DE102019210972A1

DE102019210972A1 - Integrated air spring and shock absorber device with stepless adjustability

Info

Publication number: DE102019210972A1
Application number: DE102019210972.1A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wolf-Monheim
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2021-01-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung (10), aufweisend einen Zweirohrdämpfer (12) mit einem inneren Zylinderrohr (14) und einem äußeren Zylinderrohr (28) sowie eine Gasfeder (56) mit einem Rollbalg (60). Erfindungsgemäß ist ein Ende des Rollbalgs (60) gasdicht an dem äußeren Zylinderrohr (28) befestigt und ein Ende einer Kolbenstange (50) des Zweirohrdämpfers (12) fest mit einem Federdeckel (58) der Gasfeder (56) verbunden. Ferner besteht zwischen dem vom Rollbalg (60) umschlossenen Gasraum (62) und dem äußeren Zylinderrohr (28) eine fluidtechnische Verbindung (46), und in zumindest einem Betriebszustand ist ein Zwischenraum (48) zwischen dem inneren Zylinderrohr (14) und dem äußeren Zylinderrohr (28) teilweise mit Hydraulikfluid (70) und teilweise mit Gas (72) gefüllt.

The invention relates to an integrated gas spring and shock absorber device (10), comprising a twin-tube damper (12) with an inner cylinder tube (14) and an outer cylinder tube (28) and a gas spring (56) with a bellows (60). According to the invention, one end of the bellows (60) is attached to the outer cylinder tube (28) in a gas-tight manner and one end of a piston rod (50) of the twin-tube damper (12) is firmly connected to a spring cover (58) of the gas spring (56). Furthermore, there is a fluidic connection (46) between the gas space (62) enclosed by the rolling bellows (60) and the outer cylinder tube (28), and in at least one operating state there is an intermediate space (48) between the inner cylinder tube (14) and the outer cylinder tube (28) partially filled with hydraulic fluid (70) and partially with gas (72).

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, aufweisend einen Zweirohrdämpfer und eine Gasfeder mit Rollbalg.The invention relates to an integrated gas spring and shock absorber device according to the preamble of claim 1, having a twin-tube damper and a gas spring with a rolling bellows.

Im Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik ist es bekannt, Radaufhängungen mit elastischen Federelementen zwischen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs als gefederte Masse und Rädern des Fahrzeugs als ungefederte Masse einzusetzen, um einen Fahrkomfort von Fahrzeuginsassen zu erhöhen, indem von Bodenunebenheiten verursachte Stöße nicht unmittelbar auf die Karosserie übertragen werden. Ferner kann ein für eine Kraftübertragung erforderlicher Bodenkontakt der Räder auch bei Bodenunebenheiten gewährleistet werden. Durch Bodenunebenheiten angeregte Schwingungen der Karosserie werden in bekannter Weise durch eine Verwendung von Stoßdämpfern gedämpft, die zwischen der Karosserie und Radachsen angeordnet sind. Die elastischen Federelemente können dabei beispielsweise von elastischen Spiralfedern gebildet und integraler Bestandteil der Stoßdämpfer sein.In the field of automotive engineering, it is known to use wheel suspensions with elastic spring elements between a body of a motor vehicle as the sprung mass and the wheels of the vehicle as the unsprung mass in order to increase driving comfort for vehicle occupants by not directly transferring shocks caused by uneven floors to the body. Furthermore, a ground contact of the wheels, which is necessary for a power transmission, can be ensured even with uneven ground. Vibrations of the body caused by uneven floors are dampened in a known manner by using shock absorbers which are arranged between the body and wheel axles. The elastic spring elements can for example be formed by elastic spiral springs and be an integral part of the shock absorber.

Zur Anpassung der Federungseigenschaften an wechselnde Bedingungen hinsichtlich Fahrzeuglast und Straßenverhältnissen sind im Stand der Technik Luftfederaufhängungen vorgeschlagen worden, bei denen von biegsamen Druckkammern begrenzte Luft- bzw. Gasräume mit Stoßdämpfern kombiniert sind. Die federelastischen Eigenschaften können durch Änderung des Betriebsdrucks in dem Luft- bzw. Gasraum eingestellt werden.To adapt the suspension properties to changing conditions with regard to vehicle load and road conditions, air spring suspensions have been proposed in the prior art, in which air or gas spaces delimited by flexible pressure chambers are combined with shock absorbers. The resilient properties can be adjusted by changing the operating pressure in the air or gas space.

Beispielsweise beschreibt die US 4,445,673 A eine Stoßdämpfer- und Luftfederanordnung, die insbesondere zur Verwendung in einem Aufhängungssystem für eine Kippkabine geeignet ist. Sie bietet die Möglichkeit, den Dämpfungsgrad des Dämpfungskolbens beim Aufwärtshub und in geringerem Maße auch beim Abwärtshub fernzusteuern. Im Aufwärtshubmodus wird Hydraulikflüssigkeit, die aus einer oberen Kammer austritt, durch eine einstellbare Öffnung auf dem Weg zum Vorratsbehälter geleitet. Im Abwärtshubmodus hält der Durchfluss durch den Dämpferkolben die Kammer über dem Dämpferkolben voll.For example, describes the U.S. 4,445,673 A discloses a shock absorber and air spring assembly particularly suitable for use in a suspension system for a tilt cab. It offers the possibility of remotely controlling the degree of damping of the damping piston on the upstroke and, to a lesser extent, on the downstroke. In the upstroke mode, hydraulic fluid exiting an upper chamber is directed through an adjustable orifice en route to the reservoir. In the downstroke mode, flow through the damper piston keeps the chamber above the damper piston full.

Die Stoßdämpfer- und Luftfederanordnung kann eine erste Basis, die an einem Fahrerhauselement angebracht werden kann, eine zweite Basis, die an einem Fahrerhausverriegelungsmechanismus angebracht werden kann, eine Stoßdämpfer-Unterbaugruppe und eine Luftfeder-Unterbaugruppe beinhalten.The shock absorber and air spring assembly may include a first base attachable to a cab member, a second base attachable to a cab latch mechanism, a shock absorber sub-assembly, and an air spring sub-assembly.

Die Luftfeder-Unterbaugruppe umfasst einen Luftfederbalg, der eine Stange und einen Zylinder der Stoßdämpfer-Unterbaugruppe umgibt. Eine Leitung leitet Luft unter Druck zum und vom Luftfederbalg. Der Luftfederbalg ist an seinem oberen Ende mit der ersten Basis und an seinem unteren Ende mit der oberen Komponente der zweiten Basis verbunden. Alternativ könnte der Luftfederbalg an seinem unteren Ende mit der unteren Komponente der zweiten Basis verbunden sein, aber die erstgenannte Konfiguration erleichtert die Demontage zur Wartung.The air spring sub-assembly includes an air bellows surrounding a rod and cylinder of the shock absorber sub-assembly. A conduit carries air under pressure to and from the air bag. The air spring is connected at its upper end to the first base and at its lower end to the upper component of the second base. Alternatively, the air bellows could be connected at its lower end to the lower component of the second base, but the former configuration facilitates disassembly for maintenance.

Wenn ein Lastkraftwagen, der die Stoßdämpfer- und Luftfederanordnung enthält, über die Straße fährt, wird der Luftfederbalg auf einen Druck aufgeblasen, der von einem Niveauregelventil gesteuert wird, um einen Dämpfungskolben in der Mitte eines Zylinders der Stoßdämpfer-Unterbaugruppe zu halten.When a truck containing the shock absorber and air spring assembly drives across the road, the air bag is inflated to a pressure controlled by a level control valve to maintain a damping piston in the center of a cylinder of the shock absorber subassembly.

Ferner schlägt die US 3,497,198 A eine Stoßdämpfer- und Luftfederanordnung mit verlängerter Lebensdauer vor, die einen direkt wirkenden, rohrförmigen Teleskopstoßdämpfer mit einem Hauptkörperabschnitt und einer Kolbenstange enthält, die von dem Hauptkörperabschnitt nach oben vorsteht und relativ zu diesem axial bewegbar ist.Furthermore, the U.S. 3,497,198 A discloses an extended life shock absorber and air spring assembly that includes a direct-acting, tubular, telescopic shock absorber having a main body portion and a piston rod protruding upwardly from and axially movable relative to the main body portion.

