JP5138696B2 - 空気ばね装置 - Google Patents

Description

本発明は、エラストマ材料製の空気ばねベローズと、空気ばねカバーと、空気ばねピストンとを有する空気ばね装置であって、運転状態で本質的に自立する空気ばねベローズが、第１のロール状ひだを形成するように空気ばねベローズの第１の端部によって空気ばねピストンに、かつ第２の（ロール状）ひだを形成するように空気ばねベローズの第２の端部によって空気ばねカバーに気密に取り付けられ、また空気ばねカバーと空気ばねピストンと共に弾性的体積を有する中空室を形成し、空気ばね装置が、接線方向に空気ばねベローズを囲むスリーブ状の外側ガイドと、空気ばねベローズの内部に配置される少なくとも１つの内側クランプリングとを有し、外側ガイドが、内側クランプリングを使用して摩擦ロック及び／又は確動ロック式に（in a frictionally and/or positively locking fashion）空気ばねベローズの外面に取り付けられる、空気ばね装置に関する。本発明はまた、このような空気ばね装置用の空気ばねベローズを製作するために特に適切な方法に関する。

シャシと車体との間にクランプされ、次に空気ばねカバー、例えばシャシ側面と、車体側面の展開ピストン（rolling piston）との間に取り付けられる空気ばねベローズを有する、簡単に空気ばねとも称される空気ばね装置が、多数の設計で知られている。空気ばねは、運転中に内側の超過圧力を受ける。空気ばねベローズは、荷重下で、またばね運動の際に、同心の構成要素の外側輪郭に、通常空気ばねピストン／展開ピストンにロール状ひだを形成するように丸められる。このような空気ばねは、快適なサスペンションを提供するために道路車両に又は鉄道車両に頻繁に使用される。空気ばねは、運転中に内側の超過圧力を受ける。

この関連で、空気ばねベローズが一方の側面にのみ、具体的に一般に展開ピストンにロール状ひだを形成する両方の空気ばね、又は両側に（ロール状）ひだを形成するように、ロールベローズが空気ばねカバーと展開ピストンとの間にクランプされる空気ばねの両方がある。片側のロール状ひだを有する空気ばねは、乗用車に頻繁に確認することができ、両側のロール状ひだのためより大きな荷重支持力を有するしばしばより大きな空気ばねは、トラック及び鉄道車両に取り付けられる傾向がある。

さらに、薄い、すなわち薄壁のロールベローズは、快適なサスペンション挙動を高め、かつハーシュネス（ｈａｒｓｈｎｅｓｓ）挙動と称されるものを低減するために望ましい。当業者は、ハーシュネスという用語が比較的高い周波数及び低い振幅の振動が生じるときの重なり合う幾分粗い堅いサスペンション挙動を意味することを理解し、このサスペンション挙動は、空気ばねユニット及びショックアブソーバユニットで一般的な設計、材料、固有の減衰手段、慣性等の従属性の結果として生ずる。

しかし、比較的薄いロールベローズでシステム全体の十分な荷重支持力を達成するために、ロールベローズ又は空気ばね又はショックアブソーバには、外側ガイドと称されるもの、具体的に、ロールベローズを囲む管状の「支持コルセット」又は支持本体が設けられなければならない。このようにして、例えば、高い内圧、したがって、同時に優れたハーシュネス挙動を伴う高い荷重支持力に対する支持本体として、軽量の薄い金属管を有する薄いロールベローズを最適化することができる。

ロールベローズが、展開ピストンの外側及び外側ガイドの内面の両方で丸められるように、外側ガイドが構成される。

ばね運動が生じると、二重のひだを有する空気ばねの空気ばねベローズ、ならびに１つのひだのみを有する空気ばねベローズは、したがって、通常、ロール状ひだを維持しつつ空気ばねピストンの外側輪郭で本質的に丸められる。二重のロール状ひだ又は両側のロール状ひだを有する空気ばねでは、空気ばねカバーに配置されるロール状ひだがカバー構成要素で丸められる状態は、空気ばね装置の個々の要素の連続的に規定される位置が保証されるように、カバーを相応して成形することによって最小にされるか又は完全に防止される。

