DE102021121511A1

DE102021121511A1 - Luftfederung

Info

Publication number: DE102021121511A1
Application number: DE102021121511.0A
Authority: DE
Inventors: Yutaro HONJO
Original assignee: Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2022-03-03
Also published as: JP2022041630A

Abstract

Eine Luftfederung (AS) weist auf: ein erstes Element (10), das einen ersten hervorstehenden Abschnitt (11) mit einer zylindrischen Außenfläche aufweist; ein zweites Element (20), das einen zweiten hervorstehenden Abschnitt (21) mit einer zylindrischen Innen- und Außenfläche aufweist und so konfiguriert ist, dass es sich nahe an das erste Element heran und von diesem weg bewegt; eine erste und eine zweite Membran (D1, D2), die jeweils ein rohrförmiges Element sind, das jeweils eine erste und eine zweite Öffnung (E1, E2) und eine dritte und eine vierte Öffnung (E3, E4) an seinen beiden Enden aufweist, wobei die zweite und die dritte Öffnung nach innen gefaltet und in die gleiche Richtung wie die erste bzw. vierte Öffnung gerichtet sind. Die erste und die zweite Öffnung sind jeweils mit dem ersten Element und dem zweiten hervorstehenden Abschnitt verbunden, und es wird eine erste Druckkammer (R1) ausgebildet. Die dritte und vierte Öffnung sind jeweils mit dem ersten und dem zweiten hervorstehenden Abschnitt verbunden, und es wird eine zweite Druckkammer (R2) ausgebildet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Luftfederung, die eine Membran / ein Diaphragma zum Einschließen von Luft aufweist und die in der Lage ist, eine Höhe und eine Federkonstante in Zusammenhang mit einem Druck der eingeschlossenen Luft einzustellen.
HINTERGRUND
Im verwandten Stand der Technik zeigt zum Beispiel JP 2007 - 309 357 A (siehe sechster bis achter Absatz der Beschreibung und 2) eine solche Luftfederung. Diese Technik zielt darauf ab, eine Luftfederung mit einem verbesserten Lastwiderstand und einer Federkonstante zu erhalten, ohne eine Vergrößerung (der Luftfederung) zu verursachen, die auch eine Spiralfeder innerhalb einer Membran aufweist, in der Luft eingeschlossen ist.
Konkret ist in der Luftfederung ein Kolben an einem von mehreren Elementen vorgesehen, die nebeneinander vorgesehen sind, eine Befestigungsplatte ist an dem anderen Element vorgesehen, und eine zylindrische Membran ist zwischen dem Kolben und der Befestigungsplatte angebracht. Weiterhin ist eine Spiralfeder in eine Luftkammer eingebaut, die durch die Membran ausgebildet wird. Ein Abschnitt der Spiralfeder, der mit dem Kolben verbunden ist, ist so angebracht, dass er den Kolben umgibt, und ist so angebracht, dass er innerhalb eines Hängeabschnitts der Membran positioniert ist, der in einem Zustand des Herunterhängens an einem Außenumfang des Kolbens ausgebildet ist.
Bei einer solchen Konfiguration ist die eingebaute Feder innerhalb des Hängeabschnitts als Totraum angeordnet, der am Außenumfang des Kolbens herunterhängt, wenn sich ein Volumen der Luftkammer verringert. Dadurch kann die eingebaute Feder innerhalb der Membran angeordnet werden, ohne einen Durchmesser der Membran zu vergrößern und der Lastwiderstand und die Federkonstante der Luftfederung können verbessert werden.
Da die eingebaute Feder vom Hängeabschnitt hängend bis zum Außenumfang des Kolbens angehoben werden kann und im Inneren der Luftkammer über eine Oberseite des Kolbens hinaus angeordnet werden kann, wird ein Freiheitsgrad beim Einstellen einer Federlänge der eingebauten Feder verbessert. Weiterhin wird beschrieben, dass dadurch, dass die eingebaute Feder von dem bis zum Außenumfang des Kolbens herabhängenden Hängeabschnitt angehoben werden kann, die eingebaute Feder in der Nähe der Innenwand der Membran angeordnet werden kann und eine Form der Luftfederung stabilisiert wird.
In der Luftfederung im verwandten Stand der Technik kann der Lastwiderstand durch Hinzufügen einer Lastaufnahme auf der Basis der Membran und einer Lastaufnahme auf der Basis der Spiralfeder erhöht werden. Wenn die Spiralfeder jedoch hilfsweise funktioniert und die Membran hauptsächlich eine Last trägt, bewältigt die Membran eine Maximallast. In diesem Fall muss die Membran eine vorbestimmte Festigkeit aufweisen und es gibt auch eine Beschränkung bei der Auswahl eines Materials, einer Materialstärke oder Ähnlichem. Selbst wenn ein Material vorhanden ist, das haltbar ist, bleibt ein Punkt, der verbessert werden muss, wie z. B. eine Erhöhung der Kosten.
Andererseits kann, wenn die Membran hilfsweise fungiert / verwendet wird und hauptsächlich die Spiralfeder verwendet wird, keine für die Luftfederung einzigartige Federkennlinie / -charakteristik erzielt werden, da die Spiralfeder anstelle der Luftfederung verwendet wird, und es ist schwierig, eine Fahrzeughöhe anzupassen.
Es besteht daher ein Bedarf für eine Luftfederung mit einer rationellen / vernünftigen Konfiguration, die eine Fahrzeughöhe leicht einstellen kann und gleichzeitig einer hohen Belastung standhält.
