DE102006058688A1 - Automotive air spring for e.g. commercial vehicles has rolling diaphragm cooled by Peltier element - Google Patents

Automotive air spring for e.g. commercial vehicles has rolling diaphragm cooled by Peltier element Download PDF

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Abstract

An automotive air spring has a rolling diaphragm (2) whose sidewall temperature is limited to a maximum safe level by a cooling system. The cooling unit (5) is plate-shaped and is coupled to Peltier elements.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Betreiben einer Luftfeder. Ferner betrifft sie eine Luftfederanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 zur Durchführung dieses Verfahrens.The The invention relates to a method according to the preamble of the claim 1 for operating an air spring. Furthermore, it relates to an air spring arrangement according to the preamble of claim 2 for carrying out this Process.

Luftfedern werden in großem Umfang zur Federung von Fahrzeugen eingesetzt, wo sie als tragende Teile, insbesondere zwischen dem Fahrzeugaufbau (Karosserie und Fahrgestell) und den Achsen, angeordnet werden. Ihre störungsfreie Funktion ist eine Voraussetzung für den zuverlässigen Betrieb und in besonderem Maße auch für die Verkehrssicherheit der Fahrzeuge. Da ein Defekt an einer Luftfeder in aller Regel nur in einer Werkstatt behoben werden kann, ist ggf. mit einem u.U. längeren Ausfall des Fahrzeuges zu rechnen. Man ist daher bestrebt, die Verschleißanfälligkeit von Luftfedern so zu vermindern, dass ihre Lebensdauer der voraussichtlichen Gebrauchsdauer des gesamten Fahrzeuges entspricht (zum Stand der Technik siehe z.B. die Druckschriften DE 197 40 798 A1 , DE 199 11 620 A1 , EP 0 905 406 A1 , EP 957 373 A2 ).Air springs are widely used for suspension of vehicles, where they are arranged as load-bearing parts, in particular between the vehicle body (body and chassis) and the axles. Their trouble-free function is a prerequisite for reliable operation and, to a great extent, road safety of vehicles. Since a defect on an air spring can usually only be remedied in a workshop, a possibly prolonged failure of the vehicle may be expected. It is therefore desirable to reduce the susceptibility to wear of air springs so that their life corresponds to the expected service life of the entire vehicle (for example, see the prior art, the publications DE 197 40 798 A1 . DE 199 11 620 A1 . EP 0 905 406 A1 . EP 957 373 A2 ).

Es ist bekannt, dass der Verschleiß von Luftfedern sich insbesondere dadurch erhöhen kann, dass ihr Rollbalg stärkeren Erwärmungen ausgesetzt ist, durch die das elastomere bzw. textile Rollbalgmaterial beschleunigt altert. Man hat daher bereits versucht, Erwärmungen der Rollbalgwandung dadurch entgegenzuwirken, dass man den Einfluss von Wärmestrahlung, die z.B. vom Motor oder von der Auspuffanlage ausgeht, mit Hilfe von Abschirmblechen verringert. Soweit der Wärmeeintrag in die Rollbalgwandung jedoch durch Konvektion und/oder Wärmeleitung erfolgt, erweisen sich Abschirmbleche und Reflektoren weitgehend als wirkungslos. Das gleiche gilt für Erwärmungen der Rollbalgwandung, die aus deren eigener Walkarbeit resultieren.It it is known that the wear of Air springs can increase in particular by the fact that their rolling bellows stronger warming is exposed, through which the elastomeric or textile Rollbalgmaterial accelerated aging. One has therefore already tried warming counteract the Rollbalgwandung by that the influence of heat radiation, the e.g. from the engine or the exhaust system, with the help of reduced by shielding. As far as the heat input into the Rollbalgwandung However, done by convection and / or conduction, prove Shielding and reflectors largely ineffective. The same applies warming the Rollbalgwandung resulting from their own flexing work.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, andere Maßnahmen aufzuzeigen, durch die die Temperatur der Rollbalgwandung unter allen im praktischen Betrieb auftretenden Bedingungen auf einen für die Rollbalgwandung unschädlichen Maximalwert begrenzt werden kann.Of the Invention is therefore the object of other measures show, by the temperature of the Rollbalgwandung below all conditions occurring in practical operation to one for the Rollbalgwandung harmless Maximum value can be limited.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe zunächst durch ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, das die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Merkmale aufweist.According to the invention this Task first solved by a method according to the preamble of claim 1, the the features specified in the characterizing part of this claim having.

