CN115244312B - 用于机动车的空气弹簧的滚动活塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的空气弹簧(4)的滚动活塞(6)，其中，所述滚动活塞(6)由塑料形成。滚动活塞(6)的环形的外壁(13)的外罩面(12)适合于在滚动活塞(6)的安装状态中用作空气弹簧(4)的滚动波纹管(7)的接触面。被外壁(13)包围并且同时与外壁(13)同心布置的芯部(14)从滚动活塞(6)的底侧(9)开始沿滚动活塞(6)的中轴线(11)的方向延伸并且内部肋片(15)至少基本上径向地远离芯部(14)延伸。本发明的特征在于，所述芯部(14)具有与滚动活塞(6)的底侧(9)间隔开的端部区域(16)，该端部区域具有背离滚动活塞(6)的底侧(9)取向的端侧(17)，并且在该端侧(17)中掏制有朝向底侧(9)延伸的并且同时在底侧封闭的凹部(18)。本发明还涉及一种具有这种滚动活塞(6)的空气弹簧(4)。

Description

用于机动车的空气弹簧的滚动活塞

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的空气弹簧的滚动活塞以及一种具有这种滚动活塞的空气弹簧。其中，所述滚动活塞由塑料制成，所述滚动活塞的环形的外壁的外罩面适合于在所述滚动活塞的安装状态中用作所述空气弹簧的滚动波纹管的接触面，由所述外壁包围的并且同时与所述外壁同心地布置的芯部从所述滚动活塞的底侧开始沿所述滚动活塞的中轴线的方向延伸，并且内部肋片至少基本上径向地远离所述芯部地延伸。

背景技术

用于机动车、例如用于卡车的装有空气弹簧的车桥的空气弹簧是众所周知的并且基本上包括盖子、滚动活塞和以气密方式夹入其间的滚动波纹管。通过盖子、滚动活塞和滚动波纹管限制处于例如10bar的工作压力下的工作腔。滚动波纹管在空气弹簧弹性压缩时在构造滚动褶皱的情况下在滚动活塞的外罩面上滚动。滚动活塞也被称为柱塞。

传统的滚动活塞大多空心钵形地构造并且以引导空气的方式与滚动波纹管(滚动波纹管也被称为空气弹簧波纹管)连接。由此在滚动活塞的内部存在内压，该内压将力施加到滚动活塞的内壁上。在正常情况下，滚动波纹管部分地贴靠在滚动活塞的外罩面上。在此，滚动波纹管中存在的内压压向滚动活塞的外罩面。同时，在滚动活塞中存在的内压将与滚动波纹管的内压相反作用的力施加到滚动活塞的内表面上。在所谓的回弹情况下，滚动波纹管完全不贴靠在滚动活塞的外罩面上。回弹情况是可能的负荷情况中最关键的，因为内压继续作用到滚动活塞的内表面上，然而没有与内压相反作用的压力从外部作用到外罩面上。

由文献DE 10 2006 040 546 A1已知一种用于机动车的空气弹簧的滚动活塞，该滚动活塞由塑料制成。滚动活塞的环形的外壁的外罩面适合于在滚动活塞的安装状态中用作空气弹簧的滚动波纹管的接触面。被外壁包围的并且同时与外壁同心布置的芯部(芯部被称为中央轴颈)实心地构造。芯部从滚动活塞的底侧开始沿滚动活塞的中轴线的方向延伸。内部肋片连接到芯部上，这些内部肋片被称为板状的支撑柱并且这些内部肋片径向地从芯部的圆周离开地延伸。在芯部的外部并且同时由外壁包围地存在环形构造的中间壁，该中间壁称为加强柱体。滚动活塞与单独的环形地构造的盖子相结合地完成安装。滚动活塞通过盖子在底侧气密地封闭。在中间壁中引入有多个彼此圆周间隔开的通孔，这些通孔将滚动活塞的内部压力腔与外部压力腔引导空气地连接。