空気ばねベローズが１つの側面のみにロール状ひだを形成するそれらの空気ばねは、一般に、空気ばねカバーにまた空気ばねピストンに空気ばねを取り付ける異なる領域で異なる直径を有する。例えば、独国特許第１９７ ５３ ６３７号明細書に開示された空気ばねシステムの空気ばねベローズは、比較的大きな直径を有する空気ばねカバーに取り付けられ、また１つのロール状ひだのみが形成されるように相当小さな展開ピストンに取り付けられる。この設計により、空気ばねベローズを囲みかつ外側に支持されるスリーブの形態の外側ガイドを空気ばねカバーのより大きな直径に容易に取り付けることができる。このような取付けは、固定カバーのクランプリングによって容易に実施することができ、外側ガイドの大きな直径により、ロール状ひだを形成する程度に十分な空間が可能である。

しかし、例えば、二重のロール状ひだの場合の外側ガイドが、空気ばねベローズそれ自体によってのみ保持されなければならない場合、特に長い寿命が必要とされる場合、取付けはむしろ難しくなる。接合又は硬化のような取付け方法を提案する解決方法が達成可能であるが、それらは常に所望の耐久性を提供するわけではない。

独国実用新案第２９８ ２３ ５０８号明細書は、このような取付け方法を提示し、また接合及び硬化に加えて、内側クランプリングの拡大によるクリンプ又はクランプの代替方法を開示している。しかし、より詳細な説明が欠けているため、前記文献に記載された拡大工程は、取付け方法の理論的な可能性であると考えるべきである。一方で、空気ばねがなお荷重を受けていない状態にあるときにクランプリングが空気ばねベローズに挿入された場合、円周にわたって均一である位置及び装着のためのクランプリングの十分な拡張は、事実上不可能である。他方、内圧の下ですでに拡げられている空気ばねベローズにクランプリングを導入することは、まだ実施されておらず、非常に大きな出費をかけてのみ実行可能であると考えられる。

したがって、本発明の目的は、確実に、簡単にかつ大きな取付費用なしに外側ガイドを取り付けることができ、長い車両寿命の設計が問題とならない、二重のひだ及び外側ガイドを有する本質的に自立型の空気ばねを提供することである。

この目的は、主請求項の特徴によって達成される。さらに有利な実施形態が従属項に開示されている。

この関連で、内側クランプリングの外径は、圧力が緩和された状態で、空気ばねベローズの外径よりも大きく、圧力なしの空気ばねベローズ内の内側クランプリングにより、半径方向外側を指向しかつ本質的に外側ガイドの内径に対応する円周突出部が生成される。この結果、自立型の空気ばねを外側ガイド／外側ガイドスリーブに確実に容易に結合することができる。供給状態又は装着状態の空気ばねベローズの内部にすでに配置され、かつ空気ばねベローズの復元力によって固定される内側クランプリングによって、またロールベローズ上の箇所に設けられる固定の環状形状／ケトル形状によって、外側ガイドを簡単な方法、例えば収縮ばめ、締付け、熱収縮、接合等によって取り付けることができる。固定の環状形状により、その寿命にわたって結合部の耐久性が保証される。

有利な一発展形態は、空気ばねカバー及び空気ばねピストンが、空気ばねベローズの端部のそれぞれの取付け領域で本質的に同一の直径を有することにある。この結果、特に内側クランプリングの外径が、空気ばねカバー及び空気ばねピストンのそれぞれの取付け領域の直径よりも大きい場合、任意の寸法の自立型の空気ばね用に、空気ばねベローズを容易に使用することができる。