ZUSAMMENFASSUNG
(Merkmalskonfiguration) Eine Luftfederung gemäß einem Aspekt dieser Offenbarung weist auf: ein erstes Element, das einen ersten hervorstehenden Abschnitt mit einer zylindrischen Außenfläche aufweist; ein zweites Element, das einen zweiten hervorstehenden Abschnitt mit einer zylindrischen Innenfläche und einer zylindrischen Außenfläche aufweist und so konfiguriert ist, dass es sich nahe an das erste Element heran und von diesem weg bewegen kann; eine erste Membran, die ein rohrförmiges Element ist, das an seinen beiden Enden eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, wobei die zweite Öffnung nach innen gefaltet und in die gleiche Richtung wie die erste Öffnung gerichtet ist; und eine zweite Membran, die ein rohrförmiges Element ist, das eine dritte Öffnung und eine vierte Öffnung an seinen beiden Enden aufweist, wobei die dritte Öffnung nach innen gefaltet und in die gleiche Richtung wie die vierte Öffnung gerichtet ist, wobei die erste Öffnung mit dem ersten Element verbunden ist und die zweite Öffnung mit der Außenfläche des zweiten hervorstehenden Abschnitts in einem Zustand verbunden ist, in dem die erste Öffnung und die zweite Öffnung dem ersten Element zugewandt sind und somit eine erste Druckkammer auf einer Seite des ersten Elements ausgebildet ist, während ein Teil der ersten Membran in Kontakt mit der Umgebung ist und die dritte Öffnung mit der Außenfläche des ersten hervorstehenden Abschnitts verbunden ist und die vierte Öffnung mit der Innenfläche des zweiten hervorstehenden Abschnitts in einem Zustand verbunden ist, in dem die dritte Öffnung und die vierte Öffnung dem zweiten Element zugewandt sind und somit eine zweite Druckkammer mit einem höheren Druck als dem der ersten Druckkammer auf einer Seite des zweiten Elements ausgebildet ist, während ein Teil der zweiten Membran in Kontakt mit der ersten Druckkammer ist.
(Effekt) Die Luftfederung der vorliegenden Konfiguration weist die erste Membran, die die erste Druckkammer mit einem niedrigen Druck ausbildet, und weist die zweite Membran auf, die die zweite Druckkammer mit einem höheren Druck als dem in der ersten Druckkammer bildet. Es ist notwendig, eine Druckdifferenz zwischen einer Innenseite und einer Außenseite der Membran der Luftfederung auf einen vorbestimmten Wert in Bezug auf die Druckwiderstandsleistung einzustellen.
In dieser Hinsicht kann gemäß der vorliegenden Konfiguration die Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite der zweiten Membran reduziert werden, selbst wenn der Druck in der zweiten Druckkammer der zweiten Membran hoch ist, da eine gegenüberliegende Oberfläche der zweiten Membran in Kontakt mit der ersten Druckkammer ist.
Daher ist es gemäß dieser Konfiguration möglich, eine Luftfederung mit einem hohen Innendruck und einem großen Schwankungsbereich des Innendrucks zu konfigurieren, während Membranen aus demselben Material verwendet werden. Daher kann z.B. auch im Falle der Anwendung an einem schweren Fahrzeug eine Luftfederung erhalten werden, bei der der Einstellbereich einer Federungsfunktion groß ist.
(Merkmalskombination) Bei der Luftfederung a gemäß dem Aspekt dieser Offenbarung ist es vorteilhaft, dass die Luftfederung ferner einen Kommunikationskanal, der sich zwischen der ersten Druckkammer und der zweiten Druckkammer erstreckt, eine Schalteinheit, die zum Öffnen und Sperren des Kommunikationskanals ausgebildet ist, und eine Pumpe aufweist, die zum Zuführen von Luft zumindest zur zweiten Druckkammer ausgebildet ist.
(Effekt) Gemäß der vorliegenden Konfiguration kann der zweiten Druckkammer durch die Pumpe Luft zugeführt werden, um den Druck in der zweiten Druckkammer zu erhöhen. Danach wird der Antrieb der Pumpe gestoppt und der Kommunikationskanal wird für eine vorbestimmte Zeit geöffnet, sodass die Luft aus der zweiten Druckkammer in die erste Druckkammer bewegt werden kann und ein Druck in der ersten Druckkammer erhöht werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Druckdifferenz zwischen der ersten Druckkammer und der zweiten Druckkammer durch Anpassen einer Luftmenge, die zur ersten Druckkammer strömt, eingestellt werden.
Weiterhin kann durch Sperren / Blockieren des Kommunikationskanals und zusätzliches Zuführen von Luft zur zweiten Druckkammer der Druck in der zweiten Druckkammer weiter erhöht werden, so dass er höher als der Druck in der ersten Druckkammer ist.
Gemäß der vorliegenden Konfiguration kann Luft auf- / nachgefüllt werden, auch wenn eine Luftmenge in der Luftfederung reduziert wird. Zum Zeitpunkt des Nachfüllens können ein Innendruck der ersten Druckkammer und ein Innendruck der zweiten Druckkammer innerhalb eines bestimmten Bereichs angepasst werden. Daher kann eine Federkonstante innerhalb eines vorbestimmten Bereichs angepasst werden und ein Abstand zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element kann geändert werden, um beispielsweise eine Luftfederung zu erhalten, die eine Fahrzeughöhe anpassen kann.
(Merkmalskonfiguration) In der Luftfederung gemäß dem Aspekt dieser Offenbarung können eine Ansaugöffnung der Pumpe und die erste Druckkammer durch einen ersten Kommunikationskanal verbunden sein, eine Auslassöffnung der Pumpe und die zweite Druckkammer können durch einen zweiten Kommunikationskanal verbunden sein und die Schalteinheit kann in einem dritten Kommunikationskanal vorgesehen sein, der den ersten Kommunikationskanal und den zweiten Kommunikationskanal verbindet.
