DE102004016660B3 - Luftfederrollbalg aus elastomerem Werkstoff - Google Patents

Abstract

Luftfederrollbalg aus elastomerem Werkstoff mit einer in der Balgwand (1) eingebetteten, sich über die gesamte Balglänge erstreckenden Festigkeitsträgeranordnung aus gummierten Cordgewebelagen (3, 4), der eine unsymmetrische Festigkeitsträgeranordnung aufweist, bei der die eine äußere Gewebelage (3) oder die mehreren äußeren Gewebelagen gegenüber der einen inneren Gewebelage (4) oder den mehreren inneren Gewebelagen ein unterschiedliches Kraft-Dehnungs-Verhalten aufweisen.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Luftfederrollbalg aus elastomerem Werkstoff für eine Luftfeder mit einer in der Balgwand eingebetteten, sich über die gesamte Balglänge erstreckenden Festigkeitsträgeranordnung aus gummierten Cordgewebelagen, deren Cordfäden zur Balgumfangsrichtung um spiegelsymmetrische Wickelwinkel geneigt angeordnet sind und der im Betriebszustand eine sich bei Federungsvorgängen ändernde Rollfalte ausbildet.
• Luftfederrollbälge haben sich z.B. als Fahrzeugfederungen, insbesondere zur Abfederung der Radachsen von Lastkraftwagen und Autobussen, in großem Umfang bewährt. Die Rollbälge sind dabei an einem Ende an einem Abrollkolben befestigt, der gewöhnlich aus Metall oder Kunststoff gefertigt ist. Im Betriebszustand bewegt sich der Kolben innerhalb des Rollbalges, der sich umstülpt und eine Rollfalte bildet, die über der Außenfläche des Abrollkolbens abrollt.
• Die Festigkeitsträgeranordnung nimmt die durch den Überdruck in dem Luftfederrollbalg entstehenden Kräfte auf. Die Cordgewebelage besteht bei Luftfederbälgen vorzugsweise aus vollsynthetischen Fasern, wie z.B. Polyamid. Aus den Cordfäden wird das sogenannte Cordgewebe hergestellt, das aus einer Vielzahl parallel nebeneinander liegender Cordfäden in Kettrichtung besteht, die in größeren Abständen von wenigen dünnen Fäden in Schussrichtung lose zusammengehalten werden. Diese Cordgewebelage wird mit einer geeigneten Kautschukmischung, wie z.B. Polychloroprenmischung gummiert und nach dem Schrägschneiden mit zwei, vier oder sechs Lagen in den Luftfederrollbalg eingebaut, so dass die Fäden kreuzweise liegen. Je nach Luftfedertyp bilden die Cordfäden der beiden Cordgewebebahnen jeweils einen Wickelwinkel von ca. 40° bis 80° zur Umfangsrichtung. Dabei ist es für eine wirtschaftliche Massenfertigung wichtig, dass die Winkel aller Gewebelagen zur Umfangsrichtung spiegelsymmetrisch sind. Bildet also eine Gewebelage mit der Umfangsrichtung einen Winkel von beispielsweise 60°, muss auch die diese Gewebelage kreuzende Gewebelage mit der Umfangsrichtung einen Winkel von 60° bilden, wobei der erste Wickelwinkel im Uhrzeigersinn, der zweite Wickelwinkel gegen den Uhrzeigersinn von der Umfangsrichtung aus gebildet wird.
• Die meisten Luftfederrollbälge für Straßenfahrzeuge werden üblicherweise mit zwei sich kreuzenden Gewebelagen hergestellt, um eine hohe Flexiblität der Balgwand des Luftfederrollbalges zu erreichen. Im Zuge höher werdender Nutzlasten der Fahrzeuge und immer kleiner werdenden Einbauräumen müssen Luftfedern heute immer höhere Drücke aushalten, beispielsweise im Bereich um 10 bar und mehr. Um den höheren Betriebsdrücken widerstehen zu können, wäre es an sich denkbar, vier oder sechs Cordgewebelagen in der Balgwand anzuordnen. Aufgrund der kleinen Bauweise des Luftfederrollbalges muss die verstärkende Festigkeitsträgeranordnung aber sehr dünn sein, da ein äußerst geringer Abrollradius vorliegen muss.
• Im Abrollradius entsteht aufgrund des Abstandes der Gewebelagen in der außen zu liegen kommenden Gewebelage eine höhere Zugbelastung als in der inneren Gewebelage. Bei hohen Drücken kann dies beispielsweise bei einer zweilagigen Fetigkeitsträgeranordnung dazu führen, dass die gesamte Luftfederlast nur noch von der äußeren Gewebelage getragen wird und die innere Gewebelage nicht mehr mitträgt. Dies führt zu gravierender Reduzierung des Berstdruckes des Balges und zu eine extremen Lebensdauerverkürzung.
• Die DE 44 23 601 C2 beschreibt einen Luftfederrollbalg, bei dem die Lebensdauer durch die Verwendung einer Festigkeitsträgeranordnung mit drei Gewebelagen verbessert werden soll. Der Aufbau dieser drei Gewebelagen ist symmetrisch zur Mitte der Festigkeitsträgeranordnung. Die mittlere Gewebelage weist eine Festigkeit auf, die der Summe der beiden Festigkeiten der äußeren Gewebelagen entspricht, wobei die äußeren Gewebelagen symmetrisch zur mittleren Lage angeordnet sind und die gleichen Festigkeitsträger aufwei sen. Durch den Einsatz dreier Gewebelagen vergrößert sich die Bindungsfläche zwischen Gummilagen und Gewebe, was eine verbesserte Lebensdauer zur Folge hat.
• Der eingangs beschriebene Nachteil, dass die äußere Gewebelage durch die Biegung des Balges in der Rollfalte eine größere Dehnung erfährt als die weiter innen liegenden Lagen, und damit im Verhältnis mehr Kraft aufnehmen muss, wird durch diesen Aufbau jedoch nicht beseitigt.
