滚卷式波纹管空气弹簧的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有通过空气弹簧波纹管（4）连接至上部（2）的滚动活塞（3）的滚卷式波纹管空气弹簧（1），该上部（2）包含分隔壁（7），该分隔壁（7）将由空气弹簧波纹管（4）和滚动活塞（3）定义的可变体积的主气室（8）与在上部（2）中形成的固定体积的附加气室（9）分隔开。分隔壁（7）在主气室（8）与附加气室（9）之间含有气流孔（11）。用于气流孔（11）的关闭机构（10）安装在分隔壁（7）中，其中关闭机构（10）可以在关闭位置与打开位置之间电力地切换。
【专利说明】滚卷式波纹管空气弹簧
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有通过空气弹簧波纹管连接至上部的滚动活塞的滚卷式波纹管空气弹簧，该上部包含分隔壁，所述分隔壁将由空气弹簧波纹管和滚动活塞定义的可变体积的主气室与在上部中形成的固定体积的附加气室分隔开，其中分隔壁在主气室与附加气室之间含有气流孔，并且其中为气流孔提供了关闭机构。
【背景技术】
[0002]这种滚卷式波纹管空气弹簧被文献W02002/035113A2公开。用于气流孔的关闭机构是固定在滚动活塞上的可压缩塞，当受到较高级别的压缩时，所述可压缩塞关闭气流孔。当受到较小级别的压缩时，气流孔被打开，以便空气弹簧的弹簧刚度由主气室和附加气室的体积总和来定义，因此空气弹簧的弹簧刚度小于只有主气室有效时深度压缩下的弹簧刚度。这意味着由向前的某一压缩行程开始，空气弹簧突然变得更硬。然而，塞容易磨损，并且弹簧刚度根据离地高度而变化。
【发明内容】
[0003]相比之下，本发明的目的在于提供一种具有耐磨且独立于离地高度可切换的弹簧刚度的滚卷式波纹管空气弹簧。
[0004]该目的通过以下所述的滚卷式波纹管空气弹簧来实现。本发明的有益进展在以下做出说明。
[0005]本发明提供了一种具有通过空气弹簧波纹管4连接至上部2的滚动活塞3的滚卷式波纹管空气弹簧1，该上部2包含分隔壁7，该分隔壁7将由空气弹簧波纹管4和滚动活塞3定义的可变体积的主气室8与在上部2中形成的固定体积的附加气室9分隔开，其中分隔壁7在主气室8与附加气室9之间含有气流孔11，并且其中为气流孔11配备关闭机构10，关闭机构10安装在分隔壁7中，并且可以在关闭位置与打开位置之间电力地切换。
[0006]进一步地，关闭机构10包含电磁驱动器。
[0007]进一步地，主气室8的体积大于附加气室9的体积。
[0008]进一步地，滚动活塞3包含两个不同直径A、B的、轴向隔开的圆柱形部分，其中在高悬挂水平的情况下，空气弹簧波纹管4的滚卷式褶16在较小直径A的圆柱形部分上形成，并且在低悬挂水平的情况下，空气弹簧波纹管4的滚卷式褶16在较大直径B的圆柱形部分上形成。
[0009]进一步地，滚动活塞3的两个轴向隔开的圆柱形部分之间的过渡是圆形的。
[0010]进一步地，主气室8、附加气室9和滚动活塞3的两个轴向隔开的圆柱形部分可以以下方式调整尺寸，即，空气弹簧I具有四种不同的弹簧刚度12、13、14、15，这取决于设置了高还是低悬挂水平以及关闭机构10是处于关闭位置还是打开位置。