在滚动活塞的安装状态中，在行驶运行期间，尤其在端侧的边缘区域中可能出现局部应力峰值，在那里内部肋片接触芯部的背离底侧的端侧的外圆周。从长远来看，该应力峰值可能是是滚动活塞的损坏的开端。

发明内容

本发明的任务是提供一种滚动活塞，该滚动活塞在安装状态中并且在行驶运行期间不具有临界的应力状态。

根据本发明，该任务通过根据一种类型的滚动活塞来解决，该滚动活塞附加地具有以下特征。

优选的实施方式和改进方案是以下说明的主题。

因此本发明提供了一种用于机动车的空气弹簧的滚动活塞，其中，所述滚动活塞由塑料制成。滚动活塞的环形的外壁的外罩面适合于在滚动活塞的安装状态中用作空气弹簧的滚动波纹管的接触面。由外壁包围并且同时与外壁同心布置的芯部从滚动活塞的底侧开始沿滚动活塞的中轴线的方向延伸。至少内部肋片基本上径向地从芯部延伸离开。根据本发明，芯部具有与滚动活塞的底侧间隔开的端部区域，该端部区域具有背离滚动活塞的底侧取向的端侧。在该端侧中掏制有朝向底侧延伸的并且同时在底侧封闭的凹部，以便在滚动活塞的安装状态中通过提供挠性避免端侧的边缘区域中的局部应力峰值，在该边缘区域中内部肋片触碰到所述端侧的外圆周。

如果芯部的端部区域实心地构造，则不会产生这种挠性。特别地，在端侧的俯视图中，凹部在中央掏制到端侧中。特别地，在端部区域的端侧的俯视图中，凹部由环绕的边缘包围。特别地，滚动活塞的外壁至少基本上空心柱形地构造。特别地，外壁与滚动活塞的中轴线同心地布置。特别地，滚动活塞构造为注塑件。特别地，滚动活塞由热塑性塑料形成。特别地，外壁和/或芯部和/或芯部的端部区域在圆周上封闭并且同时旋转对称地构造。特别地，该凹部在滚动活塞的安装状态中也露出。所述凹部可以在其沿中轴线的延伸方向的走向上具有至少基本上恒定的横截面或持续变化的横截面。特别地，凹部在其沿中轴线的延伸方向上的走向上具有朝向滚动活塞的底侧持续变小的横截面。特别地，内部肋片在包括滚动活塞的中轴线的平面中延伸。

优选地，芯部的端部区域在凹部的区域中至少基本上具有环形横截面。特别地，环形横截面构造为圆环横截面或者多边形环形横截面。环形横截面可以在凹部的沿中轴线的延伸方向的走向上具有至少基本上恒定的横截面或持续变化的横截面。特别地，环形横截面在凹部的沿着中轴线的方向的走向上具有朝向端部区域的端侧连续渐缩的横截面，以便在注塑过程之后实现滚动活塞沿着其中轴线的方向脱模。

有利地，环形地构造的不透空气的中间壁位于所述芯部的外部并且同时被所述外壁包围，所述中间壁不仅与所述外壁同心地而且与所述芯部同心地布置。中间壁的气密性是滚动活塞能够成本低廉地在一个工序中以注塑方法完成安装地制造的先决条件。在机动车的安装状态中，滚动活塞承载车辆结构的一部分质量。大部分质量通过中间壁被传递到空气弹簧支架中。特别地，中间壁在圆周上封闭并且同时构造成旋转对称的。

在本发明的有利的改进方案中，中间壁包围在滚动活塞的安装状态中气密的压力腔，该压力腔同样构造成朝向底侧且朝向芯部是不透空气的。特别地，压力腔在底侧上具有圆环形的壁部。

适宜地，芯部和中间壁通过至少基本上径向地远离芯部延伸的内部肋片互相连接。在机动车中的滚动活塞的安装状态中，其中，压力腔例如被加载有在空气弹簧中起作用的10bar的工作压力，中间壁通过内部肋片保持相对于芯部的恒定距离。