Ferner wird zur Lösung der genannten Aufgabe eine Luftfederanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 vorgeschlagen, die die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Merkmale aufweist und die durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 3 bis 5 vorteilhaft weitergebildet sein kann.Further becomes the solution the above object, an air spring assembly according to the preamble of Proposed patent claim 2, which in the characterizing part This claim has specified characteristics and by the Characteristic features of claims 3 to 5 advantageously developed can be.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass jeglicher schädlichen Erwärmung der Rollbalgwandung unverzüglich und effektiv durch einfaches Einschalten eines Kühlaggregates entgegengewirkt wird, das seinerseits unmittelbar die Innenluft des Rollbalges abkühlt. Sobald dann die Innenluft hinreichend abgekühlt ist, entzieht sie der angrenzenden Balgwand ihre überschüssige Wärme.The inventive method has the advantage that any harmful heating of the Rollbalgwandung immediately and effectively counteracted by simply switching on a cooling unit which in turn immediately cools the interior air of the rolling bellows. As soon as then the inside air has cooled sufficiently, it deprives the adjacent Bellows wall their excess heat.

Zur Erläuterung der Erfindung wird auf die beigefügte Zeichnung verwiesen: to explanation The invention is referred to the attached drawing:

Die 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen der Temperaturverhältnisse an einer Rollbalgwandung 2.1.The 1 and 2 show schematic representations of the temperature conditions on a Rollbalgwandung 2.1 ,

3 zeigt in schematischer Darstellung eine vorteilhafte Luftfederanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 shows a schematic representation of an advantageous air spring arrangement for carrying out the method according to the invention.

Anhand eines schematischen Schnittbildes zeigt 1 die Temperaturverhältnisse an einer Rollbalgwandung 2.1. In dem dargestellten Beispiel ist die mittlere Temperatur der Rollbalgwandung auf einen Wert Tw1 erhöht, der oberhalb einer unschädlichen Maximaltemperatur Tx liegt. Dabei Tx bezeichnet eine Temperatur, unterhalb derer an der Rollbalgwandung erfahrungsgemäß auch auf lange Sicht keine temperaturbedingt wesentlich verstärkten Alterungseffekte auftreten.With reference to a schematic sectional view shows 1 the temperature conditions on a Rollbalgwandung 2.1 , In the illustrated example, the mean temperature of the Rollbalgwandung is increased to a value Tw1, which is above a harmless maximum temperature Tx. In this case, Tx denotes a temperature below which, according to experience, no aging-related effects significantly increased by temperature also occur in the long term on the rolling-bellows wall.

In der in 1 dargestellten Situation liegen sowohl die Temperatur Ti1 an der Innenseite der Rollbalgwandung als auch die Temperatur Tal an der Außenseite der Rollbalgwandung ebenfalls über der Maximaltemperatur Tx. Die sich dabei ergebenden Wärmeströme sind durch Pfeile angedeutet, und zwar Pi1 an der Innenseite, Pw1 im Innern und Pa1 an der Außenseite der Rollbalgwandung.In the in 1 the situation shown are both the temperature Ti1 on the inside of the Rollbalgwandung and the temperature valley on the outside of the Rollbalgwandung also above the maximum temperature Tx. The resulting heat flows are indicated by arrows, namely Pi1 on the inside, Pw1 in the interior and Pa1 on the outside of the Rollbalgwandung.

Erfahrungsgemäß ist der in 1 dargestellte Zustand Tw1 > Tx auf längere Sicht der Lebensdauer des Rollbalges unzuträglich, da er zu einer beschleunigten Alterung der Werkstoffe der Rollbalgwandung und damit zu einer Verschlechterung des Zusammenhaltes und des Zusammenwirkens der Komponenten und folglich auch der resultierenden physikalischen Eigenschaften der Rollbalgwandung führen kann. Insbesondere verringert sich die Flexibilität der Rollbalgwandung, das Wandungsmaterial kann verspröden, und es kann zu Brüchen kommen.Experience has shown that in 1 shown condition Tw1> Tx unfavorable in the longer term of the life of the rolling bellows, since it can lead to accelerated aging of the materials of the Rollbalgwandung and thus to a deterioration of the cohesion and interaction of the components and consequently also the resulting physical properties of Rollbalgwandung. In particular, the flexibility of the Rollbalgwandung reduced, the wall material can become brittle, and it can lead to fractures.

