DE102011119206B4

DE102011119206B4 - Gas spring for a wheel suspension of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102011119206B4
Application number: DE102011119206.2A
Authority: DE
Inventors: Marco Willems; Friedrich Killian
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2019-02-07
Anticipated expiration: 2031-11-24
Also published as: DE102011119206A1

Abstract

Gasfeder (10) für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs, mit einem schlauchförmigen Rollbalg (16), der an einer oberen und an einer unteren Aufnahme (12, 14) festgelegt ist und einen druckregelbaren Gasraum einschließt, wobei die obere Aufnahme (12) mittel- oder unmittelbar karosseriefest und die untere, kolbenförmige Aufnahme (14) an einem Radaufhängungselement angeordnet ist, und wobei außerhalb des Rollbalgs (16) eine weitere, formstabile Abstützung (18) mit nicht rotationssymmetrischer Querschnittsform vorgesehen ist, wobei zumindest die obere Aufnahme (12) des Rollbalgs (16) ebenfalls rotationssymmetrisch ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollbalg (16) rotationssymmetrisch gefertigt ist, und dass die äußere, rohrförmige Abstützung (18) den Rollbalg (16) nur teilweise, unter Belassung eines Übergangsbereichs (16c) zur oberen Aufnahme (12) umschließt.A gas spring (10) for a wheel suspension of a motor vehicle, comprising a tubular rolling bellows (16) fixed to upper and lower seats (12, 14) and including a pressure-controllable headspace, the upper seat (12) central or directly to the body and the lower, piston-shaped receptacle (14) is arranged on a suspension element, and wherein outside the rolling bellows (16) another, dimensionally stable support (18) is provided with non-rotationally symmetrical cross-sectional shape, wherein at least the upper receptacle (12) of the rolling bellows (16) is also rotationally symmetrical, characterized in that the rolling bellows (16) is made rotationally symmetrical, and that the outer, tubular support (18) the rolling bellows (16) only partially, leaving a transition region (16c) to the upper receptacle (16 12) encloses.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasfeder für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a gas spring for a wheel suspension of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.

Rollbalgluftfedern im Fahrzeugbau sind im Bereich der Rollfalte als zylindrischer Körper ausgeführt. Der Durchmesser der Luftfeder hängt physikalisch direkt mit den Parametern Achslast, Innendruck und Federübersetzung zusammen. Durch Grenzwerte in den Werkstoffkennwerten des Balgmaterials ist der maximale Innendruck einer Luftfeder vorgegeben. Die notwendige wirksame Fläche der Luftfeder hängt somit direkt von den im Gesamtfahrzeugkonzept festgelegten Parametern Achslast und Federübersetzung ab. Luftfedern sind heute im Allgemeinen als rotationssymmetrische Körper dargestellt. Insbesondere bei Fahrzeugen mit einer hohen Zuladung führen dadurch große Luftdurchmesser zu Bauraumkonflikten im Achsumfeld.Roll bellows air springs in vehicle construction are designed in the area of the roll fold as a cylindrical body. The diameter of the air spring is physically directly related to the parameters axle load, internal pressure and spring ratio. Limit values in the material characteristics of the bellows material specify the maximum internal pressure of an air spring. The necessary effective area of the air spring thus depends directly on the axle load and spring ratio parameters defined in the overall vehicle concept. Air springs are generally represented today as rotationally symmetrical bodies. Especially for vehicles with a high payload thereby large air diameters lead to space conflicts in Achsumfeld.

In der EP 1 450 066 A2 wird eine Luftfeder beschrieben, deren Rollbalg selbstständig eine elliptische Form einnimmt. Die EP 1 416 187 B1 beschreibt eine Luftfeder, die an einem Ende durch eine fest mit dem Luftfederdeckel verbundene Führung lokal in eine elliptische Form gedrückt wird.In the EP 1 450 066 A2 an air spring is described, the rolling bellows automatically assumes an elliptical shape. The EP 1 416 187 B1 describes an air spring which is pressed locally at an end by an integral with the air spring cover guide in an elliptical shape.