• Die DE 40 09 459 A1 beschreibt eine Rollbalg-Luftfeder der eingangs geschilderten Art, die in einem Endbereich einen besonders verstärkten Balgwandabschnitt aufweist. Zusätzlich zum sonst zweilagigen Festigkeitsträgeraufbau weist die Balgwand in diesem Bereich eine wendelartige Drahtcordlage auf, die die beiden Festigkeitsträgerlagen umfasst. Diese Drahtwendel weist gegenüber den Festigkeitsträgerlagen eine bedeutend höhere Festigkeit bei sehr geringer Dehnung auf. Dieser Bereich des Rollbalges wird dadurch so steif, dass hier keine Rollfalte mehr auftritt. Vielmehr dient dieser Bereich quasi als mit dem Balg einstückig verbundener Abrollkolben. Eine Vergleichmäßigung der tragenden Anteile der Festigkeitsträgerlagen wird mit dieser Anordnung weder im verstärkten noch im übrigen Bereich des Balges erreicht.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Luftfederrollbalg zu schaffen, der eine Festigkeitsträgeranordnung mit zur Umfangsrichtung spiegelsymmetrischem Wickelwinkel der Gewebelagen aufweist, bei dem auch bei hohen Betriebsdrücken die Gewebelagen eine gleichmäßige Belastung in der Rollfalte erfahren.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Luftfederrollbalg eine in radialer Richtung unsymmetrische Festigkeitsträgeranordnung aufweist, bei der die eine äußere Gewebelage oder die mehreren äußeren Gewebelagen gegenüber der einen inneren Gewebelage oder den mehreren inneren Gewebelagen bei einem unterschiedlichen Kraft-Dehnungs-Verhalten eine größere Dehnung aufweist oder aufweisen.
• Diese Anordnung hat den Vorteil, dass jede Gewebelage des Balges optimal auf die jeweilige Betriebsbelastung in der Rollfalte des Luftfederrollbalges abstimmbar ist.
• In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Festigkeitsträgeranordnung zwei unterschiedliche Gewebelagen auf.
• Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Balgwand des Luftfederrollbalges sehr dünn und flexibel gestaltbar ist und damit die Lebensdauer des Balges verbessert wird.
• In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weisen die Gewebelagen der Festigkeitsträgeranordnung des Luftfederrollbalges unterschiedliche Fadenwerkstoffe auf.
• Vorteilhaft dabei ist, dass bei Verwendung eines hochfesten Fadens für die äußere Gewebelage die Fadenstärken beider Lagen annähernd gleich sind. Damit ist ebenfalls eine besonders dünne Balgwand erreichbar.
• In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weisen die Gewebelagen der Festigkeitsträgeranordnung des Luftfederrollbalges unterschiedliche Fadendicken auf.
• An dieser Anordnung ist vorteilhaft, dass für beide Gewebelagen der gleiche Werkstoff verwendet werden kann, wodurch für beide Lagen die gleichen Haftbedingungen zwischen den Fäden und dem sie umgebenden Gummiwerkstoff einstellbar sind.
• Die erfindungsgemäße Anordnung der Festigkeitsträgeranordnungen gewährleistet, dass die Gewebelagen optimal aufeinander abgestimmt werden können. Je nach Anwendungsfall können steifere oder flexiblere Balgwände unterschiedlicher Dicke bei symmetrischem Wickelwinkel der Gewebelagen realisiert werden. Damit ist eine hohe Lebensdauer auch bei hohen Betriebsdrücken erzielbar.
• Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
• Die Figur zeigt einen als Rollfalte einer Rollbalg-Luftfeder ausgebildeten Abschnitt aus einer Luftfeder-Balgwand 1. Die Wand 1 weist eine äußere Deckgummilage 2, eine äußere Gewebelage 3, eine innere Gewebelage 4 und eine Innengummilage 5 auf. Die Gewebelagen 3 und 4 sind jeweils innen und außen mit einer Gummi-Haftschicht 6 beschichtet. Alle genannten Lagen 2 bis 6 sind fest aufeinander vulkanisiert.
• Die äußere Gewebelage 3 weist durch die Verwendung eines anderen Werkstoffes gegenüber der inneren Gewebelage 4 eine höhere Dehnung auf, die so ausgelegt ist, dass die äußere Gewebelage 3 und die innere Gewebelage 4 im Betrieb in der Rollfalte die gleiche Belastung aufnehmen, wobei die äußere Gewebelage 3 stärker gedehnt ist als die innere Gewebelage 4.
• Durch die Verwendung eines Fadenwerkstoffes mit höherer Dehnung in der äußeren Gewebelage 3 gegenüber der inneren Gewebelage 4 kann die äußere Gewebelage 3 stärker gedehnt werden und so die in der Rollfalte für die äußeren Lagen der Balgwand 1 notwendige größere Länge bei gleicher Lastaufnahme wie die innere Gewebelage 4 erreichen. Die zusammenvulkanisierten Gummi-Haftschichten 6 sorgen dabei für den notwendigen Zusammenhalt der Gewebelagen 3 und 4. Damit nimmt die erfindungsgemäße Festigkeitsträgeranordnung der Luftfeder-Balgwand 1 in der Rollfalte die zu tragende Last gleichmäßig auf die Gewebelagen 3 und 4 verteilt auf, was zu einem erhöhten Berstdruck und einer verlängerten Lebensdauer führt.

