DE102016207873B4 - Air suspension unit for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Luftfedereinheit (1) für ein Kraftfahrzeug, welche einen hohlen Abrollkolben (3) und einen Rollbalg (2) aufweist, wobei der Rollbalg (2) über den Abrollkolben (3) gestülpt ist und unter Druck unter Ausbildung einer Rollfalte (21) an der Außenseite des Abrollkolbens (3) abrollt, wobei der Rollbalg (2) luftdicht zwischen einem Luftfederdeckel (7) und dem Abrollkolben (3) eingespannt ist, und im Bereich des Luftfederdeckels (7) ein pneumatischer Anschluss (10) vorgesehen ist, über welchen dem Inneren des Rollbalgs (2) variabel Druckluft zu- und abführbar ist, und dass der Abrollkolben (3) zylinderförmig durch eine Deckplatte (31) und eine gegenüber liegende Bodenplatte (32) gebildet ist, die durch eine umlaufende Seitenwand (33) miteinander verbunden sind, wobei innerhalb der Bodenplatte (32) wenigstens ein pneumatischer Anschluss (12) vorgesehen ist, über welchen dem Inneren des Abrollkolbens (3) von einer Druckluftversorgung variabel Druckluft zu- und abführbar ist, wobei die umlaufende Seitenwand (33) des Abrollkolbens (3) durch die Druckluftbeaufschlagung des Abrollkolbens (3) elastisch verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wandstärke der Seitenwand (33) von der Deckplatte (31) und von der Bodenplatte (32), wo die Wandstärke jeweils am größten ist, in axialer Richtung zu einer Mitte verjüngt und die Seitenwand (33) hier die geringste Wandstärke aufweist, wobei der Innendurchmesser der umlaufenden Seitenwand (33) ohne eine innere Druckbeaufschlagung des Abrollkolbens (3) zwischen der Deckplatte (31) und der Bodenplatte (32) bereichsweise erhöht ist, während die Außenseite (34) der Seitenwand (33) gleichzeitig zylindrisch und ihr Außendurchmesser über seine Länge konstant ist.Air spring unit (1) for a motor vehicle, which has a hollow rolling piston (3) and a rolling bellows (2), the rolling bellows (2) being placed over the rolling piston (3) and under pressure to form a rolling fold (21) on the outside of the rolling piston (3), the rolling bellows (2) being clamped airtight between an air spring cover (7) and the rolling piston (3), and in the area of the air spring cover (7) a pneumatic connection (10) is provided, via which the interior compressed air can be variably supplied and removed from the rolling bellows (2), and that the rolling piston (3) is cylindrically formed by a cover plate (31) and an opposite base plate (32), which are connected to one another by a circumferential side wall (33), wherein at least one pneumatic connection (12) is provided within the base plate (32), via which compressed air can be variably supplied and removed from a compressed air supply to the interior of the rolling piston (3), the circumferential side wall (33) of the rolling piston (3) passing through the compressed air pressurization of the rolling piston (3) is elastically deformable, characterized in that the wall thickness of the side wall (33) increases in the axial direction from the cover plate (31) and from the base plate (32), where the wall thickness is greatest Tapers in the middle and the side wall (33) has the smallest wall thickness here, the inner diameter of the circumferential side wall (33) being increased in areas without any internal pressurization of the rolling piston (3) between the cover plate (31) and the base plate (32), while the Outside (34) of the side wall (33) is simultaneously cylindrical and its outer diameter is constant over its length.
