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Die Erfindung betrifft eine Luftfeder
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Luftfedern der eingangs genannten
Art sind aus dem Stand der Technik, z. B. der
US 4,657,229 , seit langem bekannt
und werden insbesondere in Kraftfahrzeugen zur Federung des Fahrzeugaufbaus gegenüber mindestens
einer Achse des Fahrzeuges eingesetzt. Der Klemmring, mit dem der
Balg der Luftfeder an dem Klemmsitz eines Anschlussteiles der Luftfeder
befestigt wird, weist bei dem aus dem Stand der Technik bekannten
Luftfedern eine axial ausgerichtete, zylindrische Innenseite auf.
Aufgrund seiner einfachen Form kann ein solcher Klemmring auf einfache
Art und Weise hergestellt werden. Es ist jedoch festzustellen, dass
sich die Balgaußenseite und
der darauf geklemmte Klemmring relativ zum Klemmsitz bewegen, wenn
auf den Balg der Luftfeder Zug- oder Schubbelastungen einwirken.
Aufgrund des Reibschlusses zwischen dem Balg und dem Klemmring bewegt
sich dann auch der Klemmring minimal in der axialen Richtung der
Luftfeder. Infolge der axialen Bewegung des Balges und des Klemmringes
kann sich die Klemmverbindung des Balgendes auf dem Klemmsitz im
Laufe der Zeit lösen.
Im Extremfall kann es sogar dazu kommen, dass das Balgende von dem
Klemmsitz abgezogen und die Luftfeder schlagartig undicht wird.
Die Gefahr, dass sich der Balg vom Klemmsitz löst, ist besonders groß, wenn
der Balg dickwandig ausgebildet ist, da bei einer dynamischen Belastung
des Balges dann besonders große
Scherverformungen in ihm auftreten, die sich auf den Klemmring übertragen.
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Eine Luftfeder der eingangs genannten
Art ist auch aus der
US 4,564,177 bekannt.
Die Luftfeder ist an ihrem oberen Ende mit einem üblichen
metallischen Klemmring an dem oberen Klemmsitz befestigt. An ihrem
unteren Ende weist die Luftfeder einen Klemmsitz mit einem Stamm
auf, der mit einem Gewinde versehen ist. Auf diesem wird das untere
Ende des Balges der Luftfeder so weit aufgeschoben, dass es nahe
einem ringförmigen
Vorsprung des Klemmsitzes liegt, der den Stamm koaxial umfasst.
Danach wird von unten über
den Vorsprung ein Klemmring aufgeschoben. Dieser enthält einen
nach radial innen gerichteten Absatz, der beim Aufschieben auf den Klemmsitz
auf einer Nase des Vorsprunges zu liegen kommt. Damit ist sichergestellt,
dass der Klemmring nicht mehr ohne weiteres nach unten abrutschen kann.
Der Klemmring enthält
einen Kragen, der den oberen Teil des Klemmsitzes, auf den das Ende
des Balges der Luftfeder aufgezogen ist, koaxial umfasst und dadurch
das Balgende verpresst. Zur sicheren Fixierung des Klemmringes auf
dem Klemmsitz wird der Stamm des Klemmsitzes durch ein Loch in einer Trägerplatte
derart geführt,
dass die Trägerplatte
von unten gegen den Klemmring drückt.
Schließlich
wird auf das untere Ende des Stammes eine Mutter aufgeschraubt,
und damit die Trägerplatte
befestigt. Durch das Anziehen der Mutter wird der Klemmring nach oben
gedrückt
und das Ende des Balges zwischen dem Klemmsitz und dem Klemmring
sicher eingeklemmt und verspannt. Zwischen dem Klemmsitz und dem
Klemmring ist über
das Ende des Balges ein Formschluss geschaffen. Ein Abziehen des
Balges von dem Klemmsitz in axiale Richtung der Luftfeder ist daher
nicht oder nur schwer möglich.
Es ist jedoch festzustellen, dass der untere Klemmsitz auf Grund seiner
Formgebung nur schwierig zu fertigen ist. Das Gleiche gilt für den Klemmring.