Eine starre, röhrenförmige Einheit ist an dem vorstehenden Ende der Kolbenstange befestigt und erstreckt sich axial in Richtung des Hauptkörperabschnitts. Wenn sich der Stoßdämpfer in seiner zurückgezogenen Position befindet, umgibt die starre, röhrenförmige Einheit konzentrisch den oberen Abschnitt des Hauptkörperabschnitts. Ein flexibles Wandelement oder eine flexible Luftmanschette ist an dem Hauptkörperabschnitt nahe seinem oberen Ende angebracht und erstreckt sich von dem vorstehenden Kolbenstangenende nach unten weg. Das freie Ende der flexiblen Luftmanschette ist umgedreht und am nicht befestigten Ende der starren, röhrenförmigen Einheit befestigt. Die flexible Luftmanschette nimmt somit eine ringförmige Hüllenform mit einer Innenwand, einer Außenwand und einer ringförmigen Zwischenfalte an, die ihre Position ändert, wenn sich der Stoßdämpfer von einer Einfederposition zu einer Ausfederposition bewegt. In einem freien, nicht montierten Zustand ist die flexible Luftmanschette im Wesentlichen rohrförmig und hat einen Abschnitt mit größerem Durchmesser, einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser und einen sich verjüngenden Abschnitt zwischen den Abschnitten mit größerem und kleinerem Durchmesser. Das Ende des Abschnitts kleineren Durchmessers ist an dem Stoßdämpferkörper befestigt, während das Ende des Abschnitts größeren Durchmessers an der starren röhrenförmigen Einheit befestigt ist. Die Differenz der Durchmesser und der sich verjüngende Durchmesserabschnitt verleihen der flexiblen Luftmanschette in ihrer eingebauten Position eine natürliche Elastizität, um einen Kontakt zwischen den Innen- und Außenwänden des flexiblen Wandelements zu verhindern, unabhängig davon, ob sie aufgeblasen ist oder nicht, und um dadurch ein Abwetzen und Einklemmen der flexiblen Luftmanschette zu vermeiden.A rigid, tubular unit is attached to the protruding end of the piston rod and extends axially towards the main body portion. When the shock absorber is in its retracted position, the rigid tubular unit concentrically surrounds the upper portion of the main body portion. A flexible wall member or flexible air sleeve is attached to the main body portion near its upper end and extends downwardly from the protruding piston rod end. The free end of the flexible air cuff is inverted and attached to the unsecured end of the rigid, tubular unit. The flexible air sleeve thus assumes an annular envelope shape with an inner wall, an outer wall and an annular intermediate fold which changes position as the shock absorber moves from a compression position to a rebound position. In a free, unassembled state, the flexible air cuff is substantially tubular and has a larger diameter section, a smaller diameter section and a tapered section between the larger and smaller diameter sections. The end of the smaller diameter section is attached to the shock absorber body, while the end of the larger diameter section is attached to the rigid tubular unit. The difference in diameter and the tapered diameter portion give the flexible air sleeve in its installed position a natural resilience to prevent contact between the inner and outer walls of the flexible wall element, independently whether it is inflated or not, thereby avoiding abrasion and pinching of the flexible air cuff.

Zudem sind im Stand der Technik Lösungen von kombinierten Stoßdämpfer- und Luftfedervorrichtungen bekannt, die bei Kraftaufnahme relativ zum Fahrgestell drehbar und daher in radführender Funktion einsetzbar sind.In addition, solutions of combined shock absorber and air suspension devices are known in the prior art, which can be rotated relative to the chassis when force is absorbed and can therefore be used in a wheel-guiding function.

So beschreibt etwa die US 7,011,301 B2 ein radführendes Vorderachs-Federbein, das eine Feder und einen axial darin integrierten Stoßdämpfer beinhaltet. Die Feder weist zwei Endglieder auf. Ein Federelement ist zwischen diesen Endgliedern angeordnet. Der Stoßdämpfer enthält einen Stoßdämpferzylinder und eine Stoßdämpferstange, die über ein nicht drehbares Stoßdämpferlager mit dem Fahrgestell verbunden ist. Eines der Endglieder ist über ein Drehlager mit dem Fahrgestell verbunden. Das andere Endglied ist fest mit dem Stoßdämpferzylinder und dadurch gemeinsam mit der Vorderachse verbunden.This is how the US 7,011,301 B2 a wheel-guiding front axle strut that contains a spring and a shock absorber axially integrated therein. The spring has two end links. A spring element is arranged between these end members. The shock absorber contains a shock absorber cylinder and a shock absorber rod that is connected to the chassis via a non-rotating shock absorber bearing. One of the end links is connected to the chassis via a pivot bearing. The other end link is firmly connected to the shock absorber cylinder and thus jointly to the front axle.

Das erstgenannte Endglied ist eine Luftfederabdeckung und das zweitgenannte Endglied ist ein Luftfederkolben. Ein Luftfederbalg ist druckdicht und zugfest zwischen der Luftfederabdeckung und dem Luftfederkolben angeordnet. Luftfederabdeckung, Luftfederkolben und Federelement (Luftfederbalg) schließen gemeinsam einen Luftfeder-Druckraum ein. Das Drehlager und eine Dichtung sind zwischen der Luftfederabdeckung und dem nicht drehbaren Stoßdämpferlager angeordnet. Das Drehlager und die Dichtung können entsprechend einer Radbewegung zur Steuerung des Fahrzeugs bei Drehung belastet werden.The first-mentioned end link is an air spring cover and the second-mentioned end link is an air spring piston. An air spring bellows is arranged in a pressure-tight and tensile manner between the air spring cover and the air spring piston. Air spring cover, air spring piston and spring element (air spring bellows) together enclose an air spring pressure chamber. The pivot bearing and a seal are arranged between the air spring cover and the non-rotatable shock absorber bearing. The pivot bearing and the seal can be loaded in accordance with a wheel movement to control the vehicle during rotation.

Weiterhin schlägt die US 7,077,052 B2 eine Federbeinbaugruppe mit umgedrehter Luftfederkonfiguration zur Verkleinerung des Durchmessers eines Luftfederkolbens einer Luftfederbaugruppe vor. Die Luftfederbaugruppe ist an einem Stoßdämpfer befestigt, um die Federbeinbaugruppe zu bilden. Der Stoßdämpfer umfasst einen Außenzylinder mit einem Stoßdämpferkolben und einer in dem Außenzylinder angebrachten Kolbenstange. Der Außenzylinder enthält eine Stoßdämpferhalterung, die an einem Fahrzeugrad befestigt ist. Die Luftfederbaugruppe umfasst eine obere Halterung, die an einem Fahrzeugkarosserieteil befestigt ist, und eine untere Halterung, die an dem Außenzylinder befestigt ist. Ein Luftfederkolben ist an der oberen Halterung über eine Lagerbaugruppe befestigt, um eine relative Drehung zwischen dem Luftfederkolben und dem Fahrzeugkarosserieteil zu erlauben. Ein biegsames Teil erstreckt sich von der unteren Halterung zu einem unteren Ende des Luftfederkolbens. Das flexible Element definiert eine innere Fluidkammer oder ein inneres Volumen. Die Kolbenstange ist an einem Ende an dem Stoßdämpferkolben und an einem entgegengesetzten Ende an dem Luftfederkolben befestigt. Ein Isolator ist zwischen der Kolbenstange und dem Luftfederkolben angebracht, um Stoßbelastungen zu minimieren.Furthermore, the US 7,077,052 B2 proposed a strut assembly with an inverted air spring configuration for reducing the diameter of an air spring piston of an air spring assembly. The air spring assembly is attached to a shock absorber to form the strut assembly. The shock absorber comprises an outer cylinder with a shock absorber piston and a piston rod mounted in the outer cylinder. The outer cylinder contains a shock mount that is attached to a vehicle wheel. The air spring assembly includes an upper bracket that is attached to a vehicle body panel and a lower bracket that is attached to the outer cylinder. An air spring piston is attached to the upper bracket via a bearing assembly to allow relative rotation between the air spring piston and the vehicle body panel. A flexible member extends from the lower bracket to a lower end of the air spring piston. The flexible element defines an internal fluid chamber or volume. The piston rod is attached at one end to the shock absorber piston and at an opposite end to the air spring piston. An isolator is placed between the piston rod and the air spring piston to minimize shock loads.