1

Balgwand eines Luftfederrollbalges

2

äußere Deckgummilage

3

äußere Gewebelage

4

innere Gewebelage

5

Innengummilage

6

Gummi-Haftschicht

Claims (4)

1. Luftfederrollbalg aus elastomerem Werkstoff mit einer in der Balgwand (1) eingebetteten, sich über die gesamte Balglänge erstreckenden Festigkeitsträgeranordnung aus gummierten Cordgewebelagen (3, 4), deren Cordfäden zur Balgumfangsrichtung um spiegelsymmetrische Wickelwinkel geneigt angeordnet sind, und der im Betriebszustand eine sich bei Federungsvorgängen ändernde Rollfalte ausbildet dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfederrollbalg eine in radialer Richtung unsymmetrische Festigkeitsträgeranordnung aufweist, bei der die eine äußere Gewebelage (3) oder die mehreren äußeren Gewebelagen gegenüber der einen inneren Gewebelage (4) oder den mehreren inneren Gewebelagen bei einem unterschiedlichen Kraft-Dehnungs-Verhalten eine größere Dehnung aufweist oder aufweisen.
2. Luftfederrollbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeitsträgeranordnung zwei unterschiedliche Gewebelagen (3, 4) aufweist.
3. Luftfederrollbalg nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebelagen (3, 4) der Festigkeitsträgeranordnung des Luftfederrollbalges unterschiedliche Fadenwerkstoffe aufweisen.
4. Luftfederrollbalg nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebelagen (3, 4) der Festigkeitsträgeranordnung des Luftfederrollbalges unterschiedliche Fadendicken aufweisen.