Description
Die Erfindung betrifft eine Luftfedereinheit für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Luftfedereinheit weist einen hohlen Abrollkolben und einen Rollbalg auf, wobei das Innere des Rollbalgs variabel mit Druckluft füllbar und unter Ausbildung einer Rollfalte an der Außenseite des Abrollkolbens abrollbar ist.The invention relates to an air spring unit for a motor vehicle according to the preamble of
Eine solche Luftfedereinheit kann als stufenlos variabel arbeitende Luftfedereinheit betrieben werden. Derartige Luftfederungsysteme für Kraftfahrzeuge bieten eine Vielzahl von Funktionalitäten, um die Fahreigenschaften des Fahrzeugs zu verbessern. Dabei werden in solchen Systemen beispielsweise Luftfedern eingesetzt, die einen Rollbalg aufweisen, in den Luft eingeschlossen ist. Dieser Rollbalg ist mit einem Deckel und einem Abrollkolben luftdicht verbunden. Der Rollbalg ist über den Abrollkolben gestülpt und kann unter Druck auf diesem abrollen. Eine solche Luftfeder wird durch einen Kompressor mit Druckluft versorgt. Abhängig von der Beladung des Kraftfahrzeugs wird Luft in den Rollbalg zu- oder abgepumpt, um die Federeigenschaften und auf diese Weise auch die Niveaulage des Fahrzeugs konstant zu halten.Such an air spring unit can be operated as a continuously variable air spring unit. Such air suspension systems for motor vehicles offer a variety of functionalities to improve the driving characteristics of the vehicle. In such systems, for example, air springs are used that have a rolling bellows in which air is enclosed. This rolling bellows is connected in an airtight manner to a cover and a rolling piston. The rolling bellows is placed over the rolling piston and can roll on it under pressure. Such an air spring is supplied with compressed air by a compressor. Depending on the load of the motor vehicle, air is pumped in or out of the rolling bellows in order to keep the spring properties and thus also the level of the vehicle constant.
Eine solche Luftfeder ist beispielsweise aus den
Dabei kann der Hauptrollbalg außen entlang des zweiten Balgs auf dem Abrollkolben abrollen.The main rolling bellows can roll along the outside of the second bellows on the rolling piston.
Die
Aus der
Die
Diese Arten von Luftfedereinheiten weisen jedoch eine Vielzahl von Bauteilen auf, die montiert werden müssen, so dass die Luftfedern oftmals aufwendig zu fertigen sind. Ferner sind sie relativ schwer und die Geometrien von einigen Abrollkolben sind sehr komplex.However, these types of air suspension units have a large number of components that have to be assembled, so that the air springs are often complex to manufacture. Furthermore, they are relatively heavy and the geometries of some rolling pistons are very complex.
Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Bereich der Luftfedereinheiten für Kraftfahrzeuge daher noch Raum für Verbesserungen.In view of the state of the art shown, the area of air suspension units for motor vehicles still offers room for improvement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ leichte Luftfedereinheit bereitzustellen, die möglichst wenige Bauteile aufweist und einfach zu fertigen ist.The invention is based on the object of providing a relatively light air spring unit that has as few components as possible and is easy to manufacture.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Luftfedereinheit für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention the object is achieved by an air suspension unit for a motor vehicle with the features of
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.It should be noted that the features and measures listed individually in the following description can be combined with one another in any technically sensible manner and show further refinements of the invention. The description characterizes and additionally specifies the invention, particularly in connection with the figures.
Die erfindungsgemäße Luftfedereinheit weist einen hohlen Abrollkolben und einen Rollbalg auf, wobei das Innere des Rollbalgs variabel mit Druckluft füllbar und unter Ausbildung einer Rollfalte an der Außenseite des Abrollkolbens abrollbar ist. Auf diese Weise kann dem Rollbalg stufenlos variabel Luft zu- und abgeführt werden, um beispielsweise in Abhängigkeit von der Beladung des Kraftfahrzeugs die Federeigenschaften der Luftfeder anzupassen. Die Luftfeder ist dazu zwischen der Karosserie und einem Element einer Radaufhängung montiert.The air spring unit according to the invention has a hollow rolling piston and a rolling bellows, the interior of the rolling bellows being variably fillable with compressed air and being able to be rolled to form a rolling fold on the outside of the rolling piston. In this way, air can be supplied and removed from the rolling bellows in a continuously variable manner, for example in order to adapt the spring properties of the air spring depending on the load of the motor vehicle. For this purpose, the air spring is mounted between the body and a wheel suspension element.