(Effekt) Gemäß der vorliegenden Konfiguration kann die Luft aus der ersten Druckkammer durch Antreiben der Pumpe in die zweite Druckkammer bewegt werden, während sich die Schalteinheit in einem Sperrzustand befindet, und die Druckdifferenz zwischen der ersten Druckkammer und der zweiten Druckkammer kann erhöht werden.
Danach wird durch Anhalten der Pumpe und Einstellen der Schalteinheit in einen Öffnungszustand die Luft von der zweiten Druckkammer in die erste Druckkammer zurückgeführt und somit können die Drücke beider Druckkammern einander angenähert werden.
Indem man auf diese Weise die Luft aus der ersten Druckkammer und die Luft aus der zweiten Druckkammer gegenseitig strömen lässt, kann die Federkonstante der gesamten Luftfederung verändert werden und die Höhe der Luftfederung kann verändert werden, indem man den Abstand zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element verändert.
(Merkmalskonfiguration) Bei der Luftfederung gemäß dem Aspekt dieser Offenbarung ist es vorteilhaft, dass die Schalteinheit durch ein erstes Magnetventil konfiguriert ist, das zwischen einem Zustand, in dem der dritte Kommunikationskanal geöffnet ist, und einem Zustand, in dem der dritte Kommunikationskanal gesperrt ist und die erste Druckkammer mit der Auslassöffnung der Pumpe kommuniziert, umschaltet, und zwischen der Ansaugöffnung der Pumpe und dem ersten Kommunikationskanal ein zweites Magnetventil vorgesehen ist, das zwischen einem Zustand, in dem die Ansaugöffnung und der erste Kommunikationskanal miteinander kommunizieren, und einem Zustand, in dem der erste Kommunikationskanal gesperrt ist und die Ansaugöffnung mit einer Außenseite kommuniziert, umschaltet.
(Effekt) Gemäß der vorliegenden Konfiguration kann die Luft aus der ersten Druckkammer ausgelassen werden, indem das erste Magnetventil in einen Zustand versetzt wird, in dem sie die erste Druckkammer und die Auslassöffnung der Pumpe verbindet, und indem das zweite Magnetventil in einen Zustand versetzt wird, in dem sie eine Kommunikation zwischen der Ansaugöffnung der Pumpe und der Außenseite herstellt. Durch die Betätigung der Pumpe in diesem Zustand kann Außenluft in die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer angesaugt werden. Daher können gemäß der vorliegenden Konfiguration die Federkonstante und eine Federungshöhe der Luftfederung in einem größeren Bereich verändert werden.
Figurenliste
Die vorstehenden und zusätzlichen Merkmale und Eigenschaften dieser Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, deutlicher, wobei:

1 ein erläuterndes Diagramm ist, das eine Luftfederung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 ein erläuterndes Diagramm ist, das eine Luftfederung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
3 ein erläuterndes Diagramm ist, das eine Luftfederung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
4A bis 4E erläuternde Diagramme sind, die eine Luftfederung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigen; und
5 ein erläuterndes Diagramm ist, das eine Luftfederung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
(Übersicht) In einer hier offenbarten Luftfederung AS wird eine Druckkammer durch Verwendung einer Membran ausgebildet, die sich ausdehnt und zusammenzieht, und durch die Ausarbeitung / Entwicklung einer Montagestruktur der Membran ist die Luftfederung AS unter hohem Druck haltbar / langlebig, während ein normales Membranmaterial verwendet wird. Nachfolgend werden Ausführungsformen der hier offenbarten Luftfederung AS der Reihe nach beschrieben.
(Erste Ausführungsform) 1 zeigt die Luftfederung AS gemäß einer ersten Ausführungsform. In der Luftfederung AS sind eine erste Membran D1 und eine zweite Membran D2 kombiniert und eine erste Druckkammer R1 mit einem niedrigen Druck und eine zweite Druckkammer R2 mit einem höheren Druck als dem der ersten Druckkammer R1 sind kombiniert.
Insbesondere weist die Luftfederung AS als Hauptkörperteile, die die Luftfederung AS bilden, ein erstes Element 10 auf, das einen ersten hervorstehenden Abschnitt 11 mit einer zylindrischen Außenfläche aufweist, und ein zweites Element 20 auf, das einen zweiten hervorstehenden Abschnitt 21 mit einer zylindrischen Innenfläche und einer zylindrischen Außenfläche aufweist, das sich in die Nähe des ersten Elements 10 und von diesem weg bewegt.
Die erste Membran D1 und die zweite Membran D2 sind an dem ersten Element 10 und dem zweiten Element 20 angebracht. Die erste Membran D1 ist ein rohrförmiges Element, das an seinen beiden Enden eine erste Öffnung E1 und eine zweite Öffnung E2 aufweist, wobei die zweite Öffnung E2 nach innen gefaltet und in dieselbe Richtung wie die erste Öffnung E1 gerichtet ist. Die zweite Membran D2 ist ein rohrförmiges Element mit einer dritten Öffnung E3 und einer vierten Öffnung E4 an seinen beiden Enden und die dritte Öffnung E3 ist nach innen gefaltet und in die gleiche Richtung wie die vierte Öffnung E4 gerichtet.