[0011]进一步地，空气弹簧I确切地具有四种不同的悬挂设置，即:第一设置，其中设置了高悬挂水平，并且关闭机构10处于打开位置；第二设置，其中设置了高悬挂水平，并且关闭机构10处于关闭位置；第三设置，其中设置了低悬挂水平，并且关闭机构10处于打开位置；以及第四设置，其中设置了低悬挂水平，并且关闭机构10处于关闭位置。
[0012]进一步地，四种悬挂设置下的弹簧刚度12、13、14、15按照第一、第二、第三和第四设置的顺序增加。
[0013]进一步地，四种悬挂设置下的弹簧刚度12、13、14、15按照第一、第三、第二和第四设置的顺序增加。
[0014]本发明还提供了一种机动车辆，特别是汽车，机动车辆的至少两个车轮被上述滚卷式波纹管空气弹簧I所承载。
[0015]根据本发明，关闭机构安装在分隔壁中，并且可以在关闭位置与打开位置之间电力地切换，以便在主气室与附加气室之间选择性地建立气流连接。
[0016]这种关闭机构可以被制造得特别可靠且耐磨，例如以阀瓣或截止阀的形式。鉴于该目的，几十年来已经证明了其在汽车工业中的价值并且现今也具有很好的成本效益的电磁驱动器特别适合用作驱动器。然而，也可以使用其他电驱动器，例如电热双金属驱动器。静电或压电驱动器也是可行的，例如对于关闭多孔分隔壁中的多个小孔的多个微型阀门来说。
[0017]尽管具有可独立于离地高度地变化的弹簧刚度的滚卷式波纹管空气弹簧在本领域内是已知的，例如，在文献EP2228241A1中所公开的，但是已知的解决方案具有复杂的构造，这使它们容易磨损。
[0018]在本发明特别有益的进展中，滚动活塞包含不同直径的两个轴向隔开的圆柱形部分，其中当空气弹簧具有较大的纵向扩展时的高悬挂水平的情况下，空气弹簧波纹管的滚卷式褶在较小直径的圆柱形部分上形成，并且当空气弹簧具有较小的纵向扩展时的低悬挂水平的情况下，空气弹簧波纹管的滚卷式褶在较大直径的圆柱形部分上形成。鉴于该目的，空气弹簧波纹管固定在较小直径的圆柱形部分上。
[0019]在由所含有的通过空气连接部外部地可变的空气量来确定的空气弹簧的平衡状态下以及接近该平衡状态下，当空气弹簧压缩和弹回时，空气弹簧波纹管不是在较小直径的圆柱形部分上滚动，就是在较大直径的圆柱形部分上滚动。空气弹簧波纹管的外部轮廓在上述两种情况中保持相同，因为其由空气弹簧波纹管的最大扩展或者由外支承筒来定义。因此，当空气弹簧波纹管由较小直径的圆柱形部分变化为较大直径的圆柱形部分时，空气弹簧波纹管的滚卷式褶的最低点被径向向外地移动。因为空气弹簧波纹管的滚卷式褶的最低点与空气弹簧的中心线之间的距离确定了滚卷式波纹管空气弹簧的有效横截面，并且因此确定了弹簧刚度，因此，弹簧刚度也变化。
[0020]因此，所述进展还使以非常简单的方式、即通过改变离地高度来调节空气弹簧的弹簧刚度成为可能。尽管在其长度上具有旨在给予根据离地高度而变化的弹簧刚度的可变横截面的滚动活塞在原理上已知，但是并不已知该滚动活塞以不同直径的两个圆柱形部分的特殊形式，其中空气弹簧波纹管固定在较小直径的圆柱形部分上，并且该滚动活塞未结合有还可以独立于离地高度而切换的弹簧刚度。