有利地，在垂直于所述中轴线取向的平面中观察，至少基本上径向地远离所述芯部延伸的所述内部肋片构造成Y形，使得每个内部肋片在恰好一个连接点中连接到所述芯部上并且在恰好两个连接点中连接到所述中间壁上。如果压力腔例如处于10bar的工作压力下，则内部肋片承受拉力负荷。为了径向支撑中间壁，必要的是，内部肋片的在中间壁的内罩面上的连接点在该内罩面的圆周方向上彼此具有小的距离，以避免在存在的工作压力下中间壁的局部鼓起。为此，需要相对大数量的传统的、不是Y形构造的内部肋片，但这些内部肋片出于位置原因不能全部连接在芯部上，因为芯部仅具有相对小的圆周。通过在前述布置中构造成Y形的内部肋片，解决了该问题。特别地，滚动活塞具有偶数个、例如八个Y形构造的内部肋片。备选地，滚动活塞也可以具有奇数个构造为Y形的内部肋片。

优选地，基本上构造成空心柱形的中间腔朝向所述底侧敞开，所述中间腔布置在所述中间壁与所述外壁之间。这是滚动活塞能够成本低廉地在一个工序中以注塑方法完成安装地制造的先决条件。

适宜地，中间壁和外壁通过径向地远离中间壁延伸的外部肋片互相连接。特别地，外部肋片在包括滚动活塞的中轴线的平面中延伸。特别地，当在垂直于中轴线布置的平面中观察时，外部肋片在圆周上无错位地连接到内部肋片处。“在圆周上无错位”在这种情况中被理解成，内部肋片在中间壁上的连接点在中间壁的圆周方向上相对于外部肋片在中间壁上的连接点不具有错位。由此得到了径向力关于力流的最佳传递，所述径向力要从内部肋片传递到外部肋片上或者沿相反的方向传递。确切地说，基本上构造成空心柱形的中间腔不是唯一的中间腔，而是多个圆环形布置的单个中间腔，这些单个中间腔垂直于中轴线分别具有圆环段横截面，该圆环段横截面通过两个相邻的外部肋片、外壁和中间壁来限定。特别地，外部肋片板状地构造。特别地，外部肋片在中间壁上相比于在外壁上具有沿中轴线方向更小的延伸。

有利地，当在包含滚动活塞的中轴线的平面中观察时，内部肋片的背离底侧取向的端侧至少局部式地具有凹状弯曲的走向。通过这种设计方案，与具有内部肋片的直线端侧的实施方案相比，滚动活塞的质量可以减小体积份额，而不会由此显著减小滚动活塞的稳定性。特别地，端侧的径向走向至少在部分区域中相应于椭圆形曲线的走向。特别地，布置在包含滚动活塞的中轴线并且同时沿精确相反的方向远离芯部延伸的共同平面中的两个内部肋片的端侧共同形成抛物线的部分，所述抛物线的顶点处于滚动活塞的中轴线上。

根据本发明的改进方案，中间壁的背离底侧的端部过渡到环绕的接套中，所述接套用于将滚动波纹管连接到滚动活塞上，其中，所述中间壁的远离所述底侧的端部具有有利地比所述接套的内直径小所述中间壁的双倍以上的壁厚、优选三倍以上的壁厚、特别优选基本上四倍的壁厚的内直径。特别地，在包含中轴线的截面中观察，从接套到中间壁的背离底侧的端部上的内直径减小部构造成S冲击形以避免应力峰值。通过S冲击形构造的内直径减小部，提高了中间壁的结构刚度并且同时当该中间壁被加载例如10bar的工作压力时抑制该中间壁的鼓起(Ausbeulen)。同时，压力腔变小，这在相同的工作压力下相对于未在内直径中减小的中间壁导致内部肋片的较小的负荷。中间壁的内圆周面在压力腔中的工作压力相同的情况下对于作用到内部肋片上的负荷是决定性的。由于S冲击形构造的内直径减小部，外部肋片在中间壁上相比于在外壁上具有沿中轴线的方向更小的延伸。

