KR20130006688A

KR20130006688A - 에어 스프링

Info

Publication number: KR20130006688A
Application number: KR1020127029357A
Authority: KR
Inventors: 마르코 윌렘스
Original assignee: 아우디 아게
Priority date: 2010-04-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2013-01-17
Also published as: DE102010014559A1; WO2011124325A2; EP2558743A2; WO2011124325A3; CN102834640B; CN102834640A

Abstract

본 발명은 에어 스프링 피스톤(8)을 에어 스프링 커버(4)와 연결하여 밀폐된 에어 챔버(12)를 형성하는, 탄성 중합체 재료로 이뤄진 원통형 롤링 로브(10)를 구비하고, 원통형 롤링 로브(10)가 에어 스프링 피스톤(8)의 수축 시의 레벨과 에어 스프링 피스톤(8)의 팽창 시의 레벨 사이에서 에어 챔버 체적을 변경하면서 그리고 롤링 폴드를 형성하면서 에어 스프링 피스톤 측에서는 에어 스프링 피스톤(8)에서 그리고 에어 스프링 커버 측에서는 외부 가이드(14)에서 그 바깥쪽 외장 표면으로써 롤링하되, 외부 가이드(14)는 보강 인서트를 갖는 탄성 중합체 호스(16)를 구비하는 에어 스프링, 특히 자동차 차대의 스프링 휠 서스펜션용 에어 스프링에 관한 것이다. 외부 가이드(14)는 에어 스프링 피스톤(8)의 수축 시에 인장 하중이 걸릴 수 있는, 탄성 중합체 호스(16)에 통합된 코일 스프링(18)을 구비하고, 외부 가이드(14)는 에어 스프링 커버(4)뿐만 아니라 에어 스프링 베이스(6)와도 연결되되, 외부 가이드의 축 방향 구조 길이가 에어 스프링(2)의 스프링 이동에 따라 변할 수 있다.

Description

에어 스프링{AIR SPRING}

본 발명은 에어 스프링 피스톤을 에어 스프링 커버와 연결하여 밀폐된 에어 챔버를 형성하는, 탄성 중합체 재료로 이뤄진 원통형 롤링 로브(rolling lobe)를 구비하고, 원통형 롤링 로브가 에어 스프링 피스톤의 수축 시의 레벨과 에어 스프링 피스톤의 팽창 시의 레벨 사이에서 에어 챔버 체적을 변경하면서 그리고 롤링 폴드(rolling fold)를 형성하면서 에어 스프링 피스톤 측에서는 에어 스프링 피스톤에서 그리고 에어 스프링 커버 측에서는 외부 가이드에서 그 바깥쪽 외장 표면으로써 롤링하되, 외부 가이드가 보강 인서트(reinforcing insert)를 갖는 탄성 중합체 호스를 구비하는 에어 스프링, 특히 자동차 차대(chassis)의 스프링 휠 서스펜션용 에어 스프링에 관한 것이다.

에어 스프링 로브(air spring lobe)들은 내압으로부터 생기는 축 방향 힘은 물론 및 반경 방향 힘도 수용하여야 한다. 따라서 에어 스프링을 외부 가이드 없이 분리한 상태에서, 서로 각을 이루고 있는 직물 층들을 외부 가이드의 매트릭스 재료, 예컨대 탄성 중합체 재료 중에 도입된다. 그러한 각이 얕으면 얕을수록 에어 스프링 로브가 더 큰 반경 방향 힘을 수용할 수 있다. 외부에서 안내되는 에어 스프링의 경우에는, 축 방향 힘만을 수용할 수 있는 축 방향 섬유사 층(yarn layer)이 바람직하다. 이때, 반경 방향 힘은 외부 가이드에 의해 수용되는데, 축 방향 섬유사 층에서는 매트릭스 재료 중에서의 섬유사 이동이 훨씬 더 작고, 그에 따라 자동차 주행 중에 발생하는 하쉬니스(harshness)가 현격히 감소하게 된다.

서두에 언급한 타입의 에어 스프링은 DE 103 23 332로부터 공지되어 있다. 그러한 에어 스프링에서는, 구조 층의 영역에서의 외부 가이드의 축 방향 변형을 위해 수축 과정에 부가의 일(work)을 들여야 한다는 단점이 있는데, 왜냐하면 외부 가이드의 영역이 축 방향으로 압축되어야 하기 때문이다. 보강 인서트가 인장 응력 완화에 기여하지 못하기 때문에, 그를 위해 통상적으로 댐퍼의 내부에 꽂아지는 반동 완충 스프링이 마련되어야 한다.