Zur Schaffung des für die Rollbalgluftfeder notwendigen axialen Bauraums müssen Achslenker stark ausgekröpft oder in kinematisch ungünstige Lagen gestellt werden. Dies führt zu negativen Auswirkungen auf Kosten, Funktion und Gewicht des gesamten Achssystems.To create the necessary for the Rollbalfluftfeder axial space arch links must be strongly cranked or placed in kinematic unfavorable positions. This leads to negative effects on costs, function and weight of the entire axle system.

Bei der in der EP 1 450 066 A2 beschriebenen Luftfeder muss der Balg selbstständig, unter Wirkung des Innendruckes eine elliptische Form einnehmen. Dies kann nur durch aufwendige Maßnahmen innerhalb des Luftfederrollbalges realisiert werden. Die Formgebung ist zudem stark eingeschränkt. Die in der EP 1 416 187 B1 beschriebene Luftfeder kann nur in einem kleinen Bereich über eine elliptische Glocke geführt werden. Eine Führung im Bereich des Rollbereiches ist nicht möglich. Die Glocke ist zudem fest mit dem Luftfederdeckel verbunden. Ein Ausgleich von Taumelbewegungen oder Torsion ist nicht möglich.When in the EP 1 450 066 A2 described air spring, the bellows automatically, taking an elliptical shape under the effect of internal pressure. This can only be realized by consuming measures within the Luftfederrollbalges. The shape is also severely limited. The in the EP 1 416 187 B1 described air spring can be performed only in a small area over an elliptical bell. Guidance in the area of the rolling area is not possible. The bell is also firmly connected to the air spring cover. A balance of wobbling or torsion is not possible.

Aus der DE 10 2004 020 797 A1 ist eine Luftfeder für ein Kraftfahrzeug bekannt. Aus der DE 298 23 508 U1 ist eine Luftfeder bekannt.From the DE 10 2004 020 797 A1 an air spring for a motor vehicle is known. From the DE 298 23 508 U1 is known an air spring.

Eine gattungsgemäße Gasfeder beschreibt die DE 196 42 024 A1 , die unter anderem aus Gründen des erforderlichen Freigangs in der Radaufhängung des Kraftfahrzeugs elliptisch gestaltet ist. Die elliptische Formgebung ist dabei durchgängig an der oberen, scheibenförmigen Aufnahme, an der unteren kolbenförmigen Aufnahme und an der äußeren, tassenförmigen Abstützung vorgesehen und setzt schon aus Montagegründen auch eine elliptische Formgebung des Rollbalgs voraus.A generic gas spring describes the DE 196 42 024 A1 , which is designed elliptical, inter alia, for reasons of the required clearance in the wheel suspension of the motor vehicle. The elliptical shape is consistently provided on the upper, disc-shaped receptacle, on the lower piston-shaped receptacle and on the outer, cup-shaped support and is already for reasons of assembly also an elliptical shape of the rolling bellows ahead.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasfeder der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die baulich und fertigungstechnisch einfacher ausführbar ist.The object of the invention is to propose a gas spring of the generic type, which is structurally and manufacturing technology easier to execute.

Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte, weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. The object is solved with the features of claim 1. Advantageous, further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Rollbalg rotationssymmetrisch gefertigt ist, dass zumindest die obere Aufnahme des Rollbalgs ebenfalls rotationssymmetrisch ausgeführt ist und dass die äußere, rohrförmige Abstützung den Rollbalg nur teilweise, unter Belassung eines Übergangsbereichs zur oberen Aufnahme umschließt. Mit diesen Merkmalen ist eine einfachere, rotationssymmetrische Gestaltung des Rollbalgs und zumindest der oberen Aufnahme ermöglicht, während die elliptische Form der Gasfeder einzig durch die äußere Abstützung in Verbindung mit dem inneren Gasdruck aufgeprägt wird. Die äußere Abstützung ist durch ein baulich einfaches Rohrstück gebildet, das bevorzugt frei auf dem Rollbalg gehalten ist. Der geschaffene Übergangsbereich von der elliptischen Form zur rotationssymmetrischen Form im Bereich der oberen Einspannung des Rollbalgs vermeidet dabei unzulässige Werkstoffspannungen oder Überdehnungen am Rollbalg.According to the invention it is proposed that the rolling bellows is made rotationally symmetrical that at least the upper receptacle of the rolling bellows is also rotationally symmetrical and that the outer, tubular support surrounds the rolling bellows only partially, leaving a transition region to the upper receptacle. With these features, a simpler, rotationally symmetrical design of the rolling bellows and at least the upper receptacle is made possible, while the elliptical shape of the gas spring is impressed solely by the outer support in conjunction with the internal gas pressure. The outer support is formed by a structurally simple piece of pipe, which is preferably kept free on the rolling bellows. The created transition region from the elliptical shape to the rotationally symmetrical shape in the region of the upper clamping of the rolling bellows avoids inadmissible material tensions or overstresses on the rolling bellows.

Erfindungsgemäß dient daher die äußere Abstützung als eine Außenführung einer Luftfeder, die sowohl fest als auch elastisch mit dem Luftfederdeckel verbunden sein kann und als formgebendes Element verwendet wird. Die Außenführung ist dabei nicht zwangsläufig rotationssymmetrisch ausgeführt. Je nach Anforderung kann durch die Außenführung eine angepasste äußere Gestalt der Luftfeder realisiert werden. Anforderungen können einerseits aus Bauraumbedingungen resultieren, die eine partielle Eindellung, eine elliptische oder andere Außenformen der Luftfeder erforderlich machen. Andererseits kann der Luftfeder durch die frei ausformbare Außenführung eine Kontur aufgeprägt werden, die ein Einstellen der Luftfederwirklinie möglich macht.According to the invention, therefore, the outer support serves as an outer guide of an air spring, which can be both solid and elastic connected to the air spring cover and is used as a shaping element. The outer guide is not necessarily rotationally symmetrical. Depending on the requirements can be realized by the outer guide an adapted outer shape of the air spring. On the one hand, requirements can result from space conditions that require a partial indentation, an elliptical or other external shape of the air spring. On the other hand, the air spring can be impressed by the freely deformable outer guide a contour that makes it possible to adjust the air spring action line.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die untere, kolbenförmige Aufnahme in gemittelter Form an die Querschnittsform der äußeren Abstützung angepasst sein, um im Bereich der unteren Aufnahme bzw. im Bereich der Rollfalte des Rollbalgs ebenfalls unzulässige Werkstoffspannungen auszuschließen.In an advantageous embodiment of the invention, the lower, piston-shaped receptacle may be adapted in averaged form to the cross-sectional shape of the outer support to exclude in the region of the lower receptacle or in the region of the rolling fold of the rolling bellows also inadmissible material tensions.

Alternativ kann ein Befestigungsabschnitt zwischen der unteren, kolbenförmigen Aufnahme und dem Rollbalg rotationssymmetrisch und die nach unten anschließende Außenführung mehr oder minder an die Querschnittsform der äußeren Abstützung angepasst sein. Der rotationssymmetrische Abschnitt ermöglicht somit eine einfache Montage des Rollbalgs, während die mit der Rollfalte im Federbetrieb zusammenwirkende Außenfläche wiederum an die Querschnittsform der äußeren, rohrförmigen Abstützung angepasst ist.Alternatively, a fixing portion between the lower, piston-shaped receptacle and the rolling bellows rotationally symmetrical and the downwardly adjoining outer guide more or less adapted to the cross-sectional shape of the outer support. The rotationally symmetric section thus allows easy mounting of the rolling bellows, while the outer surface cooperating with the rolled fold in spring operation is in turn adapted to the cross-sectional shape of the outer, tubular support.

Die äußere, rohrförmige Abstützung kann bevorzugt elliptisch ausgeführt sein; gegebenenfalls kann aber auch eine andere Formgebung, zum Beispiel ein im Querschnitt abgerundetes Vieleck oder eine langlochförmige Gestaltung verwendet sein.The outer, tubular support may preferably be designed elliptical; if appropriate, however, it is also possible to use a different shape, for example a polygon with rounded cross-section, or a slot-shaped design.