Ein Modul aus Luftfeder und Stoßdämpfer mit besonders kompakter Ventilanordnung wird in der US 6,715,744 B2 vorgeschlagen. Eine Aufhängungsbaugruppe enthält einen Stoßdämpfer und ein mit Hydraulikfluid gefülltes Gehäuse. Eine Luftfeder ist auf dem Stoßdämpfer gelagert, und die Luftfeder weist einen mit Luft gefüllten Balg auf. Eine Ventilbaugruppe ist von dem Fluidgehäuse und dem Balg umgeben. Die Ventilbaugruppe steht in Fluidverbindung mit dem Hydraulikfluid und Luft. Die Luft betätigt das Ventil und stellt den Strom von Hydraulikfluid durch den Stoßdämpfer ein, um die Dämpfung anhand der an der Luftfeder festgestellten Fahrzeuglast einzustellen. Der Stoßdämpfer kann vorzugsweise eine Doppelrohrkonfiguration aufweisen und ein Gehäuse beinhalten. Das Gehäuse weist eine innere Hydraulikfluidkammer oder Arbeitskammer auf, die durch eine innere Wand begrenzt wird. Ein Kolben ist in der inneren Kammer angeordnet und an der Kolbenstange befestigt. Der Kolben bewegt sich durch das Fluid in der inneren Kammer, um in Reaktion auf fahrzeugseitige Eingangsgrößen eine Dämpfung bereitzustellen. Das Gehäuse beinhaltet außerdem eine äußere Wand, die eine äußere Kammer bzw. einen Behälter begrenzt, der mit der inneren Kammer durch einen Kompressionskopf in Fluidverbindung steht. Der Kompressionskopf weist Fluidkanäle auf, die die innere Kammer und die äußere Kammer verbinden, um während eines Kompressionshubs, in dem sich der Kolben in Richtung zu dem Kompressionskopf bewegt, eine Dämpfung bereitzustellen. Vorzugsweise befindet sich die Ventilbaugruppe in dem inneren Zylinderkopf, der zwischen der Kolbenstange und der zylindrischen Außenwand des Stoßdämpfers angeordnet ist. Die Ventilbaugruppe kann ein Kippventil umfassen, das mit anderen Ventilkolben und Federn zusammenwirkt, um eine veränderliche Dämpfung je nach der von der inneren Feder festgestellten Fahrzeuglast bereitzustellen.A module consisting of an air spring and shock absorber with a particularly compact valve arrangement is used in the US 6,715,744 B2 suggested. A suspension assembly includes a shock absorber and a housing filled with hydraulic fluid. An air spring is mounted on the shock absorber and the air spring has an air-filled bellows. A valve assembly is surrounded by the fluid housing and the bellows. The valve assembly is in fluid communication with the hydraulic fluid and air. The air operates the valve and adjusts the flow of hydraulic fluid through the shock absorber to adjust the damping based on the vehicle load detected on the air spring. The shock absorber may preferably have a double tube configuration and include a housing. The housing has an inner hydraulic fluid chamber or working chamber which is bounded by an inner wall. A piston is located in the inner chamber and attached to the piston rod. The piston moves through the fluid in the interior chamber to provide damping in response to vehicle inputs. The housing also includes an outer wall defining an outer chamber or container that is in fluid communication with the inner chamber through a compression head. The compression head has fluid channels connecting the inner chamber and the outer chamber to provide damping during a compression stroke in which the piston is moving toward the compression head. The valve assembly is preferably located in the inner cylinder head which is arranged between the piston rod and the cylindrical outer wall of the shock absorber. The valve assembly may include a tilt valve that cooperates with other valve pistons and springs to provide variable damping depending on the vehicle load detected by the internal spring.

In dem Fachartikel von Niculescu A.I., Jankowski A., Kowalski M., Sireteanu T. (2016), On the New Concept and Advantages of the Integrated Shock Absorber-Air Spring-„Isas“, in: Andreescu C., Clenci A. (eds) Proceedings of the European Automotive Congress EAEC-ESFA 2015 . Springer, Cham (2015, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-27276-4_9), sind das Konzept einer integrierten Stoßdämpfer-Luftfeder, kurz ISAS genannt, und seine Vorteile beschrieben, die auf Simulationen basieren, die mit dem ADAMS Software-View-Modul für ein Viertel-Fahrzeugmodell realisiert wurden. ISAS ist eine einfache und kostengünstige Lösung für die einfache oder zeitnahe Korrektur einer Fahrzeugabstimmung, um Stabilität, Komfort, Überholkapazität, Handhabung, Reisegeschwindigkeit und aktive Sicherheit zu verbessern und das Risiko von Fahrwerksschäden zu verringern. Das Konzept besteht darin, eine steuerbare Auftriebskraft unter dem Staubschutzdeckel zu erzeugen, indem der Bereich zwischen Staubschutz und äußerem Zylinder geschlossen und mit Druckgas/Luft unter geeignetem Druck befüllt wird. Im Vergleich zu der bekannten Lösung, die mit einer Gummimanschette bzw. einem Gummibalg realisiert wird, ist die Lösung gemäß dem Fachartikel kompakter, zuverlässiger und widerstandsfähiger bei hohem Druck. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Stahlfeder vollständig zu beseitigen, wobei ihre Funktion von der im ISAS enthaltenen Luftfedervorrichtung vollständig übernommen wird. Der „ISAS“-Trimmkorrektor ist bei einer Vorder- und Hinterradaufhängung einschließlich der Macpherson-Lösung anwendbar.In the specialist article by Niculescu AI, Jankowski A., Kowalski M., Sireteanu T. (2016), On the New Concept and Advantages of the Integrated Shock Absorber-Air Spring- "Isas", in: Andreescu C., Clenci A. (eds) Proceedings of the European Automotive Congress EAEC-ESFA 2015 . Springer, Cham (2015, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-27276-4_9), the concept of an integrated shock absorber air spring, called ISAS for short, and its advantages are described based on simulations based on the ADAMS software view module for a quarter vehicle model. ISAS is a simple and cost-effective solution for the simple or real-time correction of a vehicle set-up in order to improve stability, comfort, Improve overtaking capacity, handling, cruising speed and active safety and reduce the risk of landing gear damage. The concept is to generate a controllable buoyancy force under the dust cover by closing the area between the dust cover and the outer cylinder and filling it with compressed gas / air at a suitable pressure. Compared to the known solution, which is implemented with a rubber sleeve or a rubber bellows, the solution according to the technical article is more compact, more reliable and more resistant to high pressure. This makes it possible to completely eliminate the steel spring, with its function being completely taken over by the air spring device contained in the ISAS. The "ISAS" trim corrector is applicable to front and rear suspension including the Macpherson solution.

