DE10236621B4 - Air suspension system of a McPherson strut - Google Patents

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Abstract

Luftfedersystem eines McPherson-Federbeins für ein Kraftfahrzeug mit:
– einem Luftfedertopf, der an der Fahrzeugkarosserie gelagert ist,
– einer Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers, die kardanisch an der Fahrzeugkarosserie gelagert ist,
– einem Federbalg, der einerseits an dem Luftfedertopf und andererseits an dem Schwingungsdämpfer befestigt ist und zusammen mit diesen einen Luftraum begrenzt, wobei der Luftfedertopf mehrere voneinander abgetrennte Kammern aufweist, die miteinander verbindbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsachse (42) des Schwingungsdämpfers (40) beabstandet von der Längsachse (35) des Federbalgs (30) verläuft.Air spring system of a McPherson strut for a motor vehicle with:
An air spring pot which is mounted on the vehicle body,
A piston rod of a vibration damper, which is mounted gimbal on the vehicle body,
- A bellows, which is attached on the one hand to the air spring pot and on the other hand to the vibration damper and limits together with these an air space, the air spring pot having a plurality of separate chambers, which are connectable to each other,
characterized,
in that the longitudinal axis (42) of the vibration damper (40) extends at a distance from the longitudinal axis (35) of the spring bellows (30).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfedersystem eines McPherson-Federbeins für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The invention relates to an air spring system of a McPherson strut for a motor vehicle according to the characteristics of the preamble of claim 1.

Ein gattungsgemäßes Luftfedersystem ist aus der DE 34 44 577 A1 bekannt. Dort ist eine luftgefederte Aufhängung offenbart, die zwei Luftkammern aufweist, welche über eine elektromagnetische Absperreinrichtung miteinander verbunden werden können. Dadurch können zwei verschiedene Federsteifigkeiten der Luftfeder geschaltet werden.A generic air spring system is from the DE 34 44 577 A1 known. There, an air suspension suspension is disclosed, which has two air chambers, which can be connected to each other via an electromagnetic shut-off device. As a result, two different spring stiffnesses of the air spring can be switched.

Aus der DE 197 53 637 A1 ist ein Luftfedersystem eines McPherson-Federbeins bekannt, welches einen Luftfedertopf aufweist, der über eine Lagerung mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Der Luftfedertopf wird dabei von einer kardanisch an der Fahrzeugkarosserie gelagerten Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers durchquert. Ein Federbalg ist einerseits an dem Luftfedertopf und andererseits an dem Gehäuse des Schwingungsdämpfers befestigt. Dabei weist der Federbalg eine schräg verlaufende Schlaufe auf, die auf einer nicht rotationssymmetrischen Abrollkontur des Abrollkolbens unter Ausbildung einer Kraftlinie abrollt, die unter Einschluss eines Winkels zur Dämpfungsachse verläuft.From the DE 197 53 637 A1 An air spring system of a McPherson strut is known, which has an air spring pot which is connected via a bearing with the vehicle body. The air spring pot is traversed by a gimbal mounted on the vehicle body piston rod of a vibration damper. A bellows is attached on the one hand to the air spring pot and on the other hand to the housing of the vibration damper. In this case, the bellows has an obliquely running loop, which rolls on a non-rotationally symmetrical rolling contour of the rolling piston to form a line of force that extends to include an angle to the damping axis.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Luftfedersystem eines McPherson-Federbeins anzugeben, das sowohl veränderbare Federsteifigkeiten als auch einen hohen Komfort aufweist.task the invention it is in contrast, a To specify the air suspension system of a McPherson strut, both changeable Spring stiffness as well as a high comfort.

Diese Aufgabe wird durch das Luftfedersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by the air spring system having the features of the claim 1 solved.

Grundgedanke der Erfindung ist, bei einem derartigen Luftfedersystem den Luftfedertopf aus mehreren Kammern auszuführen, die gegeneinander abgeschlossen sind und deren Volumina miteinander verbunden werden können. So weist die Luftfeder bei einem kleinen eingeschlossenen Luftvolumen infolge einer kleinen Kammer eine höhere Federsteifigkeit auf, als bei einem größeren eingeschlossenen Luftvolumen infolge einer größeren Luftkammer. Durch die Verbindung von Luftkammern kann somit die Federsteifigkeit der Luftfeder verändert werden. Die exzentrische Anordnung des Rollbalgs der Luftfeder in Bezug auf die Längsachse des Dämpferelements des McPherson-Federbeins erzeugt ein Kippmoment, welches über einen hervorgerufenen Querkraftausgleich eine Verringerung der Querkräfte im Dämpferelement bewirkt.basic idea The invention is, in such an air spring system the air spring pot to execute from several chambers, which are closed against each other and whose volumes are interconnected can be. So the air spring points at a small trapped air volume due to a small chamber a higher spring stiffness, as with a larger enclosed one Air volume due to a larger air chamber. By connecting air chambers thus spring stiffness changed the air spring become. The eccentric arrangement of the rolling bellows of the air spring in relation on the longitudinal axis the damper element of McPherson strut generates a tilting moment, which over a caused transverse force compensation a reduction of the transverse forces in the damper element causes.