그 반면에, 본 발명의 과제는 수축 과정 시에 외부 가이드가 인가하여야 하는 일이 최소로 줄어들고, 구조에 있어 간단한 에어 스프링의 구성이 구현되는 에어 스프링을 제공하는 것이다.

그를 위해, 본 발명에 따른 에어 스프링은 외부 가이드가 에어 스프링 피스톤의 수축 시에 인장 하중이 걸릴 수 있는, 탄성 중합체 호스에 통합된 코일 스프링을 구비하고, 외부 가이드가 에어 스프링 커버뿐만 아니라 에어 스프링 베이스와도 연결되되, 외부 가이드의 축 방향 구조 길이가 에어 스프링의 스프링 이동에 따라 변할 수 있는 것을 특징으로 한다. 그러한 에어 스프링의 구성에 의해, 구조 층의 영역에서 외부 가이드의 축 방향 변형을 위해 인가되는 일을 줄이고, 그와 동시에 통상의 반동 완충 스프링의 생략에 의해 구조를 단순화하는 것이 유리하게 구현되게 된다.

본 발명에 따른 에어 스프링의 바람직한 일 구성은 코일 스프링뿐만 아니라 탄성 중합체 호스도 프리텐션(pretension)이 걸린 상태로 외부 가이드로 통합되되, 코일 스프링과 탄성 중합체 호스의 스프링 상수들이 에어 스프링 피스톤의 수축 시의 레벨과 에어 스프링 피스톤의 팽창 시의 레벨 사이에 놓인 통상 레벨에서 외부 가이드의 둘레를 둘러 상쇄되도록 코일 스프링의 프리텐션 및 스프링 상수 또는 스프링 강성과 탄성 중합체 호스의 프리텐션 및 스프링 상수 또는 스프링 강성이 선택되는 것을 특징으로 하고, 그럼으로써 탄성 중합체 호스와 코일 스프링으로 형성된 전체 스프링의 응답 특성이 현저히 개선되게 된다.

본 발명에 따른 에어 스프링의 또 다른 바람직한 구성은 에어 스프링 피스톤의 수축 레벨에서 코일 스프링에 압축 하중이 걸리고 에어 스프링 피스톤의 팽창 레벨에서 코일 스프링에 인장 하중이 걸리며 에어 스프링 피스톤의 통상 레벨에서 코일 스프링에 압축 하중이 걸리도록 코일 스프링의 프리텐션이 선택되고, 에어 스프링 피스톤의 수축 레벨에서 탄성 중합체 호스에 프리텐션이 걸리지 않고 에어 스프링 피스톤의 팽창 레벨에서 탄성 중합체 호스에 인장 하중이 걸리며 에어 스프링 피스톤의 통상 레벨에서 탄성 중합체 호스에 인장 하중이 걸리도록 탄성 중합체 호스의 프리텐션이 선택되는 것을 특징으로 한다. 그러한 구성은 수축 과정 중에 행해지는 외부 가이드의 일을 유리하게 더욱 줄여준다.

본 발명에 따른 에어 스프링의 또 다른 구성은 탄성 중합체 호스가 에어 스프링 롤링 로브의 롤링을 위한 평활한 표면을 이루는 탄성 중합체 매트릭스를 형성하는 것을 특징으로 하고, 그에 따라 스프링 과정들 중에 기계적 응력이 감소하기 때문에 에어 스프링 로브가 연장된 내구 수명을 얻게 된다.

본 발명에 따른 에어 스프링의 또 다른 구성은 에어 스프링 롤링 로브가 축 방향 섬유사 보강재를 구비하는 것을 특징으로 한다. 하쉬니스의 관점에서는 에어 스프링 로브의 순수한 축 방향 섬유사 보강재가 가장 적합하기 때문에, 에어 스프링 로브의 그러한 구성을 가능하게 하는 것이 본 발명에 따른 외부 가이드의 이점이 된다.

도 1은 팽창된 상태에 있는 본 발명에 따른 에어 스프링을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 팽창된 상태에 있는 외부 가이드 및 에어 스프링 로브를 에어 스프링의 나머지 부분들을 생략한 상태로 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 수축된 상태에 있는 본 발명에 따른 에어 스프링을 나타낸 도면이다.
도 4는 수축된 상태에 있는 외부 가이드 및 에어 스프링 로브를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부 도면들에 의거하여 설명하기로 한다.