Anstelle der biegsamen Druckbälge können auch Druckkammern mit beweglichen Wänden eingesetzt werden. Die US 8,899,560 B2 schlägt eine federlose, kombinierte Stoßdämpfer- und Radaufhängungsvorrichtung mit drei Rohren vor: einem Außenrohr, einem Kolbenrohr (Innenrohr) und einem stationären (Dämpfungs-) Rohr, wobei ein Schwimmkolben in dem inneren Kolbenrohr angeordnet ist. Der Schwimmkolben bildet darin zwei Kammern: eine untere Flüssigkeitskammer und eine obere Gaskammer. Das Fluid dämpft Stöße, indem es durch ein Zweiwegeventil im Außenrohr tritt, und kann intern durch eine über Öffnungen oder Ventilkanälen positionierte Ausgleichsplatte oder, in einer separaten Ausführungsform, durch externe Einstellung des Durchflusses durch Drehen von Einstellplatten zum Öffnen und Schließen von Ventildurchgängen gesteuert werden. Der Betrag, um den die Gaskammer komprimiert wird, ist groß genug, um die hohen Drücke zu erzeugen, die erforderlich sind, um federartige Kräfte zu erzeugen. Durch diese Konstruktion kann die Gasdruckkammer effektiv als Feder wirken.Instead of the flexible pressure bellows, pressure chambers with movable walls can also be used. The US 8,899,560 B2 proposes a springless, combined shock absorber and wheel suspension device with three tubes: an outer tube, a piston tube (inner tube) and a stationary (damping) tube, with a floating piston arranged in the inner piston tube. The floating piston forms two chambers in it: a lower liquid chamber and an upper gas chamber. The fluid dampens shocks by passing through a two-way valve in the outer tube and can be controlled internally by a compensating plate positioned over openings or valve channels or, in a separate embodiment, by externally adjusting the flow rate by turning adjustment plates to open and close valve passages. The amount by which the gas chamber is compressed is large enough to produce the high pressures required to produce spring-like forces. With this construction, the gas pressure chamber can effectively act as a spring.

Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet das Gebiet der Luft- bzw. Gasfederaufhängungen mit Stoßdämpfern und Luft- bzw. Gasfedervorrichtungen noch Raum für Verbesserungen.In view of the prior art shown, the field of air or gas spring suspensions with shock absorbers and air or gas spring devices still offers room for improvement.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Gasfeder-und Stoßdämpfervorrichtung bereitzustellen, die konstruktiv möglichst einfach und gewichts- und teilesparend aufgebaut ist und die eine stufenlose Einstellung der Feder- und/oder Dämpfungseigenschaften ermöglicht.The invention is based, in particular, on the object of providing a combined gas spring and shock absorber device which is structurally as simple as possible, saves weight and parts, and which enables the spring and / or damping properties to be continuously adjusted.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die abhängigen Unteransprüche.According to the invention, the object is achieved by an integrated gas spring and shock absorber device with the features of claim 1. Further, particularly advantageous embodiments of the invention are disclosed in the dependent subclaims.

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 pointed out that the features and measures listed individually in the following description can be combined with one another in any technically meaningful manner and show further embodiments of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, particularly in connection with the figures.

Die erfindungsgemäße integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung weist einen Zweirohrdämpfer, enthaltend ein inneres Zylinderrohr, ein äußeres Zylinderrohr und eine im inneren Zylinderrohr axial bewegbare Kolbenstange mit einem endseitig befestigten Kolben auf. Ferner beinhaltet die Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung eine Gasfeder mit einem Federdeckel und einem an dem Federdeckel gasdicht befestigten, mit Gas gefüllten Rollbalg.The integrated gas spring and shock absorber device according to the invention has a twin-tube damper containing an inner cylinder tube, an outer cylinder tube and a piston rod axially movable in the inner cylinder tube with a piston attached at the end. Furthermore, the gas spring and shock absorber device includes a gas spring with a spring cover and a gas-filled bellows which is attached to the spring cover in a gas-tight manner.

Dabei ist ein von dem Federdeckel abgewandtes Ende des Rollbalgs gasdicht an dem äußeren Zylinderrohr befestigt. Weiterhin ist ein von dem Kolben abgewandtes Ende der Kolbenstange fest mit dem Federdeckel verbunden, und zwischen dem vom Rollbalg umschlossenen Gasraum und dem äußeren Zylinderrohr besteht eine fluidtechnische Verbindung. Zudem ist in zumindest einem Betriebszustand ein Zwischenraum zwischen dem inneren Zylinderrohr und dem äußeren Zylinderrohr teilweise mit Hydraulikfluid und teilweise mit Gas gefüllt.An end of the rolling bellows facing away from the spring cover is attached to the outer cylinder tube in a gas-tight manner. Furthermore, one end of the piston rod facing away from the piston is firmly connected to the spring cover, and there is a fluidic connection between the gas space enclosed by the rolling bellows and the outer cylinder tube. In addition, in at least one operating state, an intermediate space between the inner cylinder tube and the outer cylinder tube is partially filled with hydraulic fluid and partially with gas.

Wie bei Zweirohrdämpfern üblich ist das innere Zylinderrohr mit einem Hydraulikfluid gefüllt, das äußere Zylinderrohr umgibt das innere Zylinderrohr zumindest teilweise, und zwischen dem inneren Zylinderrohr und dem äußeren Zylinderrohr besteht eine fluidtechnische Verbindung. Außerdem ist der Kolben mit zumindest einer als Ventil wirkenden Durchgangsöffnung ausgestattet.As is usual with twin-tube dampers, the inner cylinder tube is filled with a hydraulic fluid, the outer cylinder tube at least partially surrounds the inner cylinder tube, and there is a fluidic connection between the inner cylinder tube and the outer cylinder tube. In addition, the piston is equipped with at least one passage opening acting as a valve.

In der vorgeschlagenen Gasfeder-und Stoßdämpfervorrichtung sind der Zweirohrdämpfer und die Gasfeder vorteilhaft dadurch integriert, dass die Funktion eines konventionell üblichen Abrollkolbens von dem äußeren Zylinderrohr des Zweirohrdämpfers übernommen ist. Dadurch können Bauteile und Gewicht eingespart werden. Aufgrund der eingerichteten fluidtechnischen Verbindung zwischen dem vom Rollbalg umschlossenen Gasraum und dem äußeren Zylinderrohr können eine stufenlose Einstellung der Feder- und/oder Dämpfungseigenschaften sowie eine stufenlose Einstellung einer Arbeitshöhe ermöglicht werden.In the proposed gas spring and shock absorber device, the twin-tube damper and the gas spring are advantageously integrated in that the function of a conventionally customary rolling piston is taken over by the outer cylinder tube of the twin-tube damper. This saves components and weight. Due to the fluid-technical connection established between the gas space enclosed by the rolling bellows and the outer cylinder tube, a stepless adjustment of the spring and / or damping properties as well as a stepless adjustment of a working height can be made possible.

Die vorgeschlagene Erfindung ist insbesondere in Fahrwerken von Kraftfahrzeugen vorteilhaft anwendbar. Unter einem „Kraftfahrzeug“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Kraftomnibus verstanden werden.The proposed invention can be used advantageously in particular in the chassis of motor vehicles. In the context of this invention, a “motor vehicle” is to be understood as meaning, in particular, a passenger car, a truck or a motor bus.

Bevorzugt sind das innere Zylinderrohr und das äußere Zylinderrohr des Zweirohrdämpfers koaxial angeordnet, um Einbauraum einzusparen.The inner cylinder tube and the outer cylinder tube of the twin-tube damper are preferably arranged coaxially in order to save installation space.

In bevorzugten Ausführungsformen der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung sind der Federdeckel und der Rollbalg koaxial zu dem inneren Zylinderrohr und dem äußeren Zylinderrohr angeordnet, um einen erforderlichen Einbauraum gering zu halten.In preferred embodiments of the integrated gas spring and shock absorber device, the spring cover and the rolling bellows are arranged coaxially to the inner cylinder tube and the outer cylinder tube in order to keep the required installation space small.

Bevorzugt ist das in der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung verwendete Gas von Luft gebildet, wodurch eine Bereitstellung von Gas zum Betrieb der Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung besonders einfach gestaltet werden kann. Nachfolgend werden die Begriffe „Gasfeder“ und „Luftfeder“ sowie „gasdicht“ und „luftdicht“ daher synonym verwendet.The gas used in the integrated gas spring and shock absorber device is preferably made up of air, as a result of which the provision of gas for operating the gas spring and shock absorber device can be made particularly simple. In the following, the terms "gas spring" and "air spring" as well as "gas-tight" and "airtight" are used synonymously.