In Ausgestaltung der Erfindung weist das Luftfedersystem mindestens ein Schaltventil zwischen je zwei Kammern auf, über das eine Verbindung zwischen den Kammern hergestellt werden kann. Dabei kann das Schaltventil als elektromagnetisches Schaltventil oder in Form eines elektrischen Stellmotors ausgebildet sein. Die Ansteuerung des Stellventils bzw. des Stellmotors erfolgt dabei durch ein Steuergerät, das eventuell auch Ventile zur Veränderung der Dämpfungsrate des Schwingungsdämpfers steuern kann.In Embodiment of the invention, the air spring system at least a switching valve between each two chambers, via which a connection between the chambers can be produced. In this case, the switching valve as an electromagnetic switching valve or in the form of an electric servomotor be educated. The control of the control valve or the servomotor This is done by a control unit, possibly also valves to change the attenuation rate of the vibration damper can control.

Das Schaltventil kann so angeordnet werden, dass das Ventil des Schaltventils bzw. das welches von dem elektrischen Stellmotor verstellt wird, in unbetätigtem Zustand die Kammern voneinander trennt und bei Betätigung in Richtung des bei Einfedern des Federbeins aktive Federvolumen geöffnet werden kann. Dadurch wird eine energetisch günstige Anordnung erreicht, indem bei geschlossenem Ventil eine Druckzunahme in dem Luftraum ein weiteres Andrücken des Ventiltellers an den Ventilsitz bewirkt, wohingegen bei geöffnetem Ventil die Luft aus dem Luftraum in eine weitere Kammer des Luftfedertopfes strömen kann. Die Energie, die dabei zum Halten des Ventils in der geöffneten Stellung benötigt wird, ist geringer, als wenn das Ventil entgegen der bei Kompression infolge des Einfederns des Schwingungsdämpfers auftretenden Druckspitzen die Verbindung zwischen zwei Kammern geschlossen halten müsste.The Switching valve can be arranged so that the valve of the switching valve or which is adjusted by the electric servomotor, in unactuated Condition the chambers separated from each other and when pressed in Direction of the spring volume of the shock absorber active spring volume can be opened can. As a result, an energetically favorable arrangement is achieved by increasing the pressure in the airspace when the valve is closed another pressing causes the valve disk to the valve seat, whereas when open Valve the air from the air space into another chamber of the air spring pot stream can. The energy used to hold the valve in the open position needed is less than when the valve is against compression as a result of the compression of the shock absorber occurring pressure peaks the Would have to keep the connection between two chambers closed.

Unter dem aktiven Federvolumen ist dabei das durch den Federtopf, den Federbalg und den Schwingungsdämpfer eingeschlossene Luftvolumen zu verstehen, welches vor der Öffnung des Ventils durch Kompression und Expansion infolge des Ein- und Ausfederns des Schwingungsdämpfers die Feder darstellt.Under the active spring volume is the through the spring cup, the Bellow and the vibration damper To understand enclosed air volume, which before the opening of the Valve by compression and expansion due to compression and rebound of the vibration damper represents the spring.

Der Luftfedertopf und der Federbalg sind so angeordnet, dass die Kolbenstange des Schwingungsdämpfers eine innere Kammer des Luftfedertopfes durchquert. Diese innere Kammer umschließt zusammen mit dem Federbalg und dem Gehäuse des Schwingungsdämpfers einen Luftraum. Die darin eingeschlossene Luft wirkt als pneumatische Feder.Of the Air spring pot and the bellows are arranged so that the piston rod of the vibration damper passes through an inner chamber of the air spring pot. This inner Chamber encloses together with the bellows and the housing of the vibration an airspace. The trapped air acts as a pneumatic Feather.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Luftfedertopf eine weitere, äußere Kammer auf, die die innere Kammer zumindest auf einem Abschnitt in axialer Ausrichtung radial umschließt. Dabei kann die äußere Kammer auch so gestaltet sein, dass sie ebenfalls den Federbalg zumindest teilweise umgibt und somit für diesen einen Schutz gegen Verschmutzung und Beschädigung darstellt. Eine kompakte Bauform kann dadurch verwirklicht werden.In Another embodiment of the invention, the air spring pot a another, outer chamber on, the inner chamber at least on a portion in axial alignment encloses radially. In this case, the outer chamber also be designed so that they also have the bellows at least partially surrounds and thus for this represents a protection against pollution and damage. A compact design can be realized thereby.