도 1은 에어 스프링 커버(4) 및 에어 스프링 베이스(6)를 구비한 에어 스프링(2)의 주요 부분들을 개략적으로 도시하고 있는데, 에어 스프링 베이스(6)는 자동차 적용을 위한 에어 스프링(2)의 경우에 자동차의 차체와 연결된다. 에어 스프링 베이스(6)에는 에어 스프링 피스톤(8)이 장착되는데, 에어 스프링 피스톤(8)은 에어 스프링 로브(10)와 함께 체적 가변적 에어 챔버(12)를 형성한다.

에어 스프링 로브(10)는 일 측에서 에어 스프링 커버(4)에 고정되고, 다른 측에서 에어 스프링 피스톤(8)의 내측 단부에 고정된다. 에어 스프링 로브(10)는 반경 방향의 바깥쪽으로 외부 가이드(14)에 의해 지지된다.

외부 가이드(14)는 매트릭스 재료로서의 탄성 중합체 호스(16) 및 탄성 중합체 호스(16)에 통합된 코일 스프링(18)을 포함한다. 탄성 중합체 호스(16)와 그에 통합된 코일 스프링(18)으로 이뤄진 외부 가이드(14)는 에어 스프링 커버(4)뿐만 아니라 에어 스프링 베이스(6)와도 연결된다.

코일 스프링(18)은 물론 탄성 중합체 호스(16)도 프리텐션이 걸린 상태로 외부 가이드(14)로 통합되는데, 코일 스프링(16)의 프리텐션 및 스프링 상수와 탄성 중합체 호스(16)의 프리텐션 및 스프링 상수는 코일 스프링(18)과 탄성 중합체 호스(16)의 스프링 상수들이 에어 스프링 피스톤(8)의 수축 시의 레벨과 에어 스프링 피스톤(8)의 팽창 시의 레벨 사이에 놓인 통상 레벨에서 외부 가이드(14)의 둘레를 둘러 상쇄되도록 선택된다. 이때, 코일 스프링(18)의 프리텐션은 에어 스프링 피스톤의 수축 레벨에서 코일 스프링(18)에 압축 하중이 걸리고 에어 스프링 피스톤(8)의 팽창 레벨에서 코일 스프링(18)에 인장 하중이 걸리며 에어 스프링 피스톤(8)의 통상 레벨에서 코일 스프링(18)에 압축 하중이 걸리도록 선택된다. 또한, 탄성 중합체 호스(16)의 프리텐션은 에어 스프링 피스톤(8)의 수축 레벨에서 탄성 중합체 호스(16)에 프리텐션이 걸리지 않고 에어 스프링 피스톤(8)의 팽창 레벨에서 탄성 중합체 호스(16)에 인장 하중이 걸리며 에어 스프링 피스톤(8)의 통상 레벨에서 탄성 중합체 호스(16)에 인장 하중이 걸리도록 선택된다.

코일 스프링(18)은 낮은 스프링 강성을 갖는 얇은 플라스틱제 또는 금속제 코일 스프링이고, 탄성 중합체 호스(16)는 얇은 탄성 중합체 매트릭스로 이뤄지며, 그에 따라 탄성 중합체 호스(16)와 코일 스프링(18) 모두의 스프링 강성의 값들이 서로 상응하게 맞춰질 수 있다.

탄성 중합체 호스(16)가 탄성 중합체 매트릭스로서 형성되기 때문에, 탄성 중합체 호스(16)는 그 내면에서 에어 스프링 로브(10)의 롤링을 위한 평활한 표면을 제공한다.

도 2의 개략적인 도면에는, 코일 스프링(18)과 탄성 중합체 호스(16)가 명확하게 알아볼 수 있도록 도시되어 있다. 에어 스프링 롤링 로브(10)는 순수한 축 방향 섬유사 구조를 갖지만, 그것이 도 2의 정면도에 도시되어 있지는 않다.

도 3 및 도 4는 에어 스프링(2)의 수축 상태에서의 도 1에 따른 에어 스프링(2) 또는 도 2에 따른 개략도를 각각 도시하고 있다. 도 1 및 도 3과의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 외부 가이드(14)의 축 방향 구조 길이가 에어 스프링(2) 또는 에어 스프링 피스톤(8)의 스프링 이동에 따라 변한다. 외부 가이드(4)의 구조 길이는 도 3에서보다는 도 1에서 훨씬 더 길고, 그러한 길이 차는 탄성 중합체 호스(16)와 코일 스프링(18)에 의해 공동으로 수용된다.