In bevorzugten Ausführungsformen der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung ist der Rollbalg zum Abrollen auf einem mittleren Bereich des äußeren Zylinderrohres vorgesehen, der biegsam ausgebildet ist. Unter dem Begriff „dazu vorgesehen“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere speziell dafür ausgelegt oder angeordnet verstanden werden. Auf diese Weise kann eine aufgrund des Durchmessers der Gasfeder erforderliche Breite eines Einbauraums der Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung gering gehalten werden.In preferred embodiments of the integrated gas spring and shock absorber device, the rolling bellows is provided for rolling on a central region of the outer cylinder tube which is designed to be flexible. In the context of the invention, the term “intended for this purpose” is to be understood in particular to be specifically designed or arranged for this purpose. In this way, a width of an installation space of the gas spring and shock absorber device that is required due to the diameter of the gas spring can be kept small.

Bevorzugt ist der mittlere Bereich des äußeren Zylinderrohres zu einem überwiegenden Teil aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Unter dem Begriff „zu einem überwiegenden Teil“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere einen Anteil von mehr als 50 Vol.%, bevorzugt von mehr als 70 Vol.% und, besonders bevorzugt, von mehr als 90 Vol.% verstanden werden. Insbesondere soll der Begriff die Möglichkeit einschließen, dass der mittlere Bereich des äußeren Zylinderrohres vollständig, d.h. zu 100 Vol.%, aus dem Kunststoffmaterial besteht. Dadurch kann der als Abrollkolben für den Rollbalg fungierende mittlere Bereich des äußeren Zylinderrohrs auf besonders einfache Weise biegsam ausgeführt werden, um eine geringe, aufgrund des Durchmessers der Gasfeder erforderliche Breite eines Einbauraums der Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung zu erreichen. Zudem kann das Gewicht der Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung weiter verringert werden.The central region of the outer cylinder tube is preferably made predominantly from a plastic material. In the context of the invention, the term “predominantly” is to be understood as meaning, in particular, a proportion of more than 50% by volume, preferably more than 70% by volume and, particularly preferably, more than 90% by volume. In particular, the term is intended to include the possibility that the middle area of the outer cylinder tube consists completely, i.e. 100% by volume, of the plastic material. As a result, the middle region of the outer cylinder tube functioning as a rolling piston for the rolling bellows can be designed to be flexible in a particularly simple manner in order to achieve a small installation space for the gas spring and shock absorber device required due to the diameter of the gas spring. In addition, the weight of the gas spring and shock absorber device can be further reduced.

Bevorzugt sind der mittlere Bereich des äußeren Zylinderrohres, ein sich nach unten anschließender, unterer Bereich des äußeren Zylinderrohres und ein sich nach oben anschließender, oberer Bereich des äußeren Zylinderrohres einstückig ausgebildet. Dadurch können eine einfache Konstruktion und eine hohe Festigkeit zum Widerstehen eines erforderlichen Betriebsdrucks erreicht werden.The middle region of the outer cylinder tube, a lower region of the outer cylinder tube that adjoins it at the bottom and an upper region of the outer cylinder tube that adjoins it are preferably designed in one piece. As a result, a simple construction and a high strength for withstanding a required operating pressure can be achieved.

Bevorzugt weist der mittlere Bereich des äußeren Zylinderrohres in zumindest einem Betriebszustand eine konkave Wölbung und in zumindest einem anderen Betriebszustand eine konvexe Wölbung auf. Durch den Wechsel zwischen einer konkaven Wölbung und einer konvexen Wölbung um eine neutrale Form des mittleren Bereichs des äußeren Zylinderrohres kann die aufgrund des Durchmessers der Gasfeder erforderliche Breite eines Einbauraums weiter verringert werden.The central region of the outer cylinder tube preferably has a concave curvature in at least one operating state and a convex curvature in at least one other operating state. By changing between a concave curvature and a convex curvature around a neutral shape of the central region of the outer cylinder tube, the width of an installation space required due to the diameter of the gas spring can be further reduced.

In bevorzugten Ausführungsformen der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung sind das innere Zylinderrohr und das äußere Zylinderrohr an ihren jeweiligen oberen Bereichen mit einer Abdeckeinheit des Zweirohrdämpfers verbunden und, besonders bevorzugt, einstückig verbunden. Dadurch kann ein kompakter Aufbau des Zweirohrdämpfers der Gasfeder-und Stoßdämpfervorrichtung erzielt werden.In preferred embodiments of the integrated gas spring and shock absorber device, the inner cylinder tube and the outer cylinder tube are connected at their respective upper regions to a cover unit of the two-tube damper and, particularly preferably, are connected in one piece. As a result, a compact construction of the two-tube damper of the gas spring and shock absorber device can be achieved.

Bevorzugt ist die Abdeckeinheit des Zweirohrdämpfers im Wesentlichen in Form einer zylindrischen Platte ausgebildet, deren Symmetrieachse mit Mittelachsen des inneren Zylinderrohres und des äußeren Zylinderrohres übereinstimmt, wodurch ein besonders einfacher Aufbau erreicht werden kann.The cover unit of the twin-tube damper is preferably designed essentially in the form of a cylindrical plate, the axis of symmetry of which coincides with the central axes of the inner cylinder tube and the outer cylinder tube, whereby a particularly simple structure can be achieved.

In bevorzugten Ausführungsformen der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung weist die Abdeckeinheit eine zentrale Durchgangsöffnung mit an eine Querschnittsfläche der Kolbenstange angepassten Abmessungen auf. Eine Mittelachse der zentralen Durchgangsöffnung stimmt mit Mittelachsen der Zylinderrohre überein, und eine Seitenfläche der zentralen Durchgangsöffnung dient in einem Betriebszustand zur Führung der Kolbenstange. Dadurch kann eine kompakte und teilesparende Konstruktion der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung erreicht werden.In preferred embodiments of the integrated gas spring and shock absorber device, the cover unit has a central through opening with dimensions adapted to a cross-sectional area of the piston rod. A central axis of the central through opening coincides with the central axes of the cylinder tubes, and a side surface of the central through opening serves to guide the piston rod in an operating state. As a result, a compact and parts-saving construction of the integrated gas spring and shock absorber device can be achieved.

Bevorzugt ist die gasdichte Befestigung des Rollbalgs am Federdeckel und die gasdichte Befestigung des von dem Federdeckel abgewandten Endes des Rollbalgs an dem äußeren Zylinderrohr mit jeweils einer Klemmvorrichtung hergestellt. Dadurch kann die gasdichte Befestigung des Rollbalgs auf konstruktiv einfache und leicht montierbare Weise ausgeführt werden.The gas-tight fastening of the rolling bellows on the spring cover and the gas-tight fastening of the end of the rolling bellows facing away from the spring cover on the outer cylinder tube are preferably produced with a clamping device each. As a result, the gas-tight fastening of the rolling bellows can be carried out in a structurally simple and easily assembled manner.

Vorteilhaft ist die fluidtechnische Verbindung zwischen dem vom Rollbalg umschlossenen Gasraum und dem äußeren Zylinderrohr von zumindest einer Durchgangsöffnung in der Abdeckeinheit des Zweirohrdämpfers gebildet, wodurch ein großer Arbeits- bzw. Hubbereich der Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung erreicht werden kann.The fluid-technical connection between the gas space enclosed by the rolling bellows and the outer cylinder tube is advantageously formed by at least one passage opening in the cover unit of the twin-tube damper, whereby a large working or stroke range of the gas spring and shock absorber device can be achieved.

In bevorzugten Ausführungsformen der integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung ist im Federdeckel zumindest ein ansteuerbares fluidtechnisches Verbindungselement angeordnet, das dazu dient, dem vom Rollbalg umschlossenen Gasraum Gas zuzuführen oder aus dem Gasraum Gas abzuführen. In preferred embodiments the integrated gas spring and shock absorber device is In the spring cover at least one controllable fluid-technical connection element is arranged, which serves to supply gas to the gas space enclosed by the rolling bellows or to remove gas from the gas space.