Nachfolgend wir die Erfindung anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform beschrieben.following the invention with reference to an embodiment shown in the drawing described.

In der 1 ist ein McPherson Luftfederbein 1 in Seitenansicht dargestellt, wobei der obere Teil teilweise als Schnittzeichnung wiedergegeben ist. Das McPherson Luftfederbein 1 weist eine Luftfedereinheit 10 und eine Dämpfereinheit 40 auf. Ein Federtopf 11 ist über ein Kugellager 3 um seine Längsachse drehbeweglich an einem Abstützelement 6 befestigt. Dieses ist mit Schrauben 5 an der Karosserie 2 des Fahrzeuges verbunden. Zwischen der Karosserie 2 und dem Abstützelement 6 ist ein Gummilager 4 angeordnet, über das axiale Kräfte vom Federtopf 11 gedämpft an der Karosserie 2 abgestützt werden.In the 1 is a McPherson air strut 1 shown in side view, the upper part is partially reproduced as a sectional drawing. The McPherson air strut 1 has an air suspension unit 10 and a damper unit 40 on. A spring pot 11 is about a ball bearing 3 about its longitudinal axis rotatably mounted on a support element 6 attached. This is with screws 5 at the body 2 connected to the vehicle. Between the body 2 and the support element 6 is a rubber camp 4 arranged over the axial forces of the spring cup 11 muffled on the body 2 be supported.

Die Außenwand 15 des Federtopfes 11 ist rotationssymmetrisch zur Längsachse ausgebildet, wobei der Durchmesser nach unten konisch verjüngend verläuft. An ihrem Rand 16 ist die Außenwand 15 mit einem asymmetrischen Innentopf 17 verschweißt, dessen Topfboden 18 mit einer ringförmigen Innenwand 12 des Federtopfes 11 verschweißt ist. Mit dem Topfboden 18 ist außerdem ein Haltering 34 luftdicht verschraubt, an dem das eine Ende eines Rollbalgs 30 über einen Klemmring 31 kraftschlüssig befestigt ist. Das andere Ende des Rollbalgs 30 ist mittels eines Klemmrings 32 an einem Exzenterelement 45 befestigt. Das Exzenterelement 45 ist kraftschlüssig und luftdicht mit dem oberen Ende eines Luftfederkolbens 19 verbunden, der wiederum mit dem Gehäuse 41 der Schwingungsdämpfereinheit 40 verbunden ist und auf dem der Rollbalg 30 zumindest teilweise bei Einfedern des Schwingungsdämpfers 40 in Richtung Luftfedereinheit 10 abrollen kann. Die Kolbenstange 43 ist an ihrem oberen Ende in einem Gummilager 44 kardanisch mit gewisser Winkelbeweglichkeit gelagert und über das Gummilager 44 mit dem Federtopf 11 verbunden.The outer wall 15 of the spring pot 11 is rotationally symmetrical to the longitudinal axis, wherein the diameter tapers conically downwards. At the edge 16 is the outer wall 15 with an asymmetric inner pot 17 welded, its bottom of the pot 18 with an annular inner wall 12 of the spring pot 11 is welded. With the bottom of the pot 18 is also a retaining ring 34 screwed airtight, on which the one end of a rolling bellows 30 via a clamping ring 31 is attached non-positively. The other end of the rolling bellows 30 is by means of a clamping ring 32 on an eccentric element 45 attached. The eccentric element 45 is non-positive and airtight with the upper end of an air spring piston 19 connected, in turn, with the housing 41 the vibration damper unit 40 connected and on which the rolling bellows 30 at least partially during compression of the vibration damper 40 in the direction of the air suspension unit 10 can roll. The piston rod 43 is at its upper end in a rubber camp 44 gimbal mounted with a certain angular mobility and the rubber bearing 44 with the spring pot 11 connected.