有利的是，所述芯部具有关于中轴线旋转对称地构造的圆顶，以便通过锥形连接部将所述滚动活塞能无工具拆卸地连接到连接构件上，其中，所述圆顶朝向所述底侧敞开并且朝向所述凹部锥形地渐缩。特别地，圆顶具有小于45度、优选30度的锥角。特别地，滚动活塞在安装状态中经由圆顶并且在构造接触面的情况下由具有相同锥角的截锥形的容纳部容纳，该接触面根据截锥的罩面的类型构造。

优选地，滚动活塞能够在一个工序中以注塑方法安装完成地制造。此外，因为布置在中间壁和外壁之间的基本上空心柱形构造的中间腔朝向底侧敞开地构造并且因为中间壁构造成不透空气，所以可以实现这种成本低廉的制造。

本发明还涉及一种用于机动车的空气弹簧，其中，所述空气弹簧具有如前所述的滚动活塞。空气弹簧的滚动波纹管气密地连接到滚动活塞的接套上。空气弹簧尤其适用于机动车的装有空气弹簧的车桥、尤其适用于装有空气弹簧的刚性车桥。特别地，滚动活塞的底侧的构造为圆环形的壁部适合于在空气弹簧的安装状态中面式地支撑在空气弹簧支架的平坦的承载面上。特别地，机动车为商用车。

附图说明

下面借助于仅示出一个实施例的附图更详细阐述本发明，其中，相同的附图标记表示相同的构件或元件。在此示出：

图1以向下倾斜的透视图示出了根据现有技术的底盘组件；

图2以纵截面图示出了根据本发明的具有滚动活塞的空气弹簧；

图3以纵截面图示出了图2中的滚动活塞；

图4以向上倾斜的透视图示出了图3中的滚动活塞；

图5以根据在图3中显示的剖面走向A-A的横截面图示出了图3所示的滚动活塞；并且

图6以根据在图3中显示的剖面走向B-B的横截面图示出了图3所示的滚动活塞。

具体实施方式

图1示出了从现有技术中已知的机动车的底盘组件1，该机动车被构造为商用车。底盘组件1具有装有空气弹簧的刚性车桥2，该刚性轴在每车辆侧分别通过空气弹簧支架3和总共四个空气弹簧4连接到车辆框架的两个彼此平行延伸的纵梁5上。

图2示出了用于商用车的空气弹簧4，其中，空气弹簧4具有滚动活塞6，该滚动活塞由热塑性塑料制成并且在一个工作过程中以注塑方法完成安装地制造。空气弹簧4的滚动波纹管7气密地连接到滚动活塞6的接套8上。空气弹簧4适用于机动车的装有空气弹簧的刚性车桥2的弹性。在空气弹簧4的安装状态中，滚动活塞6的底侧9面向空气弹簧支架3。通过平行地与底侧9间隔开地布置的盖子10，空气弹簧4可以连接到商用车的车辆框架的纵梁5上。滚动活塞6的中轴线11与空气弹簧4的中轴线重合。滚动活塞6的环形的外壁13的外罩面12用作用于滚动波纹管7的接触面。在空气弹簧4的安装状态中，当空气弹簧4在装有空气弹簧的刚性车桥2弹性压缩时被压缩时，滚动波纹管7在外罩面12上滚动。

如图3中所示，由外壁13包围并且同时与外壁13同心地布置的芯部14从滚动活塞6的底侧9开始沿滚动活塞6的中轴线11的方向延伸。内部肋片15基本上径向地从芯部14延伸离开。芯部14具有与滚动活塞6的底侧9间隔开的端部区域16，该端部区域具有端侧17，该端侧背离滚动活塞6的底侧9取向并且同时与底侧9平行间隔。在该端侧17中掏制有朝向底侧9延伸的并且同时在底侧封闭的凹部18。芯部14的端部区域16在凹部18的区域中具有基本上圆环形构造的横截面。该横截面在凹部18的走向上沿中轴线11的方向从凹部18的底侧端部向端部区域16的端侧17连续地渐缩，以便确保滚动活塞6在注塑之后的可脱模性。