Durch Zuführen bzw. Abführen von Gas aus dem Gasraum kann eine stufenlose Einstellung der Feder- und/oder Dämpfungseigenschaften sowie eine stufenlose Einstellung einer Arbeitshöhe ermöglicht werden. Durch die Anordnung des ansteuerbaren fluidtechnischen Verbindungselements im Federdeckel kann vorteilhaft eine kurze und einfache Anbindung zum Zuführen bzw. Abführen von Gas aus dem Gasraum erzielt werden.By supplying or discharging gas from the gas space, a stepless adjustment of the spring and / or damping properties and a stepless adjustment of a working height can be made possible. By arranging the controllable fluid-technical connection element in the spring cover, a short and simple connection for supplying or removing gas from the gas space can advantageously be achieved.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen

1 eine integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung in einem Betriebszustand in einer geschnittenen Seitenansicht, und
2 die integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung gemäß der 1 in einem weiteren Betriebszustand in derselben Ansicht.

Further advantageous embodiments of the invention are disclosed in the subclaims and the following description of the figures. Show it

1 an integrated gas spring and shock absorber device in an operating state in a sectional side view, and
2 the integrated gas spring and shock absorber device according to 1 in another operating state in the same view.

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 numerals, which is why they are usually only described once.

1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, integrierten Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung 10 in einem Betriebszustand in einer geschnittenen Seitenansicht. Die integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung ist zur Verwendung in einem Fahrwerk (nicht dargestellt) eines als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftfahrzeugs vorgesehen. 1 shows a possible embodiment of an integrated gas spring and shock absorber device according to the invention 10 in an operating state in a sectional side view. The integrated gas spring and shock absorber device is intended for use in a chassis (not shown) of a motor vehicle designed as a passenger vehicle.

Die integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung 10 weist einen Zweirohrdämpfer 12 und eine Gasfeder 56 auf. Der Zweirohrdämpfer 12 beinhaltet ein inneres Zylinderrohr 14 und ein äußeres Zylinderrohr 28, die jeweils eine kreisringförmige Querschnittfläche aufweisen. Das innere Zylinderrohr 14 und das äußere Zylinderrohr 28 des Zweirohrdämpfers 12 sind koaxial angeordnet. Weiterhin enthält der Zweirohrdämpfer 12 eine im inneren Zylinderrohr 14 axial bewegbare Kolbenstange 50 mit einem endseitig befestigten Kolben 52, der an einer Innenwandung 18 des inneren Zylinderrohres 14 geführt ist.The integrated gas spring and shock absorber device 10 has a twin-tube damper 12th and a gas spring 56 on. The twin-tube damper 12th includes an inner cylinder tube 14th and an outer cylinder tube 28 each having a circular cross-sectional area. The inner cylinder tube 14th and the outer cylinder tube 28 of the twin-tube damper 12th are arranged coaxially. The twin-tube damper also contains 12th one in the inner cylinder tube 14th axially movable piston rod 50 with a piston attached at the end 52 on an inner wall 18th of the inner cylinder tube 14th is led.

Das äußere Zylinderrohr 28 umgibt das innere Zylinderrohr 14 vollständig. Das innere Zylinderrohr 14 ist mit einem Hydraulikfluid 70 gefüllt. Das innere Zylinderrohr 14 ist vollständig aus Metall, beispielsweise aus Stahl, hergestellt. Zwischen dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28 besteht eine fluidtechnische Verbindung 24, die von einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen in einem Boden 26 des inneren Zylinderrohres 14 gebildet ist.The outer cylinder tube 28 surrounds the inner cylinder tube 14th Completely. The inner cylinder tube 14th is with a hydraulic fluid 70 filled. The inner cylinder tube 14th is made entirely of metal, for example steel. Between the inner cylinder tube 14th and the outer cylinder tube 28 there is a fluid connection 24 by a plurality of through openings in a floor 26th of the inner cylinder tube 14th is formed.

Der Kolben 52 teilt das innere Zylinderrohr 14 in einer an sich bekannten Weise in einen oberen Arbeitsraum 20 und einen unteren Arbeitsraum 22. Er ist mit mehreren als Ventil wirkenden Durchgangsöffnungen 54 ausgestattet, die bei einer Bewegung des Kolbens 52 nach unten Hydraulikfluid 70 vom unteren Arbeitsraum 22 in den oberen Arbeitsraum 20 strömen lassen und dadurch für die gewünschte Dämpfung sorgen. Eine von der Kolbenstange 50 verdrängte Menge an Hydraulikfluid 70 gelangt durch die Vielzahl von Durchgangsöffnungen im Boden 26 des inneren Zylinderrohres 14 in einen Zwischenraum 48 zwischen dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28.The piston 52 divides the inner cylinder tube 14th in a manner known per se in an upper work space 20th and a lower work space 22nd . He is with several acting as a valve passage openings 54 equipped with a movement of the piston 52 down hydraulic fluid 70 from the lower work area 22nd in the upper work area 20th let flow and thereby ensure the desired damping. One from the piston rod 50 displaced amount of hydraulic fluid 70 passes through the large number of through openings in the floor 26th of the inner cylinder tube 14th in a space 48 between the inner cylinder tube 14th and the outer cylinder tube 28 .

Das äußere Zylinderrohr 28 weist einen mittleren Bereich 34 auf, an dem sich nach unten ein unterer Bereich 32 und nach oben ein oberer Bereich 36 anschließt. Der untere Bereich 32 und der obere Bereich 36 des äußeren Zylinderrohres 28 können aus Metall, beispielsweise aus Stahl, hergestellt sein. Der mittlere Bereich 34 des äußeren Zylinderrohres 28 ist vollständig aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Als Kunststoffmaterial kann beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol gewählt sein. Es können aber auch andere, dem Fachmann geeignet erscheinende Kunststoffmaterialien verwendet werden.The outer cylinder tube 28 has a middle area 34 on which is a lower area 32 and at the top an upper area 36 connects. The lower area 32 and the upper area 36 of the outer cylinder tube 28 can be made of metal, for example steel. The middle area 34 of the outer cylinder tube 28 is made entirely of a plastic material. Acrylonitrile-butadiene-styrene, for example, can be selected as the plastic material. However, other plastic materials that appear suitable to the person skilled in the art can also be used.

Der mittlere Bereich 34, der untere Bereich 32 und der obere Bereich 36 des äußeren Zylinderrohres 28 sind einstückig ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch herbeigeführt sein, indem der mittlere Bereich 34 des äußeren Zylinderrohres 28 in einem Spritzgussverfahren an den unteren Bereich 32 bzw. den oberen Bereich 36 des äußeren Zylinderrohres 28 angespritzt wird, so dass der untere Bereich 32 und der mittlere Bereich 34 bzw. der mittlere Bereich 34 und der obere Bereich 36 jeweils stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die in den Figurenebenen erkennbaren unteren und oberen Enden des mittleren Bereiches 34 weisen einen größeren Durchmesser auf als der dort jeweils anschließende untere Bereich 32 und obere Bereich 36.The middle area 34 , the lower area 32 and the upper area 36 of the outer cylinder tube 28 are formed in one piece. This can for example be brought about by the middle area 34 of the outer cylinder tube 28 in an injection molding process to the lower area 32 or the upper area 36 of the outer cylinder tube 28 is molded so that the lower area 32 and the middle area 34 or the middle area 34 and the upper area 36 are each materially connected to one another. The lower and upper ends of the central area that can be seen in the figure levels 34 have a larger diameter than the respectively adjoining lower area there 32 and upper area 36 .