Wie 2 veranschaulicht, kann der in 1 dargestellte schädliche Zustand Tw1 > Tx abgestellt und auf Dauer vermieden werden, indem man die Rollbalgwandung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels der von dem Rollbalg umschlossenen Innenluft kühlt. Zu diesem Zweck wird zunächst die Temperatur der Innenluft durch direkte Einwirkung eines Kühlaggregates abgekühlt, und zwar so, dass die Innenluft eine Temperatur Ti2 unterhalb der besagten Maximaltemperatur Tx annimmt, also Ti2 < Tx. Die so abgekühlte Innenluft bewirkt dann ihrerseits eine Abkühlung der Rollbalgwandung, und diese wird fortgesetzt, bis die Rollbalgwandung durch die Innenluft auf einen Wert Tw2 abgekühlt ist, der weniger als Tx beträgt.As 2 illustrates, the in 1 represented harmful state Tw1> Tx parked and avoided in the long run by the Rollbalgwandung according to the inventive method by means of the rolling of the bellows closed interior air cools. For this purpose, the temperature of the inner air is first cooled by direct action of a cooling unit, in such a way that the internal air assumes a temperature Ti2 below said maximum temperature Tx, ie Ti2 <Tx. The thus cooled internal air in turn causes a cooling of the Rollbalgwandung, and this is continued until the Rollbalgwandung is cooled by the inner air to a value Tw2, which is less than Tx.

Auf Grund der durch die Kühlung der Innenluft an der Balgwand-Innenseite (2.3), im Innern der Balgwand und an der Balgwand-Außenseite (2.4) erzeugten Temperaturen strömt durch Wärmeleitung und Konvektion Wärme aus der Balgwand (2.1) in die gekühlte Innenluft des Rollbalges (2). Dabei sinkt die Temperatur an der Balgwand-Innenseite (2.3), und bei gleichbleibender Temperatur an der Balgwand-Außenseite (2.4) ergibt sich ein Temperaturgefälle von außen nach innen. Die resultierenden Wärmeströme sind in 2 durch die Pfeile Pi2, Pw2 und Pa2 angedeutet.Due to the cooling of the internal air at the bellows wall inside ( 2.3 ), inside the bellows wall and at the bellows wall outside ( 2.4 ) generated by heat conduction and convection heat from the bellows wall ( 2.1 ) into the cooled interior air of the rolling bellows ( 2 ). The temperature at the bellows wall inside decreases ( 2.3 ), and at the same temperature at the bellows wall outside ( 2.4 ) results in a temperature gradient from outside to inside. The resulting heat flows are in 2 indicated by the arrows Pi2, Pw2 and Pa2.

3 zeigt anhand eines schematisch wiedergegebenen vorteilhaften Ausführungsbeispiels einen erfindungsgemäßen Vorschlag für die konstruktive Lösung der gestellten Aufgabe:
Die dargestellte Luftfeder (1) enthält einen Rollbalg (2), der als Anschlussarmaturen an seiner Unterseite einen Abrollkolben (3) und an seiner Oberseite eine Bördelplatte (4) aufweist. In seine Wandung (2.1) sind in üblicher Weise textile Verstärkungseinlagen (2.2) eingefügt. In dem Rollbalg sind ein Temperaturfühler (7) zur Erfassung der Temperatur Tw der Rollbalgwandung (2.1) sowie ein Temperaturfühler (8) zur Messung der Temperatur Ti der Innenluft des Rollbalges (2) vorgesehen. 3 shows a schematic representation of an advantageous embodiment of a proposal according to the invention for the constructive solution of the problem:
The illustrated air spring ( 1 ) contains a rolling bellows ( 2 ), the connection fittings on its underside a rolling piston ( 3 ) and on its upper side a crimping plate ( 4 ) having. In its wall ( 2.1 ) are in the usual way textile reinforcing inserts ( 2.2 ). In the rolling bellows are a temperature sensor ( 7 ) for detecting the temperature Tw of the Rollbalgwandung ( 2.1 ) and a temperature sensor ( 8th ) for measuring the temperature Ti of the inner air of the rolling bellows ( 2 ) intended.