에어 스프링(2)의 수축 시에는, 코일 스프링(18)의 개개의 코일 권선들 사이의 간격이 서로 더 조밀해지게 이동하고, 그 사이에 놓인 탄성 중합체 재료가 그에 상응하게 압축된다. 에어 스프링(2)의 팽창 시에는, 코일 스프링(18)의 개개의 권선들 사이의 간격이 커지고, 탄성 중합체 호스(16)의 탄성 중합체 재료가 팽창한다. 외부 가이드(14)의 양 재료들의 스프링 상수들의 선택에 의해, 외부 가이드의 축 방향 구조 길이를 변하게 하는데 드는 힘의 소요가 최소로 줄어들게 할 수 있다.

2: 에어 스프링 4: 에어 스프링 커버
6: 에어 스프링 베이스 8: 에어 스프링 피스톤
10: 에어 스프링 로브 12: 에어 챔버
14: 외부 가이드 16: 탄성 중합체 호스
18: 코일 스프링

Claims

에어 스프링 피스톤(8)을 에어 스프링 커버(4)와 연결하여 밀폐된 에어 챔버(12)를 형성하는, 탄성 중합체 재료로 이뤄진 원통형 롤링 로브(10)를 구비하고, 원통형 롤링 로브(10)가 에어 스프링 피스톤(8)의 수축 시의 레벨과 에어 스프링 피스톤(8)의 팽창 시의 레벨 사이에서 에어 챔버 체적을 변경하면서 그리고 롤링 폴드를 형성하면서 에어 스프링 피스톤 측에서는 에어 스프링 피스톤(8)에서 그리고 에어 스프링 커버 측에서는 외부 가이드(14)에서 그 바깥쪽 외장 표면으로써 롤링하되, 외부 가이드(14)는 보강 인서트를 갖는 탄성 중합체 호스(16)를 구비하는 에어 스프링, 특히 자동차 차대의 스프링 휠 서스펜션용 에어 스프링에 있어서,
외부 가이드(14)는 에어 스프링 피스톤(8)의 수축 시에 인장 하중이 걸릴 수 있는, 탄성 중합체 호스(16)에 통합된 코일 스프링(18)을 구비하고,
외부 가이드(14)는 에어 스프링 커버(4)뿐만 아니라 에어 스프링 베이스(6)와도 연결되되, 외부 가이드의 축 방향 구조 길이가 에어 스프링(2)의 스프링 이동에 따라 변할 수 있는 것을 특징으로 하는 에어 스프링.
제1항에 있어서, 코일 스프링(18)뿐만 아니라 탄성 중합체 호스(16)도 프리텐션이 걸린 상태로 외부 가이드(14)로 통합되되, 코일 스프링(18)의 프리텐션 및 스프링 상수와 탄성 중합체 호스(16)의 프리텐션 및 스프링 상수는 코일 스프링(18)과 탄성 중합체 호스(16)의 스프링 상수들이 에어 스프링 피스톤(8)의 수축 시의 레벨과 에어 스프링 피스톤(8)의 팽창 시의 레벨 사이에 놓인 통상 레벨에서 외부 가이드(14)의 둘레를 둘러 상쇄되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 에어 스프링.
제2항에 있어서, 코일 스프링(18)의 프리텐션은 에어 스프링 피스톤(8)의 수축 레벨에서 코일 스프링(18)에 압축 하중이 걸리고 에어 스프링 피스톤(8)의 팽창 레벨에서 코일 스프링(18)에 인장 하중이 걸리며 에어 스프링 피스톤(8)의 통상 레벨에서 코일 스프링(18)에 압축 하중이 걸리도록 선택되고,
탄성 중합체 호스(16)의 프리텐션은 에어 스프링 피스톤(8)의 수축 레벨에서 탄성 중합체 호스(16)에 프리텐션이 걸리지 않고 에어 스프링 피스톤(8)의 팽창 레벨에서 탄성 중합체 호스(16)에 인장 하중이 걸리며 에어 스프링 피스톤(8)의 통상 레벨에서 탄성 중합체 호스(16)에 인장 하중이 걸리도록 선택되는 것을 특징으로 하는 에어 스프링.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성 중합체 호스(16)는 에어 스프링 롤링 로브(10)의 롤링을 위한 평활한 표면을 이루는 탄성 중합체 매트릭스를 형성하는 것을 특징으로 하는 에어 스프링.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 에어 스프링 롤링 로브(10)는 축 방향 섬유사 보강재를 구비하는 것을 특징으로 하는 에어 스프링.