Klemmsitz und Klemmring können
wahrscheinlich nur in einem Gießverfahren
gefertigt werden, das aufwendige Gießformen erfordert. Darüber hinaus
wird zur endgültigen
Befestigung des Endes des Balges an dem unteren Klemmsitz eine Trägerplatte
und eine Schraube benötigt.
Zusammenfassend lässt
sich sagen, dass die untere Klemmverbindung der Luftfeder einen
komplizierten Aufbau aus mehreren Teilen aufweist, die in ihrer
Handhabung und Herstellung aufwendig sind.
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Aus der
EP 295 393 A2 ist eine Luftfeder bekannt,
bei der das Ende einer Luftfeder zwischen einem Klemmsitz und einem
Klemmring eingeklemmt ist. Der Klemmring umfasst in einem Bereich
den Klemmsitz formschlüssig,
und zwar derart, dass ein axiales Abziehen des Klemmringes von dem
Klemmsitz in Richtung der Luftfeder nicht möglich ist. Somit ist die Luftfeder
auch bei einer axialen Belastung der Klemmverbindungen sicher auf
den Klemmsitzen eingespannt.
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Aus der
US 4,899,995 ist eine Luftfeder mit einem
Klemmsitz bekannt, die einen axial nach außen gerichteten Vorsprung aufweist.
Auf diesen Klemmsitz wird das Ende des Balges der Luftfeder aufgeschoben
und mit einem Klemmring derartig verklemmt, dass der Klemmring von
dem Ende des Balges umschlungen ist. Der Klemmring enthält bereichsweise
eine Vertiefung, die mit dem Vorsprung des Klemmsitzes korrespondiert.
Im Übrigen
ist die dem Klemmsitz zugewandte Oberfläche des Klemmringes eben ausgebildet
und verläuft
ausschließlich in
axialer Richtung der Luftfeder. Der Klemmring sitzt auf einem Vorsprung
des Klemmsitzes auf. Durch die Formgebung der Klemmverbindung wird
eine häufige Umlenkung
des Balgfestigkeitsträgers
erreicht, so dass dieser in der Klemmverbindung "eingeschnürt" ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Luftfeder mit einer Klemmverbindung zu schaffen, die ein dynamisches
Losarbeiten des Balges vom Klemmsitz weitestgehend verhindert und
die einfach und kostengünstig
herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird durch den Anspruch
1 gelöst.
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Die Aufgabe wird ferner durch den
nebengeordneten Anspruch 11 gelöst.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist
darin zu sehen, dass die aus dem Klemmring und aus dem Klemmsitz
bestehende Klemmverbindung einen Bestandteil mit einer zumindest
annähernd
konkaven und einen Bestandteil mit einer zumindest annähernd konvexen
Oberfläche
hat, wobei die beiden Bestandteile über das Ende des Balges der
Luftfeder ineinander greifen.
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Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil
ist insbesondere darin zu sehen, dass über den Balg der Luftfeder
zwischen dem Klemmring und dem Klemmsitz des Anschlussteiles ein
Formschluss geschaffen wird, der verhindert, dass der Klemmring
zusammen mit dem Balg von dem Klemmsitz abgezogen werden kann. Hierbei
ist festzustellen, dass die Klemmwirkung des Klemmringes sogar noch
erhöht
wird, wenn der Balg dazu tendiert, sich aufgrund dynamischer Belastungen
vom Klemmsitz abzuziehen. In diesem Fall nämlich wandert der Klemmring
mit dem Balg in axiale Richtung, so dass sich die Spaltbreite zwischen
dem Klemmring und dem Klemmsitz verkleinert und sich die Klemmwirkung
vergrößert. Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Innenfläche des
Klemmringes als zusätzliche
Reibfläche
für den
Balg zur Verfügung
steht, weil der Klemmring nicht mit dem Balg in axialer Richtung
der Luftfeder von dem Klemmsitz abgezogen werden kann. Dies führt zu einer
deutlichen Vergrößerung der
Haltekraft des Balges auf dem Klemmsitz. Ein weiterer Vorteil der
Erfindung ist schließlich
darin zu sehen, dass der feste Sitz des Klemmringes auf dem Klemmsitz
den Abrieb des Balges im Klemmbereich reduziert, wodurch sich die
Lebensdauer des Balges erhöht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist schließlich darin zu sehen, dass
mit der erfindungsgemäßen Klemmverbindung
ein besonders dicker Balg verklemmt werden kann, so dass besonders
stabile Luftfedern gefertigt werden können.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach
Anspruch 2 weist die konvexe Oberfläche des Klemmsitzes eine umlaufende
Nase auf. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass
die Nase die Haltekraft des Balgendes an dem Klemmsitz zusätzlich erhöht, weil
sie sich in dem Gummi des Balges „verkrallt".