[0021]所述进展提供了用于独立并根据离地高度调节的手段的特别有益的组合，其特别适用于汽车，这是由于，对于相对较小的支出，可以精确地提供四种不同的设置，其对于该应用目的通常完全足够，从而消除更多或后续的调节设备的额外费用。[0022]对于所述调节手段的组合来说，主气室、附加气室和滚动活塞的两个轴向隔开的圆柱形部分以如下方式调整尺寸，即，空气弹簧具有四种不同的弹簧刚度，这取决于设置了低还是高悬挂水平以及关闭机构是处于关闭位置还是打开位置。四种不同的悬挂设置则为设置了高悬挂水平且关闭机构处于打开位置的第一设置、设置了高悬挂水平且关闭机构处于关闭位置的第二设置、设置了低悬挂水平且关闭机构处于打开位置的第三设置以及设置了低悬挂水平且关闭机构处于关闭位置的第四设置。
[0023]根据该进展的滚动活塞的构造意味着在悬挂水平设置为较低时空气弹簧的弹簧刚度更大，特别是关于在改变的光滑度和平直度的道路上的驾驶舒适度和操纵来说，这更好地符合加诸于机动车辆、例如汽车上的需求。
[0024]代替简单地依赖离地高度调节，空气弹簧的弹簧刚度还可以通过驱动器供给来调节，所述驱动器改变滚动活塞或其圆周表面相对于所承载车轮的位置。以这种方式，对于一种和相同的悬挂水平来说，将有可能实现四种不同的调节手段，即用于独立于离地高度地调节的四种手段。
[0025]四种悬挂设置中的弹簧刚度优选地以第一、第二、第三和第四设置的顺序增加(即空气弹簧变得越来越硬)。可选地，四种悬挂设置中的弹簧刚度以第一、第三、第二和第四设置的顺序增加。
[0026]根据本发明，机动车辆、特别是汽车的每个车轮在受压时都被滚卷式波纹管空气弹簧弹起。通常，所有空气弹簧都以相同的悬挂设置操作，并且根据路况等被同时地切换，而临时例外一例如转弯时一也是可行的。切换可以自动发生或应驾驶员的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]下文是参考附图的示例性实施例的说明，其中:
[0028]图1示出了处于较高悬挂水平的、经过具有双体积的滚卷式波纹管空气弹簧的纵向截面以及可变滚动活塞横截面；
[0029]图2示出了处于较低悬挂水平的、经过图1中的滚卷式波纹管空气弹簧的纵向截面；并且
[0030]图3示出了图1和2中的滚卷式波纹管空气弹簧的弹簧力随着从平衡状态的偏离而变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0031]图1和2中所示的用于机动车辆的空气弹簧I包含支承在车辆底盘(未示出)上的圆柱形上部2、支承轮架(未示出)的圆柱形滚动活塞3以及将上部2连接至滚动活塞3的实质上圆柱形的弹性空气弹簧波纹管4。上部2和滚动活塞3可以沿着用点划线表示的空气弹簧I的对称的纵轴向着彼此或远离彼此地移动。沿着纵轴的导引可以由伸缩导轨(未示出)或由底盘设计和车轮悬架提供。
[0032]空气弹簧波纹管4的上端通过夹紧环5连接至上部2，并且空气弹簧波纹管4的下端通过夹紧环6连接至滚动活塞3，这样，空气弹簧波纹管4形成了滚卷式褶16，当空气弹簧I压缩和弹回时，该滚卷式褶16以空气弹簧I的纵轴方向在滚动活塞3上滚动。支承筒(未示出)可以在空气弹簧波纹管4的周围延伸；然而，如果空气弹簧波纹管4足够对抗扩张，则不必这样。
[0033]上部2包含分隔壁7，其将由空气弹簧波纹管4和滚动活塞3的上侧定义的可变体积的主气室8与在上部2中形成的恒定体积的附加气室9分隔开。
[0034]位于分隔壁7中的为电磁驱动阀门单元10，其允许主气室8与附加气室9之间的气流孔11打开和关闭。
[0035]当气流孔11足够大并打开时，空气弹簧I的弹簧刚度由主气室8和附加气室9的总体积定义，并且在该情况下小于气流孔11关闭时的值。这允许空气弹簧I的弹簧刚度通过阀门单元10独立于离地高度地在两个不同的值之间切换。