In der ersten Membran D1 ist die erste Öffnung E1 mit dem ersten Element 10 verbunden und die zweite Öffnung E2 ist mit der Außenfläche des zweiten hervorstehenden Abschnitts 21 in einem Zustand verbunden, in dem die erste Öffnung E1 und die zweite Öffnung E2 dem ersten Element 10 zugewandt sind. Im ersten Element 10 ragt beispielsweise ein erster innerer hervorstehender Abschnitt 11a mit einer zylindrischen Form als erster hervorstehender Abschnitt 11 von einem ersten Basisabschnitt 12, der eine flache Plattenform hat, hervor. Der erste innere hervorstehende Abschnitt 11a erstreckt sich bis zur zweiten Druckkammer R2, die später beschrieben wird. Ein erster äußerer hervorstehender Abschnitt 11b, der von dem ersten Basisabschnitt 12 hervorsteht, ist an einer äußeren Position koaxial zum ersten inneren hervorstehenden Abschnitt 11a vorgesehen. Die erste Öffnung E1 der ersten Membran D1 ist z. B. mit einer Seite des ersten äußeren hervorstehenden Abschnitts 11b verbunden, die dem ersten Basisabschnitt 12 am Nächsten liegt. Andererseits ist die zweite Öffnung E2 der ersten Membran D1 mit der Umgebung eines vorderen Endes des zweiten hervorstehenden Abschnitts 21 verbunden, der später beschrieben wird.
Gemäß den Konfigurationen ist die erste Druckkammer R1 an einer Seite des ersten Elements 10 ausgebildet. Ein Teil der ersten Membran D1 ist in Kontakt mit der Umgebung. Der erste äußere hervorstehende Abschnitt 11b verhindert, dass sich die erste Membran D1 in eine Richtung orthogonal zu einer Expansions- und Kontraktionsrichtung ausbeult und verformt. Dementsprechend wird ein Verschiebungsbetrag entlang der Expansions- und Kontraktionsrichtung der ersten Membran D1 maximiert.
In der zweiten Membran D2 ist die dritte Öffnung E3 mit der Außenfläche des ersten inneren hervorstehenden Abschnitts 11a verbunden und die vierte Öffnung E4 ist mit der Innenfläche des zweiten hervorstehenden Abschnitts 21 in einem Zustand verbunden, in dem die dritte Öffnung E3 und die vierte Öffnung E4 dem zweiten Element 20 zugewandt sind. Im zweiten Element 20 ist beispielsweise der zweite hervorstehende Abschnitt 21, der eine zylindrische Form hat, an einem zweiten Basisabschnitt 22 vorgesehen, der eine flache Plattenform hat. Die vierte Öffnung E4 der zweiten Membran D2 ist zum Beispiel mit einer Seite des zweiten hervorstehenden Abschnitts 21 verbunden, die dem zweiten Basisabschnitt 22 am Nächsten liegt. Auf der anderen Seite ist die dritte Öffnung E3 der zweiten Membran D2 mit der Umgebung eines vorderen Endes des ersten inneren hervorstehenden Abschnitts 11a verbunden.
Dementsprechend ist ein Teil der zweiten Membran D2 in Kontakt mit der ersten Druckkammer R1 und die zweite Druckkammer R2 ist an einer zweiten Seite des Elements 20 ausgebildet. Gemäß der Konfiguration kann ein Druck in der zweiten Druckkammer R2 höher eingestellt werden als in der ersten Druckkammer R1. Der zweite hervorstehende Abschnitt 21 verhindert, dass sich die zweite Membran D2 in eine Richtung orthogonal zu einer Expansions- und Kontraktionsrichtung ausbeult und verformt. Dementsprechend wird ein Verschiebungsbetrag entlang der Expansions- und Kontraktionsrichtung der zweiten Membran D2 maximiert.
Die Druckbeständigkeitsleistung der Luftfederung AS hängt hauptsächlich von der Haltbarkeit der Membran ab. Die Haltbarkeit der Membran wird in hohem Maße durch eine Druckdifferenz zwischen den Räumen beeinflusst, die mit beiden Oberflächen der Membran in Kontakt sind. Im Beispiel von 1 kann der Druck so eingestellt werden, dass Atmosphärendruck ≤ einem Innendruck P1 in der ersten Druckkammer R1 ≤ einem Innendruck P2 in der zweiten Druckkammer R2 gilt.
In der ersten Ausführungsform sind die erste Druckkammer R1 und die zweite Druckkammer R2 völlig unabhängig voneinander. Daher kann z.B. ein Nippel N zur Lufteinblasung vorgesehen sein, so dass jede Druckkammer einzeln mit Luft befüllt werden kann.
Die Haltbarkeit der Membran wird nicht durch einen absoluten Wert eines auf eine der Flächen wirkenden Drucks bestimmt, sondern durch die Differenz zwischen den auf Innen- und Außenflächen wirkenden Drücken. Daher kann, auch wenn ein Material der ersten Membran D1 und ein Material der zweiten Membran D2 gleich sind, der Druck der zweiten Druckkammer R2 höher eingestellt werden. Auf diese Weise ist es gemäß der Konfiguration möglich, eine Luftfederung AS mit einem hohen Innendruck und einem großen Schwankungsbereich des Innendrucks bei Verwendung von Membranen aus demselben Material zu konfigurieren. Dementsprechend kann ein großer Einstellbereich einer Federungsfunktion gewährleistet werden und die Luftfederung AS kann für ein schweres Fahrzeug verwendet werden.
(Zweite Ausführungsform) 2 zeigt eine Luftfederung AS gemäß einer zweiten Ausführungsform. Hier ist ein Kommunikationskanal W vorgesehen, der sich zwischen der ersten Druckkammer R1 und der zweiten Druckkammer R2 erstreckt, und der Kommunikationskanal W ist mit einer Schalteinheit S zum Öffnen und Sperren des Kommunikationskanals W versehen. Ferner ist eine Pumpe p vorgesehen, die in der Lage ist, zumindest der zweiten Druckkammer R2 Luft zuzuführen.