さらに有利な発展形態は、外側ガイドが、圧縮又は拡げることができる内側クランプリングを使用して、空気ばねベローズの外面にクランプされることにある。本発明に従って内側クランプリングによって半径方向外側に突出するようにされるベローズの形状によってのみ可能にされるクランプ効果を、したがって、さらに強化することができる。

さらに有利な発展形態は、内側クランプリングの外径が、製作された状態で、空気ばねベローズの外径よりも少なくとも１５ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ大きいことにある。このようにして達成される空気ばねベローズへの外側ガイドの結合により、すべての運転状態で、乗用車及びトラックに一般的なロールベローズによる確実な取付け方法が提供される。

本発明による空気ばね装置用の、内側クランプリングが設けられた空気ばねベローズを製作するための特に適切な方法は、折返し方法を使用して空気ばねベローズに内側クランプリングが設けられることにあり、この場合、
ａ）空気ばねベローズは、本質的に円筒状の膨張ベローズにもたれかかりかつ少なくとも部分的に膨張ベローズを囲むように取り付けられ、かつ膨張ベローズに関連付けられる端部片に空気ばねベローズの端部の少なくとも一方によって気密に結合され、端部片の少なくとも一方は膨張ベローズを囲むようにポット状に形成され、膨張ベローズの端部片の少なくとも一方は他方の端部片に対し移動できかつ膨張ベローズの長さを縮めるように形成され、
ｂ）膨張ベローズは、それに当接する空気ばねベローズを拡げるために内圧の下に置かれ、
ｃ）膨張ベローズ又は空気ばねベローズが膨張させられると、膨張ベローズの有効長を縮める又は端部片の間の距離を縮める効果により、膨張ベローズ又は空気ばねベローズの一方の端部が折返し部分の形態でポット状の端部を越えて転回される／折り返される程度に、端部片が共に移動され、
ｄ）縮小を部分的に戻すことにより膨張ベローズは部分的に圧力が緩和され、その結果、膨張ベローズの拡大及び折返しが反転されるが、空気ばねベローズの折返し部分は維持され、
ｅ）内側クランプリングが膨張ベローズの上に、空気ばねベローズの内側に設けられるクランプ点に位置決めされ、
ｆ）膨張ベローズが完全に圧力緩和され、膨張ベローズの有効長を増す効果により端部片が互いに離れて移動され、
ｇ）空気ばねベローズの折返し部分が空気圧の下に置かれ、空気ばねベローズの折返し部分が折り戻され、初期位置／製作された状態に戻される空気ばねベローズが、半径方向外側を指向する円周突出部を形成するように内側クランプリングを固定し、その後、
ｈ）空気ばねベローズが製作マンドレルから／端部片から取り除かれる。

このような方法は、少なくとも半自動式の製作装置を使用してかつ容易に、本発明による空気ばね装置に使用するために意図される装着の準備ができた空気ばねベローズを製作する可能性を提供する。

この場合、膨張ベローズは、可変長さを有する製作マンドレルを有利に閉じ込めることができ、したがって、膨張工程及び折返し工程用の圧力媒体量を低減する。

本方法の有利な一発展形態は、予め規定された膨張状態で、膨張ベローズが内側クランプリング用の装着ガイドとして機能することにある。これにより、内側クランプリングを正確に位置決めするための別個の送り装置又は案内装置を省略することが可能である。次に、内側クランプリングは、膨張ベローズによって案内されて、空気ばねベローズの折返し部分の内側円周まで、すなわちクランプ点まで落ち、空気ばねベローズが折り戻されるときに、固定される。

典型的な実施形態に基づき、本発明についてより詳細に説明する。

本発明による空気ばね装置の図面である。 圧力なしの取付け状態／装着状態の空気ばねベローズの図面である。 基本的な概要の形態にある、内側クランプリングが設けられた空気ばねベローズを製作するための本発明による方法の図面である。 基本的な概要の形態にある、内側クランプリングが設けられた空気ばねベローズを製作するための本発明による方法の図面である。 基本的な概要の形態にある、内側クランプリングが設けられた空気ばねベローズを製作するための本発明による方法の図面である。