Der Schwingungsdämpfer 40 weist an seinem unteren Abschnitt einen Anschlüsse 47 auf, über die der Schwingungsdämpfer 40 mit einem nicht dargestellten Radträger eines ebenfalls nicht weiter dargestellten Rades des Fahrzeuges verbunden ist. Ebenso kann der Schwingungsdämpfer eine Halterung aufweisen, an der ein nicht dargestellter Stabilisator angelenkt werden kann. Zur Einstellung von veränderlichen Dämpfungskennlinien besitzt der Schwingungsdämpfer 40 eine externe Dämpfungsventileinheit 46.The vibration damper 40 has at its lower portion a connections 47 on, over which the vibration damper 40 is connected to a not shown wheel carrier of a likewise not shown wheel of the vehicle. Likewise, the vibration damper may have a holder on which an unillustrated stabilizer can be articulated. For adjusting variable damping characteristics of the vibration damper has 40 an external damping valve unit 46 ,

Der asymmetrische Innentopf 17 und das Exzenterelement 45 bewirken, dass die Längsachse 35 des Rollbalges 30 beabstandet von der Längsachse 42 des Schwingungsdämpfers 40 verläuft. Diese Exzentrizität bewirkt über einen Querkraftausgleich eine Verringerung des auf den mit der Kolbenstange 43 verbundenen Kolben wirkenden, bei McPherson-Federbeinen typischen Kippmoments.The asymmetrical inner pot 17 and the eccentric element 45 cause the longitudinal axis 35 of the rolling bellows 30 spaced from the longitudinal axis 42 of the vibration damper 40 runs. This eccentricity causes a reduction of the on the piston rod with a transverse force compensation 43 connected piston acting, typical of McPherson struts overturning moment.

Der Federtopf 11 und die Innenwand 12 bilden einen Teil einer inneren Kammer 13, die zusammen mit dem Haltering 34, dem Rollbalg 30 und dem Exzenterelement 45 sowie dem Gehäuse 41 des Schwingungsdämpfers 40 einen hinsichtlich des Volumens variablen Luftraum 32 umschließt. Von der inneren Kammer 13 durch die Innenwand 12 getrennt, wird durch den Federtopf 11, die Außenwand 15 und den Innentopf 17 eine äußere Kammer 14 gebildet, die die innere Kammer 13 zumindest abschnittsweise ringförmig umgibt.The spring pot 11 and the inner wall 12 form part of an inner chamber 13 , which together with the retaining ring 34 , the rolling bellows 30 and the eccentric element 45 as well as the housing 41 of the vibration damper 40 a volume variable airspace 32 encloses. From the inner chamber 13 through the inner wall 12 separated, is through the spring pot 11 , the outer wall 15 and the inner pot 17 an outer chamber 14 formed the inner chamber 13 at least partially annular surrounds.

Ein 2/2-Schaltventil 20 ist zwischen der inneren 13 und der äußeren Kammer 14 angeordnet. Das Schaltventil 20 weist ein Ventil 23 auf, welches konzentrisch zur Längsachse eines Ringmagnets 21 angeordnet ist. Der Schaft des Ventils 23 ist über eine Feder 22 mit einer Rückenplatte 26 verbunden, über deren Einschraubtiefe der Hub des Ventils 23 einstellbar ist.A 2/2 switching valve 20 is between the inner 13 and the outer chamber 14 arranged. The switching valve 20 has a valve 23 which is concentric to the longitudinal axis of a ring magnet 21 is arranged. The shaft of the valve 23 is about a spring 22 with a back plate 26 connected via the depth of engagement of the stroke of the valve 23 is adjustable.

In der 1 ist das Ventil 23 in seinen beiden Endlagen dargestellt. Die obere Hälfte zeigt das Ventil 23 in seiner geschlossenen Position, bei der der Ventilteller am Ventilsitz 24 luftdicht abschließend anliegt. Die untere Hälfte zeigt das Ventil 23 in seiner geöffneten Position, bei der zwischen der inneren 13 und der äußeren Kammer 14 über den Kanal 25 eine Verbindung besteht, so dass der Luftraum 32 bei geöffneter Ventilposition ein größeres Luftvolumen umfasst.In the 1 is the valve 23 shown in its two end positions. The upper half shows the valve 23 in its closed position, with the valve disc at the valve seat 24 airtight final abuts. The lower half shows the valve 23 in its open position, between the inner 13 and the outer chamber 14 over the canal 25 a connection exists, so the airspace 32 includes a larger volume of air when the valve position is open.

Die Federsteifigkeit bei einem größeren Luftvolumen ist geringer als bei einem kleineren Luftvolumen. Somit ist bei Trennung der beiden Volumina durch das Schaltventil eine härte, sportlichere Federung in dem McPherson-Federbein erreichbar, bei Verbinden der beiden Volumina ist hingegen eine Komfortfederung erzielbar.The Spring stiffness with a larger air volume is less than a smaller air volume. Thus, at Separation of the two volumes through the switching valve a hardness, sportier Suspension in the McPherson strut achievable when connecting the On the other hand, a comfort suspension can be achieved in both volumes.

