靠车身部分。因此，固定器件的轴的直径的尺寸被确定成小于通孔的直径，固定器件被推动穿过该通孔。
根据进一步优选的实施例，第一塑料件和/或第二塑料件由热塑性塑料制成。为了确保第一塑料件的足够的预加载荷，辐射交联热塑性塑料是特别有利的，因为它们具有高蠕变特性。这确保了固定器件的预加载荷在使用寿命内不会降低到不允许的程度。
在这种塑料的情况下，蠕变模量是关键的特性变量。所述蠕变模量描述了考虑机械应力和基于时间的应变时塑料的与时间相关的载荷。因此，根据示例，使用根据ISO 899-1的蠕变模量为(0.5％1000h[小时])700MPa的热塑性塑料。
作为替代性的优选的实施例，第一塑料件和/或第二塑料件由热固性塑料制成。热固性塑料特别有利地适用于获得预加载荷，因为热固性塑料不倾向于显示蠕变。
根据本发明的固定装置可以用于自立式空气弹簧的情况，但是，根据进一步优选的实施例，也可以用于具有内置的减振器的空气弹簧的情况，也就是说空气弹簧支柱。
该装置用于机动车辆的底盘中。
附图说明
本发明的另外的优选实施例将从从属权利要求和以下参考附图的示例性实施例的描述中显现，
在附图中：
图1示出了根据现有技术的空气弹簧支柱，
图2示出了空气弹簧支柱的第一示例性连接，
图3示出了空气弹簧支柱的第二示例性连接，并且
图4示出了空气弹簧支柱的第三示例性连接。
具体实施方式
图1示出了已知的空气弹簧支柱1，该空气弹簧支柱具有主要部件，即空气弹簧2和减振器3，其中，空气弹簧2包括空气弹簧盖4、滚动活塞5和具有外引导件7的膜片折叠气囊6，该外引导件以套筒的方式包围该膜片折叠气囊。减振器3设置在空气弹簧2内，减振器3包括减震管14、活塞杆15、以及阻尼轴承11，该活塞杆可以伸入该减震管中。
空气弹簧支柱1实现两个功能：一方面，空气弹簧2产生支承力，而减振器3负责线性引导。空气弹簧盖4上的固定器件使得空气弹簧支柱1一方面可以固定至机动车身，并且另一方面，可以经由减振器孔眼(未示出)固定至机动车辆底盘的车轮支架，其结果是机动车辆是弹簧支撑的并且被减震。
空气弹簧支柱的这种常规安装位置确定“上/下”取向。
空气弹簧2包括由弹性体材料构成的膜片折叠气囊6，膜片折叠气囊6与空气弹簧盖4和滚动活塞5界定气密的弹性容积工作室10，该工作室可以填充有压缩空气。软管状膜片折叠气囊6其第一端固定至空气弹簧盖4，并且其第二端经由位于这些空气弹簧连接部分的连接区域处的夹持环18而固定至滚动活塞5。
在空气弹簧支柱1沿着纵向轴线L在空气弹簧盖4与滚动活塞5之间相对移动的情况下，膜片折叠气囊6在形成滚动折叠结构8的情况下在滚动活塞5的同心的滚动表面上滚动。进一步地，膜片折叠气囊6在空气弹簧盖4上形成万向折叠结构9，该万向折叠结构用作万向轴承。同时，膜片折叠气囊6设置有嵌入的强度构件。
特别是在舒适的轴向波纹管的情况下，也就是说具有沿轴向方向取向的强度构件的情况下，使用外引导件7来限制膜片折叠气囊6的横向扩张。在此，外引导件7通过设置在工作室10内的内锁定环12而被夹持抵靠膜片折叠气囊6。
为了保护滚动折叠结构8免受污染，设置了折叠波纹管19，该折叠波纹管例如固定至外引导件7的车轮支架侧端部区域、并且固定至减震管14。
附加弹簧16被布置成支承抵靠空气弹簧盖4的下侧并且面向减振器。附加弹簧16具有用于活塞杆15的通孔并且因此包围活塞杆。在弹簧压缩期间，减震管14的端部侧向空气弹簧盖4移动，并且因此附加弹簧16用作行程限制器并且对作用在空气弹簧盖4上的可能的力进行衰减。
减振器3的减震管14设置在滚动活塞5内或至少在特定区域被中空的圆柱形滚动活塞5围绕，滚动活塞5可以经由支撑环17突出固定在减震管上或经由支承元件13悬挂在减震管14的端部侧。直立和悬挂滚动活塞5的组合也是可能的，如附图中可见。另外，已知的是由轻金属(比如铝)或纤维增强塑料制造滚动活塞5。