図１は、底部に配置される空気ばねカバー２と、上方部分に配置される空気ばねピストン３と、空気ばねベローズ４とを有する本発明の空気ばね装置１を示している。空気ばねベローズ４は、スリーブ状の外側ガイド５によって囲まれている。空気ばねピストンは、例えば車体に結合するための上方結合部６を有する。

空気ばねカバー２は２つの部分で構成され、ゴム層９によって共に永続的に加硫処理された内側円錐部７及び基部８を有する。

空気ばねベローズ４は、各々の場合にクランプリング１０を使用して、空気ばねピストン３のクランプ座部１１及び空気ばねカバー２の内側円錐部７のクランプ座部１１に気密に押圧され、空気ばねピストン３と空気ばねカバー２との間に、弾性的体積を有しかつ超過圧力を加えることができる空洞１２を形成する。この超過圧力により、空気ばねベローズ４がロール状ひだ１３及び別のひだ１４を形成することが保証される。空気ばねピストン４と空気ばねカバー２との軸方向の相対運動があるとき、ロール状ひだ１３は空気ばねピストンでロール状にされる。ひだ１４の場合、空気ばねカバー上でのロール状化は、カバーの対応する成形によって最小にされるか又は完全に防止される。このため、空気ばねベローズ４は、成形リング１５によってカバー側面に支持され、その結果、空気ばねベローズは空気ばねカバー２を越えてあまりロール状にならない。空洞１２の超過圧力はまた、空気ばねベローズ４を内側から外側ガイド５に対し押圧する。これによって、空気ばねベローズ４が支持され、その結果、その半径方向の拡張は、外側ガイド５によって予め規定された程度を超えず、ばね特性を相当程度に決定する。

空気ばね装置１は、アルミニウム製の内側クランプリング１６を有し、このクランプリングにより、同様にアルミニウムから構成されたスリーブ状の外側ガイド５が、空気ばねベローズ４に取り付けられかつそれを囲む。このような安定した外側ガイドにより、優れたハーシュネス挙動を有する比較的薄いベローズを使用することが可能である。

図２は、原則として圧力なしの取付け状態／装着状態の、内側クランプリング１６がすでに挿入された空気ばねベローズ４を示している。内側クランプリング１６の外径１７は、圧力が緩和された状態で、空気ばねベローズ４の外径１８よりも相当大きい。したがって、内側クランプリングは、圧力なしの空気ばねベローズに、後に取り付けられる外側ガイド５の内径に本質的に対応する半径方向外側を指向する円周突出部１９を形成する。

図２は、図１と関連して、空気ばねカバー２及び空気ばねピストン３が、空気ばねベローズ４の端部用のそれぞれの取付け領域又はクランプ座部１１において本質的に同じ直径を有すること、厳密には、圧力が緩和された状態の空気ばねベローズ４の外径１８をほぼ有することを示している。内側クランプリング１６の外径１７は、同様に、それぞれの取付け領域の直径よりも大きい。

装着後に空洞１２に加えられる負荷の下の超過圧力は、次に、空気ばねベローズ４を図２に示した形状から、ロール状ひだの形成を伴う図１に示した形状に変え、内部から外側ガイド５を押圧する。

図３〜図５は、内側クランプリングが設けられかつ本発明による空気ばね装置用に意図される空気ばねベローズを製作するための本発明による方法を、基本的な概要により示している。本方法は、以下にさらに詳細に説明するように、特定の折返し方法を使用して内側クランプリングを有する空気ばねベローズを設けることを含む。