Als Kommunikationskanal W wird beispielsweise ein druckfester Schlauch oder dergleichen verwendet, um die Kommunikation zwischen der ersten Druckkammer R1 und der zweiten Druckkammer R2 herzustellen. Ferner ist in der Mitte des Kommunikationskanals Wein Ein/Aus-Ventil, ein Magnet(spulen)ventil oder dergleichen vorgesehen, und die Schalteinheit S ist in der Lage, den Kommunikationskanal W zu öffnen und zu sperren. 2 zeigt ein Beispiel, in dem ein erstes Magnet(spulen)ventil S1 (im Folgenden als erstes Magnetventil S1 bezeichnet) verwendet wird, das zwischen einem Öffnungszustand und einem Sperrzustand / blockierenden Zustand umgeschaltet werden kann.
Weiterhin ist die Pumpe p mit der zweiten Druckkammer R2 verbunden. Die Pumpe p bläst bei Bedarf Hochdruckluft in die zweite Druckkammer R2 ein. Die Pumpe p wird durch ein Steuersignal von einer Steuereinheit ECU gesteuert und betrieben. Die Steuereinheit ECU kann ein Betätigungssignal basierend auf einer manuellen Betätigung eines Benutzers, der eine Fahrzeughöhe eines Fahrzeugs einstellen möchte, übertragen. Ein Betätigungssignal kann auch automatisch erzeugt werden, wenn der Innendruck der zweiten Druckkammer R2 unter einen voreingestellten Wert fällt. Für die obigen Steuerungen ist ein erstes Manometer / Druckmessgerät G1 in der ersten Druckkammer R1 und ein zweites Manometer / Druckmessgerät G2 in der zweiten Druckkammer R2 vorgesehen.
Gemäß der Konfiguration kann der Druck der zweiten Druckkammer R2 durch Betätigen der Pumpe p eingestellt und feinjustiert werden, während sich das erste Magnetventil S1 im Sperrzustand befindet. Weiterhin kann, nachdem der Antrieb der Pumpe p gestoppt und der Kommunikationskanal W für eine vorbestimmte Zeit geöffnet ist, Luft aus der zweiten Druckkammer R2 in die erste Druckkammer R1 bewegt werden und ein Druck in der ersten Druckkammer R1 kann erhöht werden. Eine Druckdifferenz zwischen der ersten Druckkammer R1 und der zweiten Druckkammer R2 kann durch Anpassen einer Luftmenge, die zur ersten Druckkammer R1 strömt, angepasst werden. Weiterhin kann durch Sperren des Kommunikationskanals W und zusätzliches Zuführen von Luft zur zweiten Druckkammer R2 der Druck in der zweiten Druckkammer R2 weiter erhöht werden.
Gemäß der Konfiguration kann auch bei einer Verringerung der Luftmenge in der Luftfederung AS die Luft wieder auf- / nachgefüllt werden. Zum Zeitpunkt des Nachfüllens kann der Innendruck der ersten Druckkammer R1 und der Innendruck der zweiten Druckkammer R2 in einem bestimmten Bereich angepasst werden. Daher kann die Federkonstante innerhalb eines vorbestimmten Bereichs angepasst werden und ein Abstand zwischen dem ersten Element 10 und dem zweiten Element 20 kann geändert werden, um beispielsweise die Luftfederung AS zu erhalten, die die Fahrzeughöhe anpassen kann.
(Dritte Ausführungsform) 3 zeigt ein Beispiel, bei dem die Pumpe p parallel zur Schalteinheit S vorgesehen ist. Das heißt, die Pumpe p ist mit einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite der Schalteinheit S verbunden. Dementsprechend sind in der vorliegenden Ausführungsform eine Ansaugöffnung pb der Pumpe p und die erste Druckkammer R1 durch einen ersten Kommunikationskanal W1 verbunden, eine Auslassöffnung pa der Pumpe p und die zweite Druckkammer R2 sind durch einen zweiten Kommunikationskanal W2 verbunden und die Schalteinheit S ist in einem dritten Kommunikationskanal W3 angeordnet, der von dem ersten Kommunikationskanal W1 und dem zweiten Kommunikationskanal W2 abzweigt.
In 3 entfällt die Darstellung des ersten Manometers G1 der ersten Druckkammer R1, des zweiten Manometers G2 der zweiten Druckkammer R2 und der Steuereinheit ECU.
Gemäß der Konfiguration wird ein stationärer Betriebszustand der Luftfederung AS erreicht, indem die Schalteinheit S auf den Sperrzustand und die Pumpe p auf einen gestoppten Zustand eingestellt wird. Das heißt, die Luftfederung AS kann in einem stationären Zustand verwendet werden, in dem der Innendruck P₂ in der zweiten Druckkammer R2 auf einen vorgegebenen Wert gemäß dem Innendruck P₁ in der ersten Druckkammer R1 eingestellt ist.
Von diesem Zustand aus wird, wenn beispielsweise die Fahrzeughöhe durch die Luftfederung AS verändert werden soll, die Schalteinheit S für eine vorbestimmte Zeit auf einen Kommunikationszustand eingestellt und die Luft aus der zweiten Druckkammer R2 wird in die erste Druckkammer R1 bewegt. Wie in 3 gezeigt, ist, wenn eine effektive Fläche der ersten Druckkammer R1 größer ist als eine effektive Fläche der zweiten Druckkammer R2 und wenn die Luft aus der zweiten Druckkammer R2 zur ersten Druckkammer R1 bewegt wird, ein Betrag der Verringerung einer Höhe der zweiten Druckkammer R2 größer als ein Betrag der Zunahme einer Höhe der ersten Druckkammer R1 und eine Gesamthöhe der Luftfederung AS wird oftmals verringert. Daher wird in diesem Fall die Fahrzeughöhe so angepasst, dass sie verringert wird. Die Anpassung kann solange erfolgen, bis der Innendruck P₁ der ersten Druckkammer R1 gleich dem Innendruck P₂ der zweiten Druckkammer R2 ist.