在滚动活塞5直立的情况下，例如由弹性体密封圈制成的密封系统20设置在面向车轮支架的端部区域减震管14的对置的外壁之间。这用于相对外部密封空气弹簧2的工作室10，该工作室可以在滚动活塞内扩张。
参考以下附图来说明空气弹簧支柱到车身部分的示例性的固定方式。
图2示出了空气弹簧支柱的空气弹簧盖4到车身部分21的第一示例性连接的细节。固定器件22至少部分地凹入到所述空气弹簧支柱的空气弹簧盖4中。所述固定器件代表多个固定器件，空气弹簧盖4借助于这些固定器件固定至车身部分21。优选地，空气弹簧盖4上设置三个固定器件，这些固定器件沿周向方向分布。
固定器件22以螺栓的方式实施，该固定器件被包围在空气弹簧盖4中。空气弹簧盖4优选地由塑料材料制造。固定器件22的一部分设置有外螺纹并且从空气弹簧盖4中伸出。该轴通过车身部分21的对应的通孔插入。为了以力锁合的方式连接空气弹簧支柱，固定器件22借助于成螺母形式的固定元件23固定至车身部分21的上侧。固定元件23配备有内螺纹，并且通过固定器件22支撑使得空气弹簧盖4牢固地固定至车身部分21。其他固定方案也是可能的。
为了防止结构声直接传入机动车身中，根据示例提供了呈两个塑料件形式的声学解耦系统。
呈圆盘形式的第一塑料件23定位在固定元件26与车身部分21之间。当固定元件26被拧紧时，塑料件23被支撑并且产生用于紧固固定器件22的夹持力。
呈套筒形式的第二塑料件24事先被推到固定器件22的轴上，并且因此被定位在空气弹簧盖4与车身部分21之间。第二塑料件24抵靠车身部分21的下侧，并且用作间隔件。在此，应当确保第二塑料件24的下侧搁置在固定器件22的环形表面上以使其有效。在此构型中，固定器件22的环形表面与空气弹簧盖4的上侧齐平地终止。
固定器件22和车身部分21是金属元件。由于它们几乎相同的材料特性，所述固定器件和车身部分应当设置成彼此分离，以防止结构声波的不受抑制的传送。也就是说，固定器件22与车身部分21之间不应当有直接的金属接触。为此，如从图2可见，固定器件22的轴的直径小于车身部分21的被设置用于所述器件的通孔。
设置这两个塑料件23、24使得从空气弹簧盖4传导进入固定器件22的结构声波不会直接传入车身部分21中。借助于这两个塑料件23、24，在传入车身部分21期间，结构声波大部分被反射并且也因此被吸收。结构声不会直接金属传送到机动车身中，而是通过塑料件23、24有效减少了结构声的传递。
根据示例，这两个塑料件23、24因此确保了空气弹簧支柱到车身部分21的连接的声学解耦，而固定器件22确保拉力和压力被吸收。
适合用于塑料件23、24的材料是具有高蠕变特性(也就是说高蠕变模量)的塑料。这些塑料是热塑性塑料，其蠕变特性已经例如通过辐射交联而得到优化，或者是同样地具有合适的蠕变特性的热固性塑料。
为了确保以持久的方式并且在载荷作用下保证固定器件22借助于固定元件23固定，必须以规定的预加载荷来使该固定生效。在此，弹性变形取决于第一塑料件23和第二塑料件24的面积和刚度而被分配到这些塑料件。
图3示出了空气弹簧支柱的第二示例性连接的部分细节，在该情况下第二塑料件被设计为呈环25的形式。第二示例性性实施例的功能和作用方式与图2的第一示例性实施例相同。
不是将套筒定位在车身部分21下方，而是将作为第二塑料件的环25推到固定器件21的轴上，使得所述环用作缓冲器。在此，环25嵌入空气弹簧盖4中，使得环25的上侧与空气弹簧盖4的上侧齐平地终止，并且环25的下侧搁置在固定器件22的环形表面上。也就是说，在空气弹簧支柱的连接状态下，环25的上侧和空气弹簧盖4的上侧一起抵靠车身部分的下侧。
此外，第二塑料件25构成固定器件22关于车身部分21的金属解耦，因为所述第二塑料件处于固定器件22的环形表面以及车身部分21的下侧的轴向力路径中，固定器件22不直接接触车身部分21。