Erfindungsgemäß ist das Innere des Abrollkolbens ebenfalls variabel mit Druckluft füllbar, wobei wenigstens eine Seitenwand des Abrollkolbens bei dieser Druckluftbeaufschlagung elastisch verformbar ist. Die elastische Verformung erfolgt dabei in einer Richtung quer zur Längsachse der Luftfedereinheit.According to the invention, the interior of the rolling piston can also be variably filled with compressed air, with at least one side wall of the rolling piston being elastically deformable when this compressed air is applied. The elastic deformation takes place in a direction transverse to the longitudinal axis of the air spring unit.
So kann nicht nur dem Rollbalg, sondern auch dem Abrollkolben stufenlos variabel Luft zu- und abgeführt werden, wodurch dieser ebenfalls zur Anpassung von Federeigenschaften der Luftfedereinheit genutzt werden kann. Verglichen mit anderen stufenlos variabel arbeitenden Luftfedereinheiten ist die erfindungsgemäße Luftfedereinheit dabei weniger komplex aufgebaut. Neben den zwei Elementen Rollbalg und Abrollkolben kann ein ergänzender Luftfederdeckel ausreichend sein, um den Rollbalg im Bereich des Anschlusses zur Karosserie zu verschließen. Das andere Ende des schlauchförmigen Rollbalgs wird durch den Abrollkolben verschlossen. Damit wären lediglich drei Elemente erforderlich, die einfach zu montieren sind. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Rollbalg dann luftdicht zwischen einem Luftfederdeckel und dem Abrollkolben eingespannt.This means that air can be supplied and removed in a continuously variable manner not only to the rolling bellows, but also to the rolling piston, which can also be used to adapt the spring properties of the air suspension unit. Compared to other continuously variable air spring units, the air spring unit according to the invention has a less complex structure. In addition to the two elements of the rolling bellows and rolling piston, an additional air spring cover can be sufficient to close the rolling bellows in the area of the connection to the body. The other end of the tubular rolling bellows is closed by the rolling piston. This would only require three elements that are easy to assemble. In one embodiment of the invention, the rolling bellows is then clamped in an airtight manner between an air spring cover and the rolling piston.
Die Geometrie des Abrollkolbens kann einfach ausgeführt sein, um bei Druckbeaufschlagung von innen eine elastische Verformung wenigstens einer Seitenwand verwirklichen zu können. Die einfache Bauweise der Luftfedereinheit ermöglicht geringe Fertigungskosten, geringe Stückkosten und geringe Materialkosten. Ferner ist die erfindungsgemäße Luftfedereinheit wesentlich leichter als bekannte Luftfedereinheiten.The geometry of the rolling piston can be designed to be simple in order to be able to realize an elastic deformation of at least one side wall when pressure is applied from the inside. The simple design of the air suspension unit enables low manufacturing costs, low unit costs and low material costs. Furthermore, the air spring unit according to the invention is significantly lighter than known air spring units.