Der Magnet 21 des Schaltventils 20 sowie die Ventile der externen Dämpfungsventileinheit 46 werden von einem nicht dargestellten Steuergerät über ebenfalls in 1 nicht dargestellte Leitungen angesteuert.The magnet 21 the switching valve 20 and the valves of the external damping valve unit 46 be from a control unit, not shown also in 1 not shown lines driven.

Es ist leicht nachvollziehbar, dass die Luftfedereinheit 10 auch mehr als zwei miteinander verbindbare Kammern 13, 14 aufweisen kann. Diese zusätzlichen Kammern können sodann über Schaltventile zur mehrstufigen Volumenvergrößerung in Reihe geschaltet werden. Möglich sind auch mehrstufige Volumenvergrößerungen durch parallel zugeschaltete Kammern, die auch unterschiedliche Volumina umschließen können, so dass durch Kombination unterschiedlicher Kammern verschiedene Federsteifigkeiten erzielbar sind.It is easy to understand that the air suspension unit 10 also more than two interconnectable chambers 13 . 14 can have. These additional chambers can then be connected in series via switching valves for multistage volume increase. Also possible are multilevel volume increases by parallel connected chambers, which can also enclose different volumes, so that by combining different chambers different spring stiffness achievable.

Claims (8)

Luftfedersystem eines McPherson-Federbeins für ein Kraftfahrzeug mit: – einem Luftfedertopf, der an der Fahrzeugkarosserie gelagert ist, – einer Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers, die kardanisch an der Fahrzeugkarosserie gelagert ist, – einem Federbalg, der einerseits an dem Luftfedertopf und andererseits an dem Schwingungsdämpfer befestigt ist und zusammen mit diesen einen Luftraum begrenzt, wobei der Luftfedertopf mehrere voneinander abgetrennte Kammern aufweist, die miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (42) des Schwingungsdämpfers (40) beabstandet von der Längsachse (35) des Federbalgs (30) verläuft.An air spring system of a McPherson strut for a motor vehicle, comprising: - an air spring pot which is mounted on the vehicle body, - a piston rod of a vibration damper, which is gimbaled to the vehicle body, - a bellows, which on the one hand to the air spring pot and on the other hand attached to the vibration damper is and limited together with these an air space, the air spring pot having a plurality of separate chambers, which are connectable to each other, characterized in that the longitudinal axis ( 42 ) of the vibration damper ( 40 ) spaced from the longitudinal axis ( 35 ) of the bellows ( 30 ) runs. Luftfedersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne, dass eine Verbindung zwischen zwei Kammern (13; 14) über eine aktiv steuerbare Schaltvorrichtung (20) herstellbar ist.Air spring system according to claim 1, characterized in that a connection between two chambers ( 13 ; 14 ) via an actively controllable switching device ( 20 ) can be produced. Luftfedersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichne, dass eine innere Kammer (13) von der Kolbenstange (43) durchquert wird.Air spring system according to one of the preceding claims, characterized in that an inner chamber ( 13 ) from the piston rod ( 43 ) is crossed. Luftfedersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichne, dass eine innere Kammer (13) zumindest teilweise durch den Federbalg (30) begrenzt ist.Air spring system according to one of the preceding claims, characterized in that an inner chamber ( 13 ) at least partially through the bellows ( 30 ) is limited. Luftfedersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichne, dass eine äußere Kammer (14) zumindest einen axialen Abschnitt einer inneren Kammer (13) radial umschließt.Air spring system according to one of the preceding claims, characterized in that an outer chamber ( 14 ) at least an axial portion of an inner chamber ( 13 ) encloses radially. Luftfedersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne, dass die aktiv steuerbare Schaltvorrichtung (20) als elektromagnetisches Schaltventil (23) oder als elektrischer Stellmotor ausgebildet ist.Air spring system according to claim 2, characterized in that the actively controllable switching device ( 20 ) as electromagnetic switching valve ( 23 ) or is designed as an electric servomotor. Luftfedersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichne, dass das Ventil des Schaltventils (23) in Richtung des aktiven Federvolumens bei Einfedern des Federbeins öffenbar ist.Air spring system according to claim 6, characterized in that the valve of the switching valve ( 23 ) in the direction of the active spring volume at compression of the shock absorber is openable. Luftfedersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichne, dass das Ventil des Schaltventils (23) in unbetätigtem Zustand die Kammern (13; 14) voneinander trennt.Air spring system according to claim 6, characterized in that the valve of the switching valve ( 23 ) in the unactuated state the chambers ( 13 ; 14 ) separates from each other.
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