Als Nächstes kann die Luft aus der ersten Druckkammer R1 in die zweite Druckkammer R2 zurückgeführt werden, indem das erste Magnetventil S1, das die Schalteinheit S ist, in den Sperrzustand versetzt und die Pumpe p angetrieben wird. Dementsprechend steigt der Innendruck P₂ der zweiten Druckkammer R2, und die Höhe der Luftfederung AS steigt auf eine ursprüngliche Höhe oder höher.
Indem man auf diese Weise die Luft aus der ersten Druckkammer R1 und die Luft aus der zweiten Druckkammer R2 gegenseitig strömen lässt, kann die Federkonstante der gesamten Luftfederung AS geändert werden und die Höhe der Luftfederung AS kann durch Ändern des Abstands zwischen dem ersten Element 10 und dem zweiten Element 20 geändert werden.
(Vierte Ausführungsform) 4A bis 4E zeigen ein Beispiel, bei dem das erste Magnetventil S1, das die Schalteinheit S ist, auf einen Modus zum Auslassen der Luft aus der ersten Druckkammer R1 eingestellt ist, so dass die Luft aus der ersten Druckkammer R1 auf einer Niederdruckseite aktiv entladen werden kann, und es ist ein zweites Magnetventil S2 zum ersten Kommunikationskanal W1 hinzugefügt.
Insbesondere wird als ein Auswahlmodus des ersten Magnetventils S1 ein Modus hinzugefügt, in dem der dritte Kommunikationskanal W3 gesperrt und die erste Druckkammer R1 an die Umgebung freigegen wird. Daher sind die Umgebung der Auslassöffnung pa der Pumpe p im zweiten Kommunikationskanal W2 und das erste Magnetventil S1 durch einen vierten Kommunikationskanal W4 verbunden. Das erste Magnetventil S1 ist so konfiguriert, dass es den dritten Kommunikationskanal W3 sperrt, wenn z. B. keine Energie zugeführt wird. Entsprechend ist das zweite Magnetventil S2 in der Nähe der Ansaugöffnung pb der Pumpe p im ersten Kommunikationskanal W1 vorgesehen und es kann zwischen einem Modus, in dem der erste Kommunikationskanal W1 geöffnet ist, und einem Modus, in dem der erste Kommunikationskanal W1 gesperrt ist und die Ansaugöffnung pb der Pumpe p an die Umgebung freigegeben / mit der Umgebung verbunden ist, umgeschaltet werden. Das zweite Magnetventil S2 ist so konfiguriert, dass es den ersten Kommunikationskanal W1 öffnet, wenn beispielsweise keine Energie zugeführt wird.
Des Weiteren sind zwei Rückschlagventile C vorgesehen. Das eine Rückschlagventil C ist zwischen einem Verbindungsabschnitt des zweiten Kommunikationskanals W2 und des dritten Kommunikationskanals W3 und einem Verbindungsabschnitt des zweiten Kommunikationskanals W2 und des vierten Kommunikationskanals W4 vorgesehen, so dass die Luft von der Pumpe p zur zweiten Druckkammer R2 strömen kann. Das andere Rückschlagventil C ist in dem vierten Kommunikationskanal W4 vorgesehen, so dass die Luft von dem ersten Magnetventil S1 zur Pumpe p strömen kann.
In 4A bis 4E entfällt die Darstellung des ersten Manometers G1 der ersten Druckkammer R1, des zweiten Manometers G2 der zweiten Druckkammer R2 und der Steuereinheit ECU.
Je nach Konfiguration können die Höhe und die Federkonstante der Luftfederung AS wie folgt angepasst werden. 4A zeigt einen normalen Verwendungszustand. Hier ist der dritte Kommunikationskanal W3 durch das erste Magnetventil S1 gesperrt und der erste Kommunikationskanal W1 ist durch das zweite Magnetventil S2 auf den Kommunikationszustand eingestellt. Gemäß der Einstellung kommunizieren die erste Druckkammer R1 und die zweite Druckkammer R2 nicht miteinander und die Luft aus der ersten Druckkammer R1 wird nicht ausgelassen.
Im obigen Zustand kann durch Antreiben der Pumpe p die Luft aus der ersten Druckkammer R1 zur zweiten Druckkammer R2 bewegt werden, um die Höhe der Luftfederung AS zu erhöhen.
In 4B befindet sich das erste Magnetventil S1 in dem Kommunikationszustand. Dementsprechend bewegt sich die Luft aus der zweiten Druckkammer R2 zur ersten Druckkammer R1, die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern wird verringert und die Höhe der Luftfederung AS wird reduziert. Nachdem eine vorbestimmte Luftmenge bewegt wurde, wird das erste Magnetventil S1 wieder in den Sperrzustand gebracht.
4C zeigt einen Zustand, in dem der dritte Kommunikationskanal W3 durch das erste Magnetventil S1 wieder in den Sperrzustand versetzt wird, und die Luft, die in 4B zur ersten Druckkammer R1 bewegt wird, durch eine Betätigung der Pumpe p wieder in die zweite Druckkammer R2 zurückgeführt wird. Dementsprechend kehrt die Luftfederung AS auf eine ursprüngliche Höhe zurück. Solange die Luft aus der ersten Druckkammer R1 und aus der zweiten Druckkammer R2 nicht nach außen entweicht, kann die Höhe der Luftfederung AS durch Wiederholung der Zustände nach 4A und 4C angepasst werden.