Zur weiteren Anpassung an gegebene Einbauverhältnisse kann die äußere, rohrförmige Abstützung mit einer oder mehreren Eindellungen versehen sein, die zusätzlich zur Schaffung von Freigängen für benachbarte Bauteile, zum Beispiel einem Radführungselement wie einem Lenker oder dergleichen dienen und die entsprechend verrundet ausgeführt sind.For further adaptation to given installation conditions, the outer, tubular support may be provided with one or more indentations, which serve in addition to the creation of free passages for adjacent components, such as a wheel guide such as a handlebar or the like and are performed rounded accordingly.

Des Weiteren kann die äußere, rohrförmige Abstützung mit die wirksame Querschnittsfläche der Gasfeder verändernden Ausbauchungen (tonnenförmig, konisch) ausgeführt sein, um die Federrate der Gasfeder zusätzlich über den Einfederweg zu variieren.Furthermore, the outer, tubular support can be designed with the effective cross-sectional area of the gas spring-changing bulges (barrel-shaped, conical) in order to additionally vary the spring rate of the gas spring via the compression travel.

Schließlich kann im Übergangsbereich zwischen der äußeren Abstützung und der oberen Aufnahme ein den Übergangsbereich des Rollbalgs abdeckender Elastomerschlauch vorgesehen sein, der primär den Rollbalg gegen Umwelteinflüsse (Verschmutzung) oder mechanische Beschädigungen schützt.Finally, it can be provided in the transition region between the outer support and the upper receptacle, a transition region of the rolling bellows covering elastomeric hose, which primarily protects the rolling bellows against environmental influences (pollution) or mechanical damage.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in vereinfachter Darstellung einen Längsschnitt durch eine Gasfeder für eine Radaufhängung in Kraftfahrzeugen.An embodiment of the invention is explained in more detail below with further details. The schematic drawing shows a simplified representation of a longitudinal section through a gas spring for a suspension in motor vehicles.

Die Gasfeder 10 setzt sich im Wesentlichen aus einer oberen, scheibenförmigen Aufnahme 12, einer unteren, kolbenförmigen Aufnahme 14, einem dazwischen eingespannten Rollbalg 16 und einer radial äußeren, den Rollbalg 16 umfassenden Abstützung 18 zusammen.The gas spring 10 consists essentially of an upper, disc-shaped receptacle 12 , a lower, piston-shaped receptacle 14 , a bellows clamped in between 16 and a radially outer, the rolling bellows 16 comprehensive support 18 together.

Der Rollbalg 16 und die obere und untere Aufnahme 12, 14 schließen den druckregelbaren Gasraum der Gasfeder 10 ein.The rolling bellows 16 and the upper and lower intake 12 . 14 close the pressure-adjustable gas chamber of the gas spring 10 one.

Die scheibenförmige, obere Aufnahme 12 ist hier beispielhaft rotationssymmetrisch gefertigt und karosseriefest angeordnet, zum Beispiel an einem Radhausblech der Karosserie des Kraftfahrzeugs oder indirekt an der Kolbenstange eines integrierten Teleskop-Stoßdämpfers (nicht dargestellt).The disc-shaped, upper receptacle 12 is here produced by way of example rotationally symmetrical and arranged body-mounted, for example on a Radhausblech the body of the motor vehicle or indirectly on the piston rod of an integrated telescopic shock absorber (not shown).

Die untere Aufnahme 14 ist kolbenförmig als nach unten geschlossene Tasse ausgeführt und weist beispielhaft einen rotationssymmetrischen Befestigungsabschnitt 14a und eine daran anschließende Außenführung 14b auf. Die untere Aufnahme 14 kann an einem Radführungsteil (zum Beispiel einem Querlenker) oder an dem Dämpferrohr des Stoßdämpfers der Radaufhängung des Kraftfahrzeuges angeordnet sein.The lower picture 14 is designed as a downwardly closed cup-shaped cup and has, for example, a rotationally symmetrical mounting portion 14a and an adjoining outside guide 14b on. The lower picture 14 may be arranged on a wheel guide part (for example, a control arm) or on the damper tube of the shock absorber of the vehicle wheel suspension.