为了借助于两个塑料件产生声学解耦的作用方式，第二塑料件25具有特殊的制造过程。首先，固定器件22包括朝向其环形表面的沉割槽，使得第二塑料件25的内壁仅至少部分地抵靠固定器件22的轴。进一步地，第二塑料件25的外直径小于空气弹簧盖4中的对应的切口的直径。也就是说，第二塑料件25的外壁在径向方向上不与空气弹簧盖4的材料接触。
在图4所示的第三示例性实施例中省去了第二塑料件。在沉割槽的区域中，固定器件22的轴被空气弹簧盖4的材料围绕，使得所述材料用作固定器件22与车身部分21之间的间隔件。在此，用于空气弹簧盖4的材料是热塑性塑料或热固性塑料。由于由塑料材料制造的空气弹簧盖用作第二塑料件并且其上侧抵靠车身部分21的下侧，该结构性设计也引起声学解耦。结果是，固定器件22同样地与车身部分21声学解耦。由此，此第三示意性实施例的功能和作用方式同样地与图2的第一示例性实施例相同。
附图标记清单
1 空气弹簧支柱
2 空气弹簧
3 减振器
4 空气弹簧盖
5 滚动活塞
6 膜片折叠气囊
7 外引导件
8 滚动折叠结构
9 万向折叠结构
10 工作室
11 阻尼轴承
12 内锁定环
13 支承元件
14 减震管
15 活塞杆
16 附加弹簧
17 支撑环
18 夹持环
19 折叠波纹管
20 密封系统
21 车身部分
22 固定器件
23 圆盘
24 套筒
25 环
26 固定元件
L 纵向轴线

Claims (10)

1.一种用于将空气弹簧(2)固定至机动车辆的车身部分(21)的装置，该装置至少包括空气弹簧盖(4)，其中，该空气弹簧盖(4)包括至少一个固定器件(22)，该空气弹簧(2)能够通过该至少一个固定器件连接至该机动车辆的车身部分(21)，其中，为了连接该空气弹簧(2)，该固定器件(22)通过该车身部分(21)的开口插入，并且通过固定元件(26)以力锁合的方式固定至所述车身部分，其特征在于，设置有第一塑料件和第二塑料件(23；4，24，25)用于使该空气弹簧(2)的声学解耦，其中，第一塑料件(23)被夹持在车身部分(21)与固定元件(26)之间，第二塑料件(4，24，25)被设置成定位在该车身部分(21)下方。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第二塑料件是套筒(24)，该套筒被推到该固定器件(22)上，使得该空气弹簧盖(4)与该车身部分(21)在空间上间隔开。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第二塑料件是环(25)，该环被推到该固定器件(22)上，并且该环与该空气弹簧盖(4)齐平地终止，使得该环(25)和空气弹簧盖(4)抵靠该车身部分(21)。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第二塑料件由该空气弹簧盖(4)的材料形成，使得所述第二塑料件以环形方式围绕该固定器件(22)，该空气弹簧盖(4)抵靠该车身部分(21)。
5.如权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，该第一塑料件(23)是圆盘。
6.如权利要求1至5之一所述的装置，其特征在于，该固定器件(22)在轴直径方面小于该车身部分(21)的通孔。
7.如权利要求1至6之一所述的装置，其特征在于，该第一塑料件和/或该第二塑料件(23；4，24，25)由热塑性塑料制成。
8.如权利要求1至6之一所述的装置，其特征在于，该第一塑料件和/或该第二塑料件(23；4，24，25)由热固性塑料制成。
9.如权利要求1至8之一所述的装置，其特征在于，该空气弹簧(1)包括内置的减振器(3)。
10.一种包括底盘的机动车辆，该底盘具有如权利要求1至9之一所述的装置。
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