环形地构造的中间壁20位于芯部14外部并且同时由外壁13包围，该中间壁不仅与外壁13同心地并且与芯部14同心地布置。中间壁20在圆周上封闭并且同时构造成旋转对称的且不透空气。此外，中间壁20包围在滚动活塞6的安装状态中的气密的压力腔21，该压力腔同样构造成朝向底侧9和朝向芯部14是不透空气的。压力腔21在底侧9的后面具有构造成圆环形的壁部。滚动活塞6的基本上构造为空心柱形的并且同时布置在中间壁20和外壁13之间的中间腔22构造成朝向底侧9敞开。芯部14具有关于中轴线11旋转对称地构造的圆顶19，用于使滚动活塞6定心并且可无工具拆卸地连接在空气弹簧支架3上。圆顶19朝底侧9去地敞开地构造并且朝凹部18锥形地渐缩。在此，圆顶19具有30度的锥角。

当在包含滚动活塞6的中轴线11的平面中观察时，内部肋片15的背离底侧9取向的端侧23局部地具有凹状弯曲的走向。端侧23的径向走向相当于椭圆形曲线的走向。中间壁20的背离底侧9的端部过渡到用于将滚动波纹管7连接到滚动活塞6上的环绕的接套8中。中间壁20的远离底侧9的端部具有内直径，该内直径比接套8的内直径小了超出中间壁20的三倍壁厚24。从接套8到中间壁20的背离底侧9的端部的内直径减小部在包含中轴线11的截面中观察构造成S冲击形。

从图4、图5和图6中可以看出，芯部14和中间壁20通过基本上径向地远离芯部14延伸的内部肋片15互相连接。当在垂直于中轴线11取向的平面中观察时，内部肋片15这样构造成Y形，使得每个内部肋片15在一个连接点上连接到芯部14上并且在两个连接点上连接到中间壁20上。

此外，在图5和图6中可以看出，中间壁20和外壁13通过径向远离中间壁20延伸的外部肋片25互相连接。在此，板状构造的外部肋片25在包含滚动活塞6的中轴线11的平面内延伸。当在垂直于中轴线11布置的截面中观察时，外部肋片25在圆周上无错位地连接到内部肋片15上。外壁13、中间壁20、凹部18和圆顶19旋转对称地构造。可以看出的是，中间腔22不是唯一的中间腔，而是多个圆环形布置的单个中间腔，这些单个中间腔分别具有通过两个相邻的外部肋片25、外壁13和中间壁20限定的圆环段横截面。外部肋片25在中间壁20上相比于在外壁13上具有沿中轴线11的方向更小的延伸(图3)。

附图标记列表：

1底盘组件

2刚性车桥

3空气弹簧支架

4空气弹簧

5纵梁

6滚动活塞

7滚动波纹管

8接套

9滚动活塞的底侧

10盖子

11滚动活塞的中轴线

12外罩面

13外壁

14芯部

15内部肋片

16端部区域

17端部区域的端侧

18凹部

19圆顶

20中间壁

21压力腔

22中间腔

23内部肋片的端侧

24中间壁的壁厚

25外部肋片

Claims (15)

1.一种用于机动车的空气弹簧(4)的滚动活塞(6)，

-其中，所述滚动活塞(6)由塑料制成，

-其中，所述滚动活塞(6)的环形的外壁(13)的外罩面(12)适合于在所述滚动活塞(6)的安装状态中用作所述空气弹簧(4)的滚动波纹管(7)的接触面，

-其中，由所述外壁(13)包围的并且同时与所述外壁(13)同心地布置的芯部(14)从所述滚动活塞(6)的底侧(9)开始沿所述滚动活塞(6)的中轴线(11)的方向延伸，并且

-其中，内部肋片(15)至少基本上径向地远离所述芯部(14)地延伸，

其特征在于，

所述芯部(14)具有与所述滚动活塞(6)的底侧(9)间隔开的端部区域(16)，所述端部区域具有背离所述滚动活塞(6)的底侧(9)取向的端侧，并且在所述端侧中掏制有朝向所述底侧(9)延伸的并且同时在底侧封闭的凹部(18)，以便在所述滚动活塞(6)的安装状态中通过提供挠性而避免在所述端侧的边缘区域中的局部应力峰值，在所述边缘区域处所述内部肋片(15)触碰到所述端侧的外圆周。