Der rotationssymmetrisch aus einem gummielastischen Gewebeschlauch gefertigte Rollbalg 16 ist an seinem oberen Ende 16a an einem im Durchmesser verringerten Befestigungsabschnitt 12a der oberen Aufnahme gasdicht befestigt, zum Beispiel mittels einer Klemmschelle (nicht dargestellt).The rotationally symmetrical made of a rubber-elastic fabric tube rolling bellows 16 is at its upper end 16a on a reduced diameter mounting portion 12a the upper receptacle attached gas-tight, for example by means of a clamp (not shown).

Das untere, wie ersichtlich zu einer Rollfalte 16b umgestülpte Ende des Rollbalgs 16 ist an dem Befestigungsabschnitt 14a der unteren Aufnahme 14 ebenfalls gasdicht befestigt, zum Beispiel mittels einer Klemmschelle oder eines aufgepressten Klemmrings (nicht dargestellt).The lower, as can be seen to a rolled fold 16b inverted end of the rolling bellows 16 is at the attachment section 14a the lower picture 14 also attached gas-tight, for example by means of a clamp or a pressed-clamping ring (not shown).

Bei Ein- oder Ausfederbewegungen der Gasfeder 10 rollt der Rollbalg 16 bzw. dessen Rollfalte 16b an der Außenführung 14b der kolbenförmigen, unteren Aufnahme 14 entsprechend ab, wobei sich der umschlossene Gasraum verkleinert oder vergrößert.With in or rebound movements of the gas spring 10 the rolling bellows rolls 16 or its rolled fold 16b on the outside guide 14b the piston-shaped, lower intake 14 accordingly, whereby the enclosed gas space decreases or increases.

Die äußere, rohrförmige Abstützung 18 ist zum Beispiel im Querschnitt elliptisch ausgeführt und erstreckt sich nur teilweise über die axiale Länge des Rollbalgs 16, wobei sie diesen bei Druckbeaufschlagung des Gasraums die elliptische Außenform aufprägt, in der die Gasfeder 10 zum Beispiel in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs einen größeren Durchmesser als in Querrichtung aufweist.The outer, tubular support 18 For example, is elliptical in cross-section and extends only partially over the axial length of the rolling bellows 16 in which it imprints this upon pressurization of the gas space, the elliptical outer shape in which the gas spring 10 For example, in the longitudinal direction of the motor vehicle has a larger diameter than in the transverse direction.

Nach oben endet die, die Rollfalte 16b des Rollbalges 16 nach unten stets abdeckende, äußere Abstützung 18 an einem Übergangsbereich 16c, in dem der Rollbalg 16 zunächst frei liegt und somit von der elliptischen Außenform innerhalb der äußeren Abstützung 18 in den rotationssymmetrischen Befestigungsabschnitt 12a an der oberen Aufnahme 12 übergehen kann.At the top ends, the roll fold 16b of the rolling bellows 16 downwards always covering, outer support 18 at a transition area 16c in which the rolling bellows 16 initially exposed and thus of the elliptical outer shape within the outer support 18 in the rotationally symmetrical attachment section 12a at the upper intake 12 can go over.

Der Übergangsbereich 16c ist mittels eines Elastomerschlauchs 20 abgedeckt, der am Außenumfang der oberen Aufnahme 12 und am oberen Ende der äußeren Abstützung 18 zum Beispiel mittels Klemmschellen (nicht dargestellt) befestigt ist und den freien Abschnitt des Rollbalgs 16 nach außen abdeckt.The transition area 16c is by means of an elastomer hose 20 covered on the outer circumference of the upper receptacle 12 and at the top of the outer support 18 For example, by means of clamps (not shown) is attached and the free portion of the rolling bellows 16 covering to the outside.