図３は、本質的に円筒状の膨張ベローズ２０にもたれかかりかつその下方端部で当該ベローズを囲むように取り付けられる形態の空気ばねベローズ４を示している。空気ばねベローズ４はその下端で、膨張ベローズ２０に関連付けられる端部片２１および２２のうちの低い方に気密に結合される。当該下方の端部片２２がベローズを、すなわち、膨張ベローズ２０と取り付けられた空気ばねベローズ４とを、折返しカラー２３を有するポットの形態において囲む。

膨張ベローズの端部片２１、２２の少なくとも１つを、他方の端部片に対し移動させることができ、その結果、膨張ベローズの長さすなわち端部片２１と２２との間の距離を、折返し／転回工程中に縮めることができる。

次に、図４は、被着された空気ばねベローズ４を拡げるために、膨張ベローズ２０が内圧を受け、そして膨張ベローズ又は空気ばねベローズが膨張させられるとき、端部片２１と２２の間の距離の縮小を伴って端部片が共に既に移動される方法を示す。この関連で、膨張ベローズ２０又は空気ばねベローズ４の下端は、折返しカラー２３として形成されるポット状の端部を越えて、折返し部分２４の形態で転回／折り返される。

次に、膨張ベローズ２０は、図５に示すように、部分的な、厳密にはほぼ完全な縮小の戻しにより部分的に圧力が緩和され、その結果、膨張ベローズの拡大及び折返しが反転される。しかし、空気ばねベローズ４の折返し部分２４は維持される。この状態で、内側クランプリング１６が、膨張ベローズの上から押されて、空気ばねベローズの内側に設けられるクランプ点２５に位置決めされる。

この後に、さらなる終了ステップが続き（より詳細に図示せず）、この間に、膨張ベローズは完全に圧力が緩和され、図１に示した状態に移動して戻される。次に、端部片は、再び互いに完全に離され、それらのそれぞれの終点に移動され、膨張ベローズはその最大長さを取り戻す。

次に、折返しカラーの内側に延在しかつ折返し部分の下に現れる空気ダクトを使用して、空気ばねベローズ４の折返し部分に空気圧が加えられる。その際、空気ばねベローズ４の折返し部分２４は折り戻され、空気ばねベローズ４の初期状態／装着状態に戻された当該空気ばねベローズは、図２に示されているように、半径方向外側を指向する円周突出部１９を形成しつつ、内側クランプリングを固定する。次に、空気ばねベローズは、膨張ベローズから／端部片から取り除かれ、次に、外側ガイド５と共に空気ばね装置１に取り付けられる。

１ 空気ばね装置
２ 空気ばねカバー
３ 空気ばねピストン
４ 空気ばねベローズ
５ 外側ガイド
６ 結合部
７ 内側円錐部
８ 基部
９ ゴム層
１０ クランプリング
１１ クランプ座部／取付け領域
１２ 空洞
１３ ロール状ひだ
１４ ひだ
１５ 成形リング
１６ 内側クランプリング
１７ 内側クランプリングの外径
１８ 空気ばねベローズの外径
１９ 突出部
２０ 膨張ベローズ
２１ 端部片
２２ 端部片
２３ 折返しカラー
２４ 折返し部分
２５ クランプ箇所

Claims (8)