Zur erfindungsgemäßen Kühlung der Innenluft der Rollbalgwandung (2.1) ist an der Unterseite der Bördelplatte (4) ist ein plattenförmiges Peltier- Kühlaggregat (5) befestigt, das zu seinem Betrieb einen Anschlussstecker (5.1) aufweist. Die kalte Unterseite des Peltier-Kühlaggregates steht unmittelbar mit der Rollbalg-Innenluft in Kontakt, so dass diese wirksam gekühlt wird, während seine heiße Oberseite wärmeleitend mit der Bördelplatte (4) verbunden ist, über die seine Betriebswärme nach außen abfließt.For the cooling according to the invention of the inner air of the Rollbalgwandung ( 2.1 ) is at the bottom of the crimping plate ( 4 ) is a plate-shaped Peltier refrigeration unit ( 5 ), which has a connector plug for its operation ( 5.1 ) having. The cold underside of the Peltier cooling unit is directly in contact with the rolling bellows inner air, so that it is effectively cooled while its hot upper surface conducts heat with the crimping plate (FIG. 4 ), via which its operating heat flows to the outside.

Um das Kühlaggregat vor starken Biegebeanspruchungen zu schützen, die zu seinem Bruch führen könnten, ist es vorteilhaft, zwischen der heißen Seite des plattenförmigen Peltier-Kühlaggregates (5) und der Bördelplatte (4) eine elastische Zwischenschicht (5.2) anzuordnen. Vorzugsweise wird für die elastische Zwischenschicht (5.2) ein Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit verwendet, der die Ableitung der Peltier-Wärme möglichst wenig behindert.In order to protect the refrigeration unit against strong bending stresses which could lead to its breakage, it is advantageous to be able to move between the hot side of the plate-shaped Peltier refrigeration unit ( 5 ) and the flanging plate ( 4 ) an elastic intermediate layer ( 5.2 ). Preferably, for the elastic intermediate layer ( 5.2 ) used a material with good thermal conductivity, which hinders the derivation of the Peltier heat as little as possible.

Ferner ist es zweckmäßig, an dem entsprechenden Außenbereich der Bördelplatte (4), der dem Peltier-Kühlaggregat gegenüberliegt, zur weiteren Verbesserung der Wärmeableitung Kühlrippen (5.3) vorzusehen.Furthermore, it is expedient, at the corresponding outer region of the crimping plate ( 4 ), which is opposite to the Peltier cooling unit, to further improve the heat dissipation of cooling fins ( 5.3 ).

11
Luftfederair spring
22
Rollbalgbellows
2.12.1
RollbalgwandungRollbalgwandung
2.22.2
textile Verstärkungseinlagetextile reinforcing insert
2.32.3
Rollbalg-InnenseiteRoller bellows inside
2.42.4
Rollbalg-AußenseiteRoller bellows outside
33
Abrollkolbenroll-off
44
Bördelplatteflanged
55
Kühlaggregatcooling unit
5.15.1
wärmleitende elastische Zwischenschichtwärmleitende elastic intermediate layer
5.25.2
Kühlrippencooling fins
66
Balgwand-TemperaturfühlerBellows wall temperature sensor
77
Innenluft-TemperaturfühlerIndoor air temperature probe
TaTa
Temperatur der Luft außerhalb des Rollbalgestemperature the air outside of the rolling bellows
TiTi
Temperatur der Luft im Innern des Rollbalgestemperature the air inside the rolling bellows
Twtw
Temperatur der Rollbalgwandungtemperature the Rollbalgwandung
TxTx
maximale für die Rollbalgwandung unschädliche Temperaturmaximum for the Rollbalgwandung harmless temperature
HH
Stützhöhe der LuftfederSupport height of the air spring
Pi/Pw/PaPi / Pw / Pa
Wärmeströme an der Innenseite/im Innern/an der Außenseite der RollbalgwandungHeat flows at the Inside / inside / outside the Rollbalgwandung

Claims (5)