4D zeigt einen Zustand, in dem das erste Magnetventil S1 mit dem vierten Kommunikationskanal W4 verbunden ist und das zweite Magnetventil S2 die Pumpe p an die Umgebung freigibt. Wenn die Pumpe p selbst keine vollständige Abdichtung hat, wird die Luft aus der ersten Druckkammer R1 im obigen Zustand nach außen ausgelassen. Wenn die Pumpe hingegen eine sehr gute Abdichtung hat, kann die Luft aus der ersten Druckkammer R1 durch aktive Betätigung der Pumpe in umgekehrter Weise nach außen ausgelassen werden. Dementsprechend wird die Fahrzeughöhe der Luftfederung AS deutlich reduziert. Die Federkonstante nimmt ab und z.B. wird das Fahrgefühl des Fahrzeugs weicher / sanfter.
4E zeigt, dass die Pumpe p in dem in 4D gezeigten Zustand betätigt wird. Die Betätigung der Pumpe p erhöht den Druck des zweiten Kommunikationskanals W2 und des vierten Kommunikationskanals W4. Da der Druck höher ist als der Druck in der ersten Druckkammer R1, funktioniert das Rückschlagventil C so, dass es den Luftstrom durch den vierten Kommunikationskanal W4 stoppt. Andererseits wird Luft aus dem zweiten Kommunikationskanal W2 der zweiten Druckkammer R2 zugeführt. Wenn es erwünscht ist, die Höhe der Luftfederung AS signifikant zu erhöhen, wird der zweiten Druckkammer R2 im obigen Zustand eine große Menge an Luft zugeführt und dann wird die Luft aus der zweiten Druckkammer R2 in die erste Druckkammer R1 in dem in 4B gezeigten Zustand bewegt. Danach kann der zweiten Druckkammer R2 in dem in 4E dargestellten Zustand weiter Luft zugeführt werden. Dementsprechend kann die Gesamthöhe und Federkonstante der Luftfederung AS deutlich vergrößert werden.
Auf diese Weise können durch die Konfiguration des ersten Magnetventils S1 und des zweiten Magnetventils S2 die Höhe und die Federkonstante der Luftfederung AS signifikant verändert werden.

[Beispiel] Tabelle 1 zeigt Ergebnisse der Berechnung einer Änderung einer Reaktionskraft der Luftfederung AS, wenn der Innendruck P1 der ersten Druckkammer R1 anfänglich / ursprünglich kleiner eingestellt ist als der Innendruck P2 der zweiten Druckkammer R2 in der in 2 bis 4E gezeigten Luftfederung AS und die beiden Kammern miteinander kommunizieren, um den gleichen Innendruck P' zu haben. Tabelle 1

Beispiel 1	Beispiel 2

P₂ > P₁ → 1 P₂ = 2 P₁	P₂ > P₁ → 1 P₂ = 2 P₁
V₂ < V₁ → 1 V₁ = 5 V₂	V₂ > V₁ → 1 V₁ = 0.6 V₂
A₂ < A₁ → 1 A₁ = 4 A₂	A₂ = A₁ → 1 A₁ = 1 A₂
• die ursprüngliche Reaktionskraft des Zylinders ist:	• die ursprüngliche Reaktionskraft des Zylinders ist:
P₁ × A₁ + P₂ × A₂ = 3 P₂ × A₂	P₁ × A₁ + P₂ × A₂ = 1.5 P₂ × A₂
• die Reaktionskraft des Zylinders nach der Kommunikation ist:	• die Reaktionskraft des Zylinders nach der Kommunikation ist:
P' = 3.5 P₂V₂ / 6 V₂ = 0.6 P₂	P' = 1.3 P₂V₂/1.6 V₂ = 0.8 P₂
Daher ist die Summe der Reaktionskräfte des Zylinders:	Daher ist die Summe der Reaktionskräfte des Zylinders:
P' × (A₁ + A₂) = 2.92 P₂ × A₂	P' × (A₁ + A₂) = 1.63 P₂ × A₂
P' = (P₁V₁ + P₂V₂) / (V₁ + V₂) basierend auf P₁V₁ + P₂V₂ = P'(V₁ + V₂)

In Beispiel 1 und Beispiel 2 sind die Volumina V₁ und V₂ und die effektiven Flächen A₁ und A₂ der beiden Druckkammersysteme unterschiedlich voneinander. Zur groben Unterscheidung ist in Beispiel 1 das Volumen V₁ der ersten Druckkammer R1 größer als das Volumen V₂ der zweiten Druckkammer R2 und in Beispiel 2 ist im Gegensatz dazu das Volumen V₂ der zweiten Druckkammer R2 größer.
Aus den Ergebnissen der Tabelle 1 geht hervor, dass in Beispiel 1 die vom gesamten Zylinder erzeugte Reaktionskraft von 3(P₂A₂) auf 2,92(P₂A₂) verringert wird, indem eine Kommunikation / Verbindung zwischen der ersten Druckkammer R1 und der zweiten Druckkammer R2 hergestellt wird. Im Gegensatz dazu wird in Beispiel 2 die Reaktionskraft von 1,5(P₂A₂) auf 1,63(P₂A₂) erhöht. Um die Berechnung zu vereinfachen, wurde ein Gesamtvolumen (V₁+V₂) vor und nach der Kommunikation zwischen der ersten Druckkammer R1 und der zweiten Druckkammer R2 als konstant eingestellt.
Auf diese Weise variiert ein Effekt der Verwendung der Kommunikation zwischen der ersten Druckkammer R1 und der zweiten Druckkammer R2 in Abhängigkeit von einer Konfiguration der Luftfederung AS. Daher ist es vorteilhaft, die Konfiguration der Luftfederung AS in Zusammenhang mit einem Verwendungszweck des Fahrzeugs oder dergleichen, an dem die Luftfederung AS angebracht ist, entsprechend einzustellen.