2.根据权利要求1所述的滚动活塞(6)，其特征在于，所述芯部(14)的端部区域(16)在所述凹部(18)的区域中至少基本上具有环形横截面。

3.根据权利要求1或2所述的滚动活塞(6)，其特征在于，环形地构造的不透空气的中间壁(20)位于所述芯部(14)的外部，并且同时由所述外壁(13)包围，所述中间壁不仅与所述外壁(13)同心地并且与所述芯部(14)同心地布置。

4.根据权利要求3所述的滚动活塞(6)，其特征在于，所述中间壁(20)包围在所述滚动活塞(6)的安装状态中的气密的压力腔，所述压力腔同样构造成朝向所述底侧(9)和朝向所述芯部(14)是不透空气的。

5.根据权利要求3所述的滚动活塞(6)，其特征在于，所述芯部(14)和所述中间壁(20)通过至少基本上径向地远离所述芯部(14)延伸的内部肋片(15)互相连接。

6.根据权利要求3所述的滚动活塞(6)，其特征在于，在垂直于所述中轴线(11)取向的平面中观察时，至少基本上径向地远离所述芯部(14)延伸的内部肋片(15)构造成Y形，从而使得每个内部肋片(15)在恰好一个连接点中连接到所述芯部(14)上并且在恰好两个连接点中连接到所述中间壁(20)上。

7.根据权利要求3所述的滚动活塞(6)，其特征在于，基本上构造成空心柱形的中间腔(22)朝向所述底侧(9)敞开，所述中间腔布置在所述中间壁(20)与所述外壁(13)之间。

8.根据权利要求3所述的滚动活塞(6)，其特征在于，所述中间壁(20)和所述外壁(13)通过径向地远离所述中间壁(20)延伸的外部肋片(25)互相连接。

9.根据权利要求1或2所述的滚动活塞(6)，其特征在于，在包含所述滚动活塞(6)的中轴线(11)的平面中观察时，所述内部肋片(15)的背离所述底侧(9)取向的端侧至少局部地具有凹状弯曲的走向。

10.根据权利要求3所述的滚动活塞(6)，其特征在于，所述中间壁(20)的背离所述底侧(9)的端部过渡到环绕的接套(8)中，以便将滚动波纹管(7)连接到所述滚动活塞(6)上，并且所述中间壁(20)的背离所述底侧(9)的端部具有比所述接套(8)的内直径小所述中间壁(20)的双倍以上的壁厚(24)的内直径。

11.根据权利要求10所述的滚动活塞(6)，其特征在于，所述中间壁(20)的背离所述底侧(9)的端部具有比所述接套(8)的内直径小所述中间壁(20)的三倍以上的壁厚(24)的内直径。

12.根据权利要求10所述的滚动活塞(6)，其特征在于，所述中间壁(20)的背离所述底侧(9)的端部具有比所述接套(8)的内直径小所述中间壁(20)的四倍以上的壁厚(24)的内直径。

13.根据权利要求1或2所述的滚动活塞(6)，其特征在于，所述芯部(14)具有关于中轴线(11)旋转对称地构造的圆顶(19)，以便通过锥形连接部将所述滚动活塞(6)能无工具拆卸地连接到连接构件上，其中，所述圆顶(19)朝向所述底侧(9)敞开并且朝向所述凹部(18)锥形地渐缩。

14.根据权利要求1或2所述的滚动活塞(6)，其特征在于，所述滚动活塞(6)能够在一个工序中以注塑方法完成安装地制造。

15.一种用于机动车的空气弹簧(4)，其中，所述空气弹簧(4)具有根据权利要求1至14中任一项所述的滚动活塞(6)，其特征在于，所述空气弹簧(4)的滚动波纹管(7)气密地连接到所述滚动活塞(6)的接套(8)上。