Verfahren zum Betreiben einer einen Rollbalg (2) aufweisenden Luftfeder (1), dadurch gekennzeichnet, dass zur Verlängerung der Lebensdauer des Rollbalges (2) die mittlere Temperatur Tw der Rollbalgwandung (2.1) auf einen für die Rollbalgwandung (2.1) unschädlichen Maximalwert Tx begrenzt und ggf. durch Kühlung verringert wird, so dass Tw ≤ Tx, und zwar dadurch, dass die Rollbalgwandung (2.1) durch die von dem Rollbalg (2) umschlossene Innenluft gekühlt wird, wobei die Temperatur Ti der Innenluft mittels eines Kühlaggregates auf einem Wert unterhalb des unschädlichen Maximalwertes Tx gehalten wird (Ti < Tx)Method for operating a rolling bellows ( 2 ) having air spring ( 1 ), characterized in that to extend the life of the bellows ( 2 ) the average temperature Tw of the Rollbalgwandung ( 2.1 ) on one for the Rollbalgwandung ( 2.1 ) harmless maximum value Tx is limited and possibly reduced by cooling, so that Tw ≤ Tx, namely by the fact that the Rollbalgwandung ( 2.1 ) by the of the rolling bellows ( 2 Inside air is kept at a temperature below the innocuous maximum value Tx (Ti <Tx) by means of a cooling unit. Luftfederanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturfühler (6) und (7) vorgesehen sind, die die Temperatur Tw der Rollbalgwandung (2.1) und die Temperatur Ti der Innenluft des Rollbalges (2) erfassen, und dass im Innenraum des Rollbalges (2) ein von der Innenluft umströmtes Kühlaggregat (5) vorgesehen ist, das über die Temperaturfühler (6) und (7) an seine Betriebsspannung angeschlossen ist, sobald und solange der Messwert Tw des Balgwand-Temperaturfühlers (6) und/oder der Messwert Ti des Innenluft-Temperaturfühlers (7) den für die Rollbalgwandung unschädlichen Maximalwert Tx übersteigt.Air spring arrangement for carrying out the method according to claim 1, characterized in that temperature sensor ( 6 ) and ( 7 ) are provided, the temperature Tw of the Rollbalgwandung ( 2.1 ) and the temperature Ti of the inner air of the bellows ( 2 ), and that in the interior of the rolling bellows ( 2 ) a cooling unit circulated by the inside air ( 5 ) provided by the temperature sensors ( 6 ) and ( 7 ) is connected to its operating voltage as soon as and as long as the measured value Tw of the bellows wall temperature sensor ( 6 ) and / or the measured value Ti of the inside air temperature sensor ( 7 ) exceeds the maximum value Tx harmless to the rolling-bellows wall. Luftfederanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlaggregat (5) plattenförmige Gestalt besitzt und aus zusammengeschalteten Peltierelementen gebildet ist.Air spring arrangement according to claim 2, characterized in that the cooling unit ( 5 ) has plate-like shape and is formed of interconnected Peltier elements. Luftfederanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die heiße Rückseite des plattenförmigen Peltier-Kühlaggregates (5) über eine wärmeleitende elastische Zwischenschicht (5.1) mit einem Anschlussteil des Rollbalges – vorzugsweise mit der Bördelplatte (4) – großflächig verbunden ist.Air spring arrangement according to claim 3, characterized in that the hot back of the plate-shaped Peltier cooling unit ( 5 ) via a thermally conductive elastic intermediate layer ( 5.1 ) with a connection part of the rolling bellows - preferably with the crimping plate ( 4 ) - is connected over a large area. Luftfederanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bördelplatte (4) in dem Bereich, der innenseitig das plattenförmige Peltier-Kühlaggregat (5) trägt, außenseitig mit Kühlrippen (5.2) versehen istAir spring arrangement according to claim 4, characterized in that the crimping plate ( 4 ) in the area inside the plate-shaped Peltier refrigeration unit ( 5 ), on the outside with cooling fins ( 5.2 ) is provided
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DE102010054936A1 (en) 2010-12-17 2011-08-25 Daimler AG, 70327 Air suspension absorber, particularly motor vehicle air suspension absorber, has body-lateral connection and axis-lateral connection and air chambers
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