Um eine elastische Verformung einer Seitenwand des Abrollkolbens zu unterstützen, ist die Wandstärke dieser elastisch verformbaren Seitenwand erfindungsgemäß bereichsweise reduziert. Dabei ist der Abrollkolben zylinderförmig durch eine Deckplatte und eine gegenüber liegende Bodenplatte gebildet, die durch eine umlaufende Seitenwand miteinander verbunden sind. Die Wandstärke der Seitenwand ist dann erfindungsgemäß zwischen den Bereichen nahe der Deckplatte und der Bodenplatte, also in einem Mittelbereich zumindest bereichsweise reduziert. Die Wandstärke in den Bereichen nahe der Deckplatte und der Bodenplatte ist somit größer als in einem Abschnitt zwischen diesen Bereichen. Auf diese Weise kann sich die Seitenwand bei einer Druckbeaufschlagung nach außen wölben, wobei der Abrollkolben bei höheren Drücken quasi die Form eines Fasses annimmt. Die Verformung der Seitenwand hängt dabei vom Druckniveau im Innern des Abrollkolbens und der Wanddickenvariation der Seitenwand ab.In order to support elastic deformation of a side wall of the rolling piston, the wall thickness of this elastically deformable side wall is reduced in areas according to the invention. The rolling piston is cylindrical in shape by a cover plate and an opposite base plate, which are connected to one another by a circumferential side wall. According to the invention, the wall thickness of the side wall is then reduced at least in some areas between the areas near the cover plate and the base plate, i.e. in a central area. The wall thickness in the areas near the cover plate and the base plate is therefore greater than in a section between these areas. In this way, the side wall can bulge outwards when pressure is applied, with the rolling piston taking on the shape of a barrel at higher pressures. The deformation of the side wall depends on the pressure level inside the rolling piston and the variation in wall thickness of the side wall.
Beispielsweise kann die Seitenwand die geringste Wandstärke x etwa in der Mitte zwischen der Deckplatte und der Bodenplatte des Abrollkolbens aufweisen. Die reduzierte Wandstärke kann jedoch auch etwas außerhalb der Mitte vorgesehen sein. Beträge für die reduzierte Wandstärke können insbesondere zwischen 2 mm und 10 mm liegen, während die maximale Wandstärke in anderen Abschnitten der Seitenwand zwischen 5 mm und 20 mm liegen kann.For example, the side wall can have the smallest wall thickness x approximately in the middle between the cover plate and the bottom plate of the rolling piston. However, the reduced wall thickness can also be provided slightly outside the center. Amounts for the reduced wall thickness can in particular be between 2 mm and 10 mm, while the maximum wall thickness in other sections of the side wall can be between 5 mm and 20 mm.
Die bereichsweise Reduzierung der Wandstärke der Seitenwand kann durch eine Verringerung des Außendurchmessers und eine gleichzeitige Vergrößerung des Innendurchmessers des Abrollkolbens in einem gemeinsamen Abschnitt erreicht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch nur der Innendurchmesser des Abrollkolbens in einem Abschnitt erhöht. In dieser Ausführungsform weist die umlaufende Seitenwand dann ohne eine innere Druckbeaufschlagung des Abrollkolbens zwischen der Deckplatte und der Bodenplatte einen konstanten Außendurchmesser auf und ist somit zylindrisch. Der Innendurchmesser zwischen den Bereichen nahe der Deckplatte und der Bodenplatte ist hingegen bereichsweise erhöht, wodurch die Wandstärke in diesem Bereich reduziert ist.The partial reduction in the wall thickness of the side wall can be achieved by reducing the outer diameter and simultaneously increasing the inner diameter of the rolling piston in a common section. In a preferred embodiment of the invention, however, only the inner diameter of the rolling piston is increased in one section. In this embodiment, the circumferential side wall then has a constant outside diameter without any internal pressurization of the rolling piston between the cover plate and the base plate and is therefore cylindrical. The inner diameter between the areas near the cover plate and the base plate, however, is increased in some areas, which reduces the wall thickness in this area.
Vorzugsweise ist die bereichsweise Reduzierung der Wandstärke stufenlos ausgebildet. Es handelt sich somit nicht um eine lokale umlaufende Nut, sondern die Innenfläche der Seitenwand ist insgesamt nach außen gewölbt. Dabei können verschiedene geeignete Wölbungskurven verwendet werden. In einer Ausführungsform der Erfindung verläuft die Innenfläche der Seitenwand von der Deckplatte und der Bodenplatte ausgehend zunächst parallel zur Außenfläche der Seitenwand, bevor die Wölbung nach außen beginnt.Preferably, the area-wise reduction in wall thickness is continuous. It is therefore not a local circumferential groove, but rather the inner surface of the side wall is curved outwards overall. Various suitable curvature curves can be used. In one embodiment of the invention, the inner surface of the side wall, starting from the cover plate and the base plate, initially runs parallel to the outer surface of the side wall before the outward curvature begins.