[Andere Ausführungsformen] Wie in 5 gezeigt, können Öffnungen OR1 und OR2 an einer Position am dritten Kommunikationskanal W3 zwischen dem ersten Magnetventil S1 und dem zweiten Kommunikationskanal W2 und im vierten Kommunikationskanal W4 vorgesehen sein. Obwohl in 5 eine Blende OR3 dargestellt ist, wird zunächst ein Fall angenommen, in dem die Blende OR3 nicht vorgesehen ist. Die Blende OR1 reduziert eine Kommunikationsgeschwindigkeit zwischen der ersten Druckkammer R1 und der zweiten Druckkammer R2. Die im vierten Kommunikationskanal W4 vorgesehene Blende OR2 reduziert eine Austrittsgeschwindigkeit der Luft aus der ersten Druckkammer R1. Durch das Vorsehen der beiden Blenden OR1 und OR2 kann eine Höhenanpassungsgeschwindigkeit der Luftfederung AS angepasst werden.
Wenn die Blende OR3 anstelle der beiden Blenden OR1 und OR2 an einer Position am dritten Kommunikationskanal W3 zwischen dem ersten Magnetventil S1 und dem ersten Kommunikationskanal W1 vorgesehen ist, können die Funktionen der beiden Blenden OR1 und OR2 gleichzeitig erzielt werden.
[Industrielle Verwendung]
Die hierin offenbarte Luftfederung kann z.B. in einem Fahrzeug mit besonders großer Beladung oder in einem Fahrzeug, in dem eine große Anpassungsbreite der Fahrzeughöhe gesichert werden soll, weithin verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007309357 A [0002]

Claims

Eine Luftfederung (AS) mit: einem ersten Element (10), das einen ersten hervorstehenden Abschnitt (11) mit einer zylindrischen Außenfläche aufweist; einem zweiten Element (20), das einen zweiten hervorstehenden Abschnitt (21) mit einer zylindrischen Innenfläche und einer zylindrischen Außenfläche aufweist und so konfiguriert ist, dass es sich nahe an das erste Element heran und von diesem weg bewegt; einer ersten Membran (D1), die ein rohrförmiges Element ist, das eine erste Öffnung (E1) und eine zweite Öffnung (E2) an seinen beiden Enden aufweist, wobei die zweite Öffnung nach innen gefaltet und in die gleiche Richtung wie die erste Öffnung gerichtet ist; und einer zweiten Membran (D2), die ein rohrförmiges Element ist, das eine dritte Öffnung (E3) und eine vierte Öffnung (E4) an seinen beiden Enden aufweist, wobei die dritte Öffnung nach innen gefaltet und in die gleiche Richtung wie die vierte Öffnung gerichtet ist, wobei die erste Öffnung mit dem ersten Element verbunden ist und die zweite Öffnung mit der Außenfläche des zweiten hervorstehenden Abschnitts in einem Zustand verbunden ist, in dem die erste Öffnung und die zweite Öffnung dem ersten Element zugewandt sind und somit eine erste Druckkammer (R1) auf einer Seite des ersten Elements ausgebildet ist, während ein Teil der ersten Membran in Kontakt mit der Umgebung ist, und die dritte Öffnung mit der Außenfläche des ersten hervorstehenden Abschnitts verbunden ist und die vierte Öffnung mit der Innenfläche des zweiten hervorstehenden Abschnitts in einem Zustand verbunden ist, in dem die dritte Öffnung und die vierte Öffnung dem zweiten Element zugewandt sind und somit eine zweite Druckkammer (R2) mit einem höheren Druck als dem der ersten Druckkammer auf einer Seite des zweiten Elements ausgebildet ist, während ein Teil der zweiten Membran in Kontakt mit der ersten Druckkammer ist.
Luftfederung nach Anspruch 1, ferner mit: einem Kommunikationskanal (W), der sich zwischen der ersten Druckkammer und der zweiten Druckkammer erstreckt; einer Schalteinheit (S), die konfiguriert ist, den Kommunikationskanal zu öffnen und zu sperren; und einer Pumpe (p), die so konfiguriert ist, dass sie zumindest der zweiten Druckkammer Luft zuführt.
Luftfederung nach Anspruch 2, wobei eine Ansaugöffnung (pb) der Pumpe und die erste Druckkammer durch einen ersten Kommunikationskanal (W1) verbunden sind, eine Auslassöffnung (pa) der Pumpe und die zweite Druckkammer durch einen zweiten Kommunikationskanal (W2) verbunden sind, und die Schalteinheit in einem dritten Kommunikationskanal (W3) vorgesehen ist, der den ersten Kommunikationskanal und den zweiten Kommunikationskanal verbindet.
Luftfederung nach Anspruch 3, wobei die Schalteinheit durch ein erstes Magnetventil (S1) konfiguriert ist, das zwischen einem Zustand, in dem der dritte Kommunikationskanal geöffnet ist, und einem Zustand, in dem der dritte Kommunikationskanal gesperrt ist und die erste Druckkammer mit der Auslassöffnung der Pumpe kommuniziert, umschaltet, und ein zweites Magnetventil (S2), das zwischen einem Zustand, in dem die Ansaugöffnung und der erste Kommunikationskanal miteinander kommunizieren, und einem Zustand, in dem der erste Kommunikationskanal gesperrt ist und die Ansaugöffnung mit einer Außenseite kommuniziert, umschaltet, zwischen der Ansaugöffnung der Pumpe und dem ersten Kommunikationskanal vorgesehen ist.