Im Ausführungsbeispiel ist die Außenführung 14b der unteren, kolbenförmigen Aufnahme 14 konisch sich nach unten verjüngend und zusätzlich ebenfalls mehr oder minder (gemittelt) elliptisch ausgeführt, um unzulässige Werkstoffspannungen im Bereich der Rollfalte 16b des Rollbalgs 16 auszuschließen. Der Übergang von dem rotationssymmetrischen Befestigungsabschnitt 14a in den elliptischen Querschnitt der Außenführung 14b ist entsprechend verrundet.In the embodiment, the outer guide 14b the lower, piston-shaped receptacle 14 conically tapering downwards and additionally also more or less elliptical (averaged) in order to prevent inadmissible material tensions in the area of the rolled fold 16b of the rolling bellows 16 excluded. The transition from the rotationally symmetrical attachment section 14a in the elliptical cross section of the outer guide 14b is rounded accordingly.

Abweichend dazu kann die gesamte untere Aufnahme 14 konform zur oberen Aufnahme 12 rotationssymmetrisch konisch oder zylindrisch gefertigt sein.Deviating from this, the entire lower intake 14 compliant to the upper intake 12 be made rotationally symmetric conical or cylindrical.

Ferner kann die äußere, rohrförmige Abstützung 18 auch in einer anderen Querschnittsform als elliptisch, zum Beispiel langlochförmig oder verrundet polygonförmig, gestaltet sein.Furthermore, the outer, tubular support 18 also in a different cross-sectional shape than elliptical, for example, elongated hole-shaped or rounded polygonal, be designed.

Des Weiteren kann abweichend zum Ausführungsbeispiel die äußere Abstützung 18 mit einer oder mehreren Eindellungen zum Freigang benachbarter Bauteile im Kraftfahrzeug und/oder mit Ausbauchungen zur geometrischen Volumenvergrößerung der Gasfeder 10 versehen sein.Furthermore, in deviation from the exemplary embodiment, the outer support 18 with one or more dents for clearance of adjacent components in the motor vehicle and / or bulges for geometric volume increase of the gas spring 10 be provided.

Die obere und untere Aufnahme 12, 14 sowie die äußere, rohrförmige Abstützung 18 können bevorzugt aus Stahl oder Leichtmetall hergestellt sein.The upper and lower intake 12 . 14 and the outer, tubular support 18 may preferably be made of steel or light metal.

Claims

A gas spring (10) for a wheel suspension of a motor vehicle, comprising a tubular rolling bellows (16) fixed to upper and lower seats (12, 14) and including a pressure-controllable headspace, the upper seat (12) central or directly to the body and the lower, piston-shaped receptacle (14) is arranged on a suspension element, and wherein outside the rolling bellows (16) another, dimensionally stable support (18) is provided with non-rotationally symmetrical cross-sectional shape, wherein at least the upper receptacle (12) of the rolling bellows (16) is also rotationally symmetrical, characterized in that the rolling bellows (16) is made rotationally symmetrical, and that the outer, tubular support (18) the rolling bellows (16) only partially, leaving a transition region (16c) to the upper receptacle (16 12) encloses.

Gas spring (10) after Claim 1 , characterized in that the lower, piston-shaped receptacle (14) is adapted in averaged form to the cross-sectional shape of the outer support (18).

Gas spring (10) after Claim 1 , characterized in that a fixing portion (14a) between the lower, piston-shaped receptacle (14) and the rolling bellows (16) rotationally symmetrical and a downwardly adjoining outer guide (14b) is adapted to the cross-sectional shape of the outer support (18).

Gas spring (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the outer, tubular support (18) is elliptical.

Gas spring (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the outer, tubular support (18) is provided with one or more indentations.

Gas spring (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the outer, tubular support (18) is designed with the effective cross-sectional area of the gas spring (10) changing bulges.

Gas spring (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that in the transition region (16c) between the outer support (18) and the upper receptacle (12) a covering elastomeric hose (20) is provided.