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach
Anspruch 3 befindet sich die Nase in dem Teil der konvexen Oberfläche des
Klemmsitzes, der dem Luftvolumen der Luftfeder zugewandt ist. Der
Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass hinter der
Nase (also auf der von dem Luftvolumen der Luftfeder abgewandten
Seite) noch ein ausreichend langes Stück Balg zur Verfügung steht,
in das die durch die Nase hervorgerufenen Haltekräfte eingeleitet werden
können.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach
Anspruch 4 entspricht die Länge
der Nase ca. 20 % bis 40 % der Dicke, die der Balg im Bereich des Klemmsitzes mit
der konvexen Oberfläche
aufweist. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass
auch bei einer dynamischen Belastung des Balges nicht die Gefahr
besteht, dass sich die Nase durch den Balg hindurchbohrt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach
Anspruch 5 weist die konvexe Oberfläche des Klemmsitzes in ihrem
dem Luftvolumen der Luftfeder abgewandten Teil zumindest eine umlaufende
Nut auf. Der Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass
durch eine oder mehrere umlaufende Nuten in dem genannten Bereich
eine größere Tieftemperatur-
und Hochtemperaturdichtigkeit der Luftfeder erreicht werden kann.
Dies lässt
sich darauf zurückführen, dass
das Gummimaterial des auf dem Klemmsitz befindlichen Balges in die
Nuten eindringt. Es hat sich gezeigt, dass die Tieftemperatur- und
Hochtemperaturdichtigkeit insbesondere dann erhöht ist, wenn der Klemmsitz
zusätzlich
zu der mindestens einen Nut eine Nase gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4
aufweist, da die Nase das Ende des Balges auf dem Klemmsitz in seiner
Position fixiert. Vorzugsweise weisen die Nuten eine Tiefe von 0,3
bis 0,6 mm auf. Darüber
hinaus wird der Querschnitt der Nuten vorzugsweise dreieckig gewählt, da
derartige Nuten einfach herzustellen sind und ein einfaches Eindringen
des Balggummis ermöglichen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach
Anspruch 6 bildet die Innenseite des Klemmringes und die konvexe
Oberfläche
des Klemmsitzes bereichsweise einen sich zum Luftvolumen der Luftfeder
hin verjüngenden
Kanal. Vorzugsweise wird dieser Kanal auf dem Teil des Klemmsitzes
ausgebildet, der dem Luftvolumen der Luftfeder abgewandt ist. Der
Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der Balg durch
den sich verjüngenden
Kanal stärker
als durch einen Kanal gleichmäßiger Breite
geklemmt wird, wenn auf ihn Kräfte
einwirken, die zu einem Abziehen des Balges vom Klemmsitz führen könnten. Der
sich verjüngende
Kanal bildet für das
Balgende nämlich
eine Art Flaschenhals, durch den das Balgende nicht ohne weiteres
hindurchgezogen werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach
Anspruch 7 schließt
sich an das Ende des Klemmsitzes mit der konvexen Oberfläche, das
dem Luftvolumen der Luftfeder zugewandt ist, eine umlaufende Nase
an. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass sich
die Abzugsicherheit des Balges vom Klemmsitz weiter erhöht, da der
Balg bei einer Abziehbewegung zwischen dem Klemmring und der genannten
Nase eingeklemmt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach
Anspruch 8 schließt
sich an das Ende des Klemmsitzes mit der konvexen Oberfläche, das
dem Luftvolumen der Luftfeder abgewandt ist, ein umlaufender Flansch
an. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass bei
der Montage der Luftfeder das Balgende in einer definierten Position
auf dem Klemmsitz positioniert werden kann und dass mit Hilfe des
Flansches darüber
hinaus die Aufstecktiefe des Klemmringes vorgegeben ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach
Anspruch 9 ist die Außenseite
des Klemmringes zylindrisch. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist
darin zu sehen, dass bei der Herstellung der Luftfeder zum radialen