Der Zweirohrdämpfer 12 beinhaltet zudem eine Abdeckeinheit 38, die eine im Wesentlichen zylindrische Deckplatte 40 aufweist. Das innere Zylinderrohr 14 und das äußere Zylinderrohr 28 sind an ihren jeweiligen oberen Bereichen mit der zylindrischen Deckplatte 40 einstückig verbunden. Die zylindrische Deckplatte 40 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 42 auf. Form und Abmessungen der zentralen Durchgangsöffnung 42 sind an eine Querschnittsfläche der Kolbenstange 50 angepasst. Beispielsweise können die Querschnittsfläche der Kolbenstange 50 kreisförmig und die zentrale Durchgangsöffnung 42 als Durchgangsbohrung ausgebildet sein. Eine Mittelachse 44 der zentralen Durchgangsöffnung 42 stimmt mit einer Mittelachse 16 des inneren Zylinderrohres 14 und einer Mittelachse 30 des äußeren Zylinderrohres 28 überein. Eine Seitenfläche der zentralen Durchgangsöffnung 42 dient in einem Betriebszustand der Gasfeder-und Stoßdämpfervorrichtung 10 zur Führung der Kolbenstange 50.The twin-tube damper 12th also includes a cover unit 38 having a substantially cylindrical cover plate 40 having. The inner cylinder tube 14th and the outer cylinder tube 28 are at their respective upper areas with the cylindrical cover plate 40 connected in one piece. The cylindrical cover plate 40 has a central through opening 42 on. Shape and dimensions of the central passage opening 42 are on a cross-sectional area of the piston rod 50 customized. For example, the cross-sectional area of the piston rod 50 circular and the central passage opening 42 be designed as a through hole. A central axis 44 the central passage opening 42 agrees with a central axis 16 of the inner cylinder tube 14th and a central axis 30th of the outer cylinder tube 28 match. A side surface of the central through opening 42 is used in an operating state of the gas spring and shock absorber device 10 for guiding the piston rod 50 .

Die Gasfeder 56 beinhaltet einen Federdeckel 58 und einen an dem Federdeckel 58 gasdicht befestigten, mit Gas 72 gefüllten Rollbalg 60. Als Gas kann beispielsweise Luft verwendet werden. Die gasdichte Befestigung des Rollbalgs 60 am Federdeckel 58 ist mittels einer Klemmvorrichtung 64 hergestellt. Die Klemmvorrichtung 64 kann als reversible Klemmvorrichtung ausgebildet sein, um Wartungsarbeiten zu erleichtern. Der Federdeckel 58 ist als im Wesentlichen kreisrunde Platte, beispielsweise aus Stahl, ausgebildet. Der Federdeckel 58 und der Rollbalg 60 sind koaxial zu dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28 angeordnet.The gas spring 56 includes a spring cover 58 and one on the spring cover 58 fastened gas-tight, with gas 72 filled roll bellows 60 . Air, for example, can be used as the gas. The gastight fastening of the bellows 60 on the spring cover 58 is by means of a clamping device 64 manufactured. The clamping device 64 can be designed as a reversible clamping device to facilitate maintenance work. The spring cover 58 is designed as a substantially circular plate, for example made of steel. The spring cover 58 and the bellows 60 are coaxial with the inner cylinder tube 14th and the outer cylinder tube 28 arranged.

Ein von dem Federdeckel 58 abgewandtes Ende des Rollbalgs 60 ist gasdicht an dem äußeren Zylinderrohr 28, also an dessen mittlerem Bereich 34 befestigt. Die gasdichte Befestigung des von dem Federdeckel 58 abgewandten Endes des Rollbalgs 60 an dem äußeren Zylinderrohr 28 ist mittels einer Klemmvorrichtung 66 hergestellt. Wiederum kann die Klemmvorrichtung 66 als reversible Klemmvorrichtung ausgebildet sein, um Wartungsarbeiten zu erleichtern. Die Klemmverbindung 60 ist bevorzugt an einem in den Figurenebene dargestellten oberen Ende des mittleren Bereiches 34 angeordnet, so dass die noch zu beschreibende konvexe bzw. konkave Verformung des mittleren Bereiches vereinfacht ist.One from the spring cover 58 remote end of the rolling bellows 60 is gas-tight on the outer cylinder tube 28 , so in its middle area 34 attached. The gas-tight fastening of the spring cover 58 remote end of the rolling bellows 60 on the outer cylinder tube 28 is by means of a clamping device 66 manufactured. Again, the clamping device 66 be designed as a reversible clamping device to facilitate maintenance work. The clamp connection 60 is preferably at an upper end of the central area shown in the plane of the figure 34 arranged so that the convex or concave deformation of the central area, which will be described later, is simplified.

Zwischen dem vom Rollbalg 60 umschlossenen Gasraum 62 und dem äußeren Zylinderrohr 28 besteht eine fluidtechnische Verbindung 46, die von einer Durchgangsöffnung in der zylindrischen Deckplatte 40 der Abdeckeinheit 38 des Zweirohrdämpfers 12 gebildet ist.Between that of the rolling bellows 60 enclosed gas space 62 and the outer cylinder tube 28 there is a fluid connection 46 from a through opening in the cylindrical cover plate 40 the cover unit 38 of the twin-tube damper 12th is formed.

Ein von dem Kolben 52 abgewandtes Ende der Kolbenstange 50 ist fest mit dem Federdeckel 58 verbunden. Im Federdeckel 58 ist ein ansteuerbares fluidtechnisches Verbindungselement 68 angeordnet, das als Steuerventil ausgebildet sein kann und dazu dient, dem vom Rollbalg 60 umschlossenen Gasraum 62 Gas zuzuführen oder aus dem Gasraum 62 Gas abzuführen.One of the piston 52 remote end of the piston rod 50 is fixed to the spring cover 58 connected. In the spring cover 58 is a controllable fluid-technical connection element 68 arranged, which can be designed as a control valve and serves that of the rolling bellows 60 enclosed gas space 62 To supply gas or from the gas space 62 Discharge gas.

Die 1 zeigt die integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung 10 in einen Betriebszustand, in dem in den vom Rollbalg 60 umschlossenen Gasraum 62 eine derartige Menge an Gas zugeführt ist, dass sich ein Druckwert einstellt, der in einem unteren Bereich eines Betriebsdruckbereichs liegt. Der Zwischenraum 48 zwischen dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28 ist teilweise mit dem Hydraulikfluid 70 und teilweise mit Gas 72 gefüllt. Bei einer Bewegung der Kolbenstange 50 und des Kolbens 52 nach unten muss das Hydraulikfluid 70 gegen den im Zwischenraum 48 zwischen dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28 herrschenden Betriebsdruck verdrängt werden, wodurch der Druckwert im unteren Bereich des Betriebsdruckbereichs einer relativ weicheren Federung und Dämpfung entspricht.The 1 shows the integrated gas spring and shock absorber device 10 in an operating state in which in the from the rolling bellows 60 enclosed gas space 62 such an amount of gas is supplied that a pressure value is established which is in a lower range of an operating pressure range. The gap 48 between the inner cylinder tube 14th and the outer cylinder tube 28 is partially with the hydraulic fluid 70 and partly with gas 72 filled. When the piston rod moves 50 and the piston 52 the hydraulic fluid must go down 70 against the one in between 48 between the inner cylinder tube 14th and the outer cylinder tube 28 The prevailing operating pressure are displaced, whereby the pressure value in the lower region of the operating pressure range corresponds to a relatively softer suspension and damping.

Material und Wandstärke des Kunststoffmaterials des mittleren Bereichs 34 des äußeren Zylinderrohres 28 sind so ausgelegt, dass sich bei dem im unteren Bereich des Betriebsdruckbereichs liegenden Druckwert durch den Rollbalg 60 im mittleren Bereich 34 des äußeren Zylinderrohres 28 eine konkave Wölbung einstellt.Material and wall thickness of the plastic material of the middle area 34 of the outer cylinder tube 28 are designed so that at the pressure value in the lower range of the operating pressure range through the bellows 60 in the middle area 34 of the outer cylinder tube 28 sets a concave curvature.