[0036]滚动活塞3包含两个轴向隔开的圆柱形部分，其中每个都具有几厘米的长度和不同的直径，也就是说，直径A的部分接近上部2，其中空气弹簧波纹管4的下端通过夹紧环6固定在所述直径A的部分上，并且直径B的部分远离上部2。直径B比直径A大数毫米。在轴向方向上，滚动活塞3的两个圆柱形部分之间的过渡是柔和的圆角。
[0037]空气弹簧I还包含用于通过其中所含有的空气的量来实现离地高度调节的空气连接部(未示出)。
[0038]图1示出了处于高悬挂水平的空气弹簧1，其中当空气弹簧I沿该滚动活塞部分的长度压缩和弹回时，空气弹簧波纹管4的滚卷式褶16位于较小直径A的滚动活塞部分的水平上并在其上滚动。在这里，影响弹簧刚度的空气弹簧I的直径为滚卷式褶16的最低点之间的距离C。
[0039]图2示出了处于低悬挂水平的空气弹簧1，其中当空气弹簧I沿该滚动活塞部分的长度压缩和弹回时，空气弹簧波纹管4的滚卷式褶16位于较大直径B的滚动活塞部分的水平上并在其上滚动。在这里，影响弹簧刚度的空气弹簧I的直径为滚卷式褶16的最低点之间的距离D。可以看到，距离D比距离C大几毫米，这是因为滚卷式褶16的凹陷径向向外移动。
[0040]因此，当处于图2中所示的低悬挂水平时，空气弹簧I的弹簧刚度较大，并且当处于图1中所示的高悬挂水平时，空气弹簧I的弹簧刚度较小。这允许空气弹簧I的弹簧刚度在由于离地高度的变化所引起的两个不同的值之间切换。
[0041]一方面用于通过阀门单元10打开和关闭气流孔11的手段，以及另一方面用于通过改变离地高度调节空气弹簧I的有效直径的手段，使设置四种不同的弹簧刚度成为可能，这是通过相互协同地适当调整附加体积9和滚动活塞3的尺寸来实现的。
[0042]图3示出了弹簧力(纵坐标y)随着从在图3中由虚线标记的空气弹簧I的平衡状态或静止状态17的偏离(横坐标X)而变化的四种弹簧刚度的示例12、13、14和15。也就是说，图3中的横坐标X未显示出如果离地高度改变则改变的绝对弹簧行程，而是显示出相对偏离。
[0043]第一弹簧刚度12通过使空气弹簧I处于图1中所示的高悬挂水平以及通过借助打开气流孔11来额外地包含附加气室9的体积来设置，图1所示的高悬挂水平中有效直径是滚动活塞3的较小直径A。
[0044]大于第一弹簧刚度12的第二弹簧刚度13由于空气弹簧I具有图1中所示的高悬挂水平并且由于附加气室9通过气流孔11的关闭与主气室8隔开而被设置。
[0045]大于第二弹簧刚度13的第三弹簧刚度14通过使空气弹簧I处于图2中所示的低悬挂水平以及通过借助打开气流孔11来额外地包含附加气室9的体积来设置，图2所示的低悬挂水平中有效直径是滚动活塞3的较大直径B。
[0046]大于第三弹簧刚度14的第四弹簧刚度15由于空气弹簧I具有图2中所示的低悬挂水平并且由于附加气室9通过气流孔11的关闭与主气室8隔开而被设置。
[0047]在一个变型中，第三弹簧刚度14小于第二弹簧刚度13，而大于第一弹簧刚度12。
[0048]单个弹簧刚度和它们的特性可以通过空气弹簧I的几何设计来调节。特别地，调节参数是主气室8和附加气室9的体积的大小以及滚动活塞3的形状。