1. エラストマ材料製の空気ばねベローズ（４）と、空気ばねカバー（２）と、空気ばねピストン（３）とを有する空気ばね装置（１）であって、運転状態で本質的に自立する空気ばねベローズ（４）が、第１のロール状ひだ（１３）を形成するように空気ばねベローズの第１の端部によって空気ばねピストン（３）に、かつ第２のロール状ひだ（１４）を形成するように空気ばねベローズの第２の端部によって空気ばねカバー（２）に気密に取り付けられ、かつ空気ばねカバー（２）と空気ばねピストン（３）と共に弾性的体積を有する中空室（１２）を形成し、空気ばね装置（１）が、接線方向に空気ばねベローズ（４）を囲むスリーブ状の外側ガイド（５）と、空気ばねベローズ（４）の内側に配置される少なくとも１つの内側クランプリング（１６）とを有し、外側ガイド（５）が、内側クランプリング（１６）を使用して摩擦によりロックするように及び／又は確実にロックするように空気ばねベローズ（４）の外面に取り付けられる、空気ばね装置（１）において、内側クランプリング（１６）の外径（１７）が、圧力が緩和された状態で、空気ばねベローズ（４）の外径（１８）よりも大きく、圧力なしの空気ばねベローズ内の内側クランプリングにより、半径方向外側を指向しかつ本質的に外側ガイド（５）の内径に対応する円周突出部（１９）が生成されることを特徴とする空気ばね装置（１）。
2. 空気ばねカバー（２）及び空気ばねピストン（３）が、空気ばねベローズの端部のそれぞれの取付け領域（１１）で本質的に同一の直径を有することを特徴とする、請求項１に記載の空気ばね装置。
3. 内側クランプリング（１６）の外径（１７）が、空気ばねカバー（２）及び空気ばねピストン（３）のそれぞれの取付け領域（１１）の直径よりも大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の空気ばね装置。
4. 外側ガイド（５）が、圧縮又は拡げることができる内側クランプリングを使用して空気ばねベローズ（４）の外面にクランプされることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気ばね装置。
5. 内側クランプリング（１６）の外径（１７）が、製作された状態で、空気ばねベローズ（４）の外径（１８）よりも少なくとも１５ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ大きいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気ばね装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気ばね装置用の、内側クランプリングが設けられた空気ばねベローズ（４）を製作するための方法であって、折返し方法を使用して空気ばねベローズ（４）に内側クランプリング（１６）が設けられ、
   ａ）空気ばねベローズ（４）が、本質的に円筒状の膨張ベローズ（２０）にもたれかかりかつ少なくとも部分的に膨張ベローズを囲むように取り付けられ、かつ膨張ベローズに関連付けられる端部片（２１、２２）に空気ばねベローズの端部の少なくとも一方によって気密に結合され、端部片の少なくとも一方が膨張ベローズを囲むようにポット状に形成され、膨張ベローズの端部片の少なくとも一方が他方の端部片に対し移動できかつ膨張ベローズの長さを縮めるように形成され、
   ｂ）膨張ベローズが、それに当接する空気ばねベローズを拡げるために内圧の下に置かれ、
   ｃ）膨張ベローズ又は空気ばねベローズ（４）が膨張させられると、膨張ベローズの有効長を縮める又は端部片（２１、２２）の間の距離を縮める効果により、膨張ベローズ又は空気ばねベローズ（４）の一方の端部が折返し部分（２４）の形態でポット状の端部を越えて転回される／折り返される程度に、端部片が共に移動され、
   ｄ）縮小を部分的に戻すことにより膨張ベローズ（２０）が部分的に圧力緩和され、その結果、膨張ベローズの拡大及び折返しが反転されるが、空気ばねベローズ（４）の折返し部分は維持され、
   ｅ）内側クランプリング（１６）が膨張ベローズの上に、空気ばねベローズ（４）の内側に設けられるクランプ点（２５）に位置決めされ、
   ｆ）膨張ベローズが完全に圧力緩和され、縮小を完全に戻す効果により端部片（２１、２２）が互いに離れて移動され、
   ｇ）空気ばねベローズ（４）の折返し部分が空気圧の下に置かれ、空気ばねベローズ（４）の折返し部分（２４）も折り戻され、初期位置／製作された状態に戻される空気ばねベローズ（４）が、半径方向外側を指向する円周突出部（１９）を形成するように内側クランプリング（１６）を固定し、その後、
   ｈ）空気ばねベローズが膨張ベローズから／端部片から取り除かれる
   ことを特徴とする方法。
7. 膨張ベローズが製作マンドレルを可変長さで囲むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 予め規定された膨張状態で、膨張ベローズが、内側クランプリング用の装着ガイドとして使用されることができることを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。

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