Die 2 zeigt die integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtung 10 in einen Betriebszustand, in dem in den vom Rollbalg 60 umschlossenen Gasraum 62 eine zusätzliche Menge an Gas zugeführt ist, so dass sich ein Druckwert einstellt, der in einem oberen Bereich des Betriebsdruckbereichs liegt. Der Zwischenraum 48 zwischen dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28 ist weiterhin teilweise mit dem Hydraulikfluid 70 und teilweise mit Gas 72 gefüllt, wobei das Volumen des gasgefüllten Teiles des Zwischenraumes 48 vergrößert ist. Bei einer Bewegung der Kolbenstange 50 und des Kolbens 52 nach unten muss das Hydraulikfluid 70 gegen den im Zwischenraum 48 zwischen dem inneren Zylinderrohr 14 und dem äußeren Zylinderrohr 28 herrschenden, erhöhten Betriebsdruck verdrängt werden, wodurch der Druckwert im oberen Bereich des Betriebsdruckbereichs einer relativ härteren Federung und Dämpfung entspricht.The 2 shows the integrated gas spring and shock absorber device 10 in an operating state in which in the from the rolling bellows 60 enclosed gas space 62 an additional amount of gas is supplied so that a pressure value is established which is in an upper range of the operating pressure range. The gap 48 between the inner cylinder tube 14th and the outer cylinder tube 28 is still partially with the hydraulic fluid 70 and partly with gas 72 filled, the volume of the gas-filled part of the gap 48 is enlarged. When the piston rod moves 50 and the piston 52 the hydraulic fluid must go down 70 against the one in between 48 between the inner cylinder tube 14th and the outer cylinder tube 28 prevailing, increased operating pressure are displaced, whereby the pressure value in the upper region of the operating pressure range corresponds to a relatively harder suspension and damping.

Der Rollbalg 60 ist während des Übergangs von dem in der 1 dargestellten Betriebszustand zu dem in der 2 dargestellten Betriebszustand zum Abrollen auf dem mittleren Bereich 34 des äußeren Zylinderrohres 28 vorgesehen. Der mittlere Bereich 34 des äußeren Zylinderrohres 28 übernimmt dabei die Funktion eines Abrollkolbens.The bellows 60 is during the transition from the one in the 1 operating state shown in the 2 operating state shown for rolling on the middle area 34 of the outer cylinder tube 28 intended. The middle area 34 of the outer cylinder tube 28 assumes the function of a rolling piston.

Bei dem im oberen Bereich des Betriebsdruckbereichs liegenden Druckwert stellt sich im mittleren Bereich 34 des äußeren Zylinderrohres 28 durch den Rollbalg 60 eine konvexe Wölbung ein. Durch den Wechsel zwischen einer konkaven Wölbung des mittleren Bereichs 34 des äußeren Zylinderrohres 28 bei einem Druckwert im Gasraum 62 im unteren Bereich des Betriebsdruckbereichs und einer konvexen Wölbung des mittleren Bereichs 34 des äußeren Zylinderrohres 28 bei einem Druckwert im Gasraum 62 im oberen Bereich des Betriebsdruckbereiches kann ein erforderlicher Einbauraum quer zur Bewegungsrichtung der Kolbenstange 50 reduziert werden.The pressure value in the upper range of the operating pressure range is in the middle range 34 of the outer cylinder tube 28 through the bellows 60 a convex curve. By switching between a concave curve in the middle area 34 of the outer cylinder tube 28 at a pressure value in the gas space 62 in the lower area of the operating pressure range and a convex curve in the middle area 34 of the outer cylinder tube 28 at a pressure value in Gas compartment 62 In the upper area of the operating pressure range, a required installation space can be made perpendicular to the direction of movement of the piston rod 50 be reduced.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: integrierte Gasfeder- und Stoßdämpfervorrichtungintegrated gas spring and shock absorber device
1212: ZweirohrdämpferTwin-tube damper
1414th: inneres Zylinderrohrinner cylinder tube
1616: MittelachseCentral axis
1818th: InnenwandungInner wall
2020th: oberer Arbeitsraumupper work space
2222nd: unterer Arbeitsraumlower work space
2424: fluidtechnische Verbindungfluidic connection
2626th: Bodenground
2828: äußeres Zylinderrohrouter cylinder tube
3030th: MittelachseCentral axis
3232: unterer Bereichlower area
3434: mittlerer Bereichmiddle area
3636: oberer Bereichupper area
3838: AbdeckeinheitCover unit
4040: zylindrische Deckplattecylindrical cover plate
4242: zentrale Durchgangsöffnungcentral passage opening
4444: MittelachseCentral axis
4646: fluidtechnische Verbindungfluidic connection
4848: ZwischenraumSpace
5050: KolbenstangePiston rod
5252: Kolbenpiston
5454: DurchgangsöffnungThrough opening
5656: GasfederGas spring
5858: FederdeckelSpring cover
6060: RollbalgRolling bellows
6262: GasraumGas compartment
6464: KlemmvorrichtungClamping device
6666: KlemmvorrichtungClamping device
6868: fluidtechnisches Verbindungselementfluid power connector
7070: HydraulikfluidHydraulic fluid
7272: Gasgas

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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US 3497198 A [0008]
US 7011301 B2 [0011]
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US 6715744 B2 [0014]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

Niculescu AI, Jankowski A., Kowalski M., Sireteanu T. (2016), On the New Concept and Advantages of the Integrated Shock Absorber-Air Spring- "Isas", in: Andreescu C., Clenci A. (eds) Proceedings of the European Automotive Congress EAEC-ESFA 2015 [0015]

Claims

Integrated gas spring and shock absorber device (10), comprising - a two-tube damper (12), containing an inner cylinder tube (14), an outer cylinder tube (28) and a piston rod (50) axially movable in the inner cylinder tube (14) with a piston attached at the end (52), - a gas spring (56) with a spring cover (58) and a bellows (60) filled with gas (72) and fastened gas-tight to the spring cover (58), characterized in that - one of the spring cover (58) remote end of the bellows (60) is attached to the outer cylinder tube (28) in a gas-tight manner, - an end of the piston rod (50) facing away from the piston (52) is firmly connected to the spring cover (58), - between that of the bellows (60) ) the enclosed gas space (62) and the outer cylinder tube (28) have a fluid technology connection (46), and - in at least one operating state, an intermediate space (48) between the inner cylinder tube (14) and the outer cylinder tube (28) partially with hydraulic fluid ( 70) and is partially filled with gas (72).

Integrated gas spring and shock absorber device (10) according to Claim 1 , characterized in that the rolling bellows (60) is provided for rolling on a central region (34) of the outer cylinder tube (28) which is designed to be flexible.

Integrated gas spring and shock absorber device (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the middle region (34) of the outer cylinder tube (28) is made predominantly from a plastic material or completely from a plastic material.

Integrated gas spring and shock absorber device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the middle region (34) of the outer cylinder tube (28), a downwardly adjoining, lower region (32) of the outer cylinder tube (28) and a upwardly adjoining, upper region (36) of the outer cylinder tube (28) are formed in one piece.

Integrated gas spring and shock absorber device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the central region (34) of the outer cylinder tube (28) has a concave curvature in at least one operating state and a convex curvature in at least one other operating state.

Integrated gas spring and shock absorber device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner cylinder tube (14) and the outer cylinder tube (28) are connected at their respective upper regions to a cover unit (38) of the twin-tube damper (12).

Integrated gas spring and shock absorber device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cover unit (38) has a central through opening (42) with dimensions adapted to a cross-sectional area of the piston rod (50), the central axis (44) of which has central axes ( 16, 30) of the cylinder tubes (14, 28) and whose side surface is used in an operating state to guide the piston rod (50).

Integrated gas spring and shock absorber device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the gas-tight fastening of the bellows (60) on the spring cover (58) and the gas-tight fastening of the end of the rolling bellows (60) facing away from the spring cover (58) the outer cylinder tube (28) is made with one clamping device (64, 66) each.

Integrated gas spring and shock absorber device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid-technical connection (46) between the gas space (62) enclosed by the bellows (60) and the outer cylinder tube (28) is provided by at least one passage opening in the cover unit (38) of the twin-tube damper (12) is formed.

Integrated gas spring and shock absorber device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one controllable fluid-technical connection element (68) is arranged in the spring cover (58), which serves to supply gas to the gas space (62) enclosed by the bellows (60) supply or discharge gas from the gas space.