Um dem Innern des Abrollkolbens Luft zu- und abführen zu können, kann wenigstens ein pneumatischer Anschluss innerhalb der Bodenplatte des Abrollkolbens vorgesehen sein.In order to be able to supply and remove air to the interior of the rolling piston, at least one pneumatic connection can be provided within the base plate of the rolling piston.
Der Abrollkolben kann aus einem einzigen Material oder verschiedenen Materialien gefertigt sein. Beispielsweise kann die Seitenwand aus einem anderen Material gefertigt sein als die Deckplatte und die Bodenplatte. Es kann jedoch auch nur ein einziges Material mit verschiedenen Dicken verwendet werden. In einer Ausführungsform der Erfindung kann wenigstens die Seitenwand des Abrollkolbens aus einem Kunststoff gebildet sein. Dieser Kunststoff ist idealer Weise elastisch verformbar. Beispielsweise kann hierzu Polyamid verwendet werden.The rolling piston can be made of a single material or different materials. For example, the side wall can be made of a different material than the cover plate and the base plate. However, only a single material with different thicknesses can be used. In one embodiment of the invention, at least the side wall of the rolling piston can be made of a plastic. This plastic is ideally elastically deformable. For example, polyamide can be used for this.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
-
1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftfedereinheit, -
2 einen schematischen Querschnitt durch eine Luftfedereinheit gemäß der1 mit geringem Druck im Abrollkolben, und -
3 einen schematischen Querschnitt durch eine Luftfedereinheit gemäß der1 mit höherem Druck im Abrollkolben.
-
1 a side view of an embodiment of an air spring unit according to the invention, -
2 a schematic cross section through an air spring unit according to1 with low pressure in the rolling piston, and -
3 a schematic cross section through an air spring unit according to1 with higher pressure in the rolling piston.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same parts are always provided with the same reference numbers, which is why they are usually only described once.
Die schematische Seitenansicht gemäß der
Das obere Ende des Rollbalgs 2 ist an einem oberen Luftfederdeckel 7 angebracht. Der Luftfederdeckel 7 ist dem schematischen Querschnitt der
Das untere Ende des Rollbalgs 2 ist an dem Abrollkolben 3 angebracht. Dies erfolgt über einen weiteren Crimpring 8. Dieser Crimpring 8 kann wie bei der Ausführungsform der
Der Druck innerhalb des Rollbalgs 2 wird eingestellt, indem dem umgrenzten Bereich des Balgvolumens 9 Luft zu- und abgeführt wird. Hierzu wird ein pneumatischer Anschluss 10 verwendet. Dieser befindet sich vorzugsweise im Bereich des oberen Luftfederdeckels 7. Die Druckluft kann dabei durch den Luftfederdeckel 7 und auch durch einen Abschnitt der Karosserie bzw. des Hilfsrahmens 4 geleitet werden. Die mit dem Anschluss 10 verbundene Druckluftversorgung beispielsweise mit einem Kompressor ist in den Figuren nicht gezeigt, kann jedoch vom Fachmann auf verschiedene geeignete Arten ausgeführt werden.The pressure within the rolling bellows 2 is adjusted by supplying and removing air to the delimited area of the