[0049]在机动车辆中，其中车轮分别被空气弹簧I承载，它们的刚度可以根据路况在弹簧刚度12至15之间切换。这可以自动地或通过人机界面以手动操作模式来完成。当行驶至在不均匀的道路上时，较低的弹簧刚度(12和13)改进车辆乘员的驾驶舒适度。当行驶在弯曲道路上时，较高的弹簧刚度(14和15)改进机动车辆的操纵特性。
【权利要求】
1.一种具有通过空气弹簧波纹管(4)连接至上部(2)的滚动活塞(3)的滚卷式波纹管空气弹簧(1)，该上部(2)包含分隔壁(7)，该分隔壁(7)将由空气弹簧波纹管(4)和滚动活塞(3)定义的可变体积的主气室(8)与在上部(2)中形成的固定体积的附加气室(9)分隔开，其中分隔壁(7)在主气室(8)与附加气室(9)之间含有气流孔(11)，并且其中为气流孔(11)配备关闭机构(10)， 其特征在于， 关闭机构(10)安装在分隔壁(7)中，并且可以在关闭位置与打开位置之间电力地切换。
2.根据权利要求1所述的滚卷式波纹管空气弹簧(I)， 其特征在于， 关闭机构(10)包含电磁驱动器。
3.根据权利要求1或2所述的滚卷式波纹管空气弹簧(I)， 其特征在于， 主气室(8)的体积大于附加气室(9)的体积。
4.根据前述权利要求 其中的一项所述的滚卷式波纹管空气弹簧(I)， 其特征在于， 滚动活塞(3)包含两个不同直径(A、B)的、轴向隔开的圆柱形部分，其中在高悬挂水平的情况下，空气弹簧波纹管(4)的滚卷式褶(16)在较小直径(A)的圆柱形部分上形成，并且在低悬挂水平的情况下，空气弹簧波纹管(4)的滚卷式褶(16)在较大直径(B)的圆柱形部分上形成。
5.根据前述权利要求其中的一项所述的滚卷式波纹管空气弹簧(I)， 其特征在于， 滚动活塞(3)的两个轴向隔开的圆柱形部分之间的过渡是圆形的。
6.根据权利要求4或5所述的滚卷式波纹管空气弹簧(I)， 其特征在于， 主气室(8)、附加气室(9)和滚动活塞(3)的两个轴向隔开的圆柱形部分可以以下方式调整尺寸，即，空气弹簧(I)具有四种不同的弹簧刚度(12、13、14、15)，这取决于设置了高还是低悬挂水平以及关闭机构(10)是处于关闭位置还是打开位置。
7.根据权利要求6所述的滚卷式波纹管空气弹簧(I)， 其特征在于， 空气弹簧(I)确切地具有四种不同的悬挂设置，即: -第一设置，其中设置了高悬挂水平，并且关闭机构(10)处于打开位置； -第二设置，其中设置了高悬挂水平，并且关闭机构(10)处于关闭位置； -第三设置，其中设置了低悬挂水平，并且关闭机构(10)处于打开位置；以及 -第四设置，其中设置了低悬挂水平，并且关闭机构(10)处于关闭位置。
8.根据权利要求7所述的滚卷式波纹管空气弹簧(I)， 其特征在于， 四种悬挂设置下的弹簧刚度(12、13、14、15)按照第一、第二、第三和第四设置的顺序增加。
9.根据权利要求7所述的滚卷式波纹管空气弹簧(I)， 其特征在于， 四种悬挂设置下的弹簧刚度(12、13、14、15)按照第一、第三、第二和第四设置的顺序增加。
10.一种机动车辆，特别是汽车， 其特征在于， 机动车辆的至少两个车轮被前述权利要求其中的一项所述的滚卷式波纹管空气弹簧(I)所承载。
【文档编号】F16F9/44GK104019173SQ201410072244
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2013年2月28日
【发明者】弗雷德里克·彼得·沃尔夫-蒙海姆 申请人:福特全球技术公司