Bei dem Abrollkolben 3 handelt es sich um ein hohles Element. Dieses ist beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial geformt und weist eine obere Deckplatte 31, eine untere Bodenplatte 32 und eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwand auf. Dem umgrenzten Raum in Form des Kolbenvolumens kann ebenfalls Luft zu- und abgeführt werden. Dies erfolgt über einen pneumatischen Anschluss 12 für den Abrollkolben. Dieser Anschluss 12 liegt im Bereich der unteren Bodenplatte 32. Die Druckluft kann dabei durch die Bodenplatte 32 und auch durch einen Abschnitt des Radträgers bzw. Lenkers 5 geleitet werden. Die mit dem Anschluss 12 verbundene Druckluftversorgung ist in den Figuren ebenfalls nicht gezeigt, kann jedoch vom Fachmann auf verschiedene geeignete Arten ausgeführt werden.The rolling
Die Deckplatte 31 und die Bodenplatte 32 des Abrollkolbens 3 sind rund und haben vorzugsweise eine konstante Wandstärke. Die zylindrische Seitenwand 33 des Abrollkolbens 3 hat hingegen eine veränderliche Wandstärke. Wenigstens diese Seitenwand ist aus einem Kunststoff gefertigt. Die Bereiche in der Nähe der Deckplatte 31 bzw. der Bodenplatte 32 sind dabei dicker ausgeführt als ein Bereich weiter entfernt von der Deckplatte 31 bzw. der Bodenplatte 32. Beispielsweise kann die Seitenwand 33 in axialer Z-Richtung gesehen etwa in der Mitte des Abrollkolbens 3 verjüngt sein. Die Verjüngung kann jedoch auch näher an der Deckplatte 31 oder der Bodenplatte 32 vorgesehen sein. Die Dicke x in diesem Bereich kann zwischen 2 mm und 10 mm liegen, während die größere Dicke X im Bereich der Deckplatte 31 und der Bodenplatte 32 beispielsweise zwischen 5 mm und 20 mm liegen kann.The
Die Seitenwand 33 des Abrollkolbens 3 kann je nach Druckbeaufschlagung verschiedene Zustände bzw. Formen annehmen, welche im Folgenden mit den Bezugszeichen 33a und 33b beschrieben werden. In
Die Formveränderung der Außenseite 34, also 34a/34b der zylindrischen Seitenwand 33, also 33a/33b ist dabei eine Funktion des Drucks der Luft in dem Volumen 11 a/11 b innerhalb des Abrollkobens 3 und der Wandstärkenveränderung der zylindrischen Seitenwand 33, also 33a/33b. Die Formveränderung ist also stufenlos zwischen zwei Extremzuständen.The change in shape of the outside 34, i.e. 34a/34b of the
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 11
- LuftfedereinheitAir suspension unit
- 22
- RollbalgRolling bellows
- 2121
- RollfalteRoll fold
- 33
- Abrollkolbenrolling piston
- 44
- Karosserie, HilfsrahmenBody, subframe
- 55
- Radträger, LenkerWheel carrier, handlebars
- 66
- Crimpringcrimp ring
- 77
- LuftfederdeckelAir spring cover
- 88th
- Crimpringcrimp ring
- 99
- BalgvolumenBellows volume
- 1010
- Pneumatischer Anschluss für RollbalgPneumatic connection for rolling bellows
- 11a11a
- Kolbenvolumen im ersten DruckzustandPiston volume in the first pressure state
- 11b11b
- Kolbenvolumen im zweiten DruckzustandPiston volume in the second pressure state
- 1212
- Pneumatischer Anschluss für AbrollkolbenPneumatic connection for rolling piston
- 3131
- DeckplatteCover plate
- 3232
- Bodenplattebase plate
- 3333
- SeitenwandSide wall
- 3434
- AußenseiteOutside
- 33a33a
- Seitenwand im ersten DruckzustandSidewall in the first printing state
- 34a34a
- Außenseite des Abrollkolbens im ersten DruckzustandOutside of the rolling piston in the first pressure state
- 33b33b
- Seitenwand im zweiten DruckzustandSidewall in the second printing state
- 34b34b
- Außenseite des Abrollkolbens im zweiten Druckzustand Outside of the rolling piston in the second pressure state
- AA
- Längsachse der LuftfedereinheitLongitudinal axis of the air suspension unit
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