Verpressen des Klemmringes (wodurch das Balgende zwischen dem Klemmring
und dem Klemmsitz verklemmt wird) herkömmliche Klemmwerkzeuge mit
zylindrischer Innenseite benutzt werden können.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach
Anspruch 10 weist der Klemmring über
seine gesamte Höhe
eine konstante Wandstärke
auf. In diesem Fall wird die Innenseite des Klemmringes erst während der
radialen Verpressung des Klemmringes bei der Herstellung der Luftfeder
mit einem geeigneten Klemmwerkzeug konkav geformt. Der Vorteil dieser
Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der Klemmring auf einfache
Art und Weise, z. B. aus einem dünnwandigen
Rohr oder aus einem Bandmaterial hergestellt werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrensanspruchs
11 nach Anspruch 12 weist der Klemmring in etwa auf halber Höhe eine
biegeweiche Zone auf. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin
zu sehen, dass der Klemmring bei der Herstellung der Luftfeder durch
das Klemmwerkzeug einfach verformt und die konkave Innenseite einfach
ausgebildet werden kann. Die biegeweiche Zone kann beispielsweise
dadurch erstellt werden, dass die Außenseite des Klemmringes in
etwa auf halber Höhe
eine umlaufende Nut aufweist.
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Ein Ausführungsbeispiel und weitere
Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den nachstehenden
Figuren erläutert,
darin zeigt:
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1 eine
Luftfeder in schematischer Darstellung,
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2 einen
Ausschnitt aus 1,
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3a – 3c jeweils einen Klemmring,
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4 ein
Klemmwerkzeug.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Luftfeder 2 mit einem
Balg 4, der ein Luftvolumen 6 umschließt. Derartige
Luftfedern werden insbesondere in Kraftfahrzeugen verwendet, um
den Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeuges gegenüber mindestens einer Fahrzeugachse
federnd zu lagern. Der Balg 4 ist zwischen einem ersten
Anschlussteil 8 in Form eines Deckels und zwischen einem
zweiten Anschlussteil 10 in Form eines Abrollkolbens eingespannt.
Dazu wird das jeweilige Balgende des Balges 4 auf einen
Klemmsitz 12, 14 des Anschlussteiles 8, 10 aufgeschoben
und mit Hilfe eines Klemmringes 16, 18 verklemmt.
Die dem Balg 4 zugewandte Oberfläche des Klemmsitzes 12, 14 ist
zumindest annähernd
konvex und die gesamte dem Balg 4 zugewandte Innenseite
des Klemmringes 16, 18 ist zumindest annähernd konkav
ausgebildet.
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Im Zusammenhang mit der 2, die einen Ausschnitt
aus der 1 zeigt, wird
im Folgenden die aus dem Klemmsitz 12 und dem Klemmring 16 bestehende
Klemmverbindung näher
erläutert.
Die dem Balg 4 zugewandte Oberfläche des Klemmsitzes 12 ist
zumindest annähernd
konvex ausgebildet, wohingegen die dem Balg 4 zugewandte
Innenseite des Klemmringes 16 zumindest annähernd konkav ausgebildet
ist. Durch die konvex-konkave Ausbildung der Klemmverbindung entsteht
zwischen dem Klemmsitz 12 und dem Klemmring 16 über dem
Balg 4 ein Formschluss, der ein axiales Abziehen des Klemmringes 16 von
dem Klemmsitz 12 weitestgehend vermeidet.
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Die konvexe Oberfläche des
Klemmsitzes 12 weist in dem Teil, der dem Luftvolumen 6 der
Luftfeder zugewandt ist (also dem Anschlussteil 8 der Luftfeder
abgewandt ist), eine umlaufende Nase 20 auf, die eine Fixierung
des Endes des Balges 4 auf dem Klemmsitz 12 mit
Hilfe des Klemmringes 16 unterstützt und das Abziehen des Balges 4 vom
Klemmsitz 12 erschwert. Vorzugsweise entspricht die Länge der Nase 12 ca.
20 % bis 40 % der Dicke, die der Balg 4 im Bereich des
Klemmsitzes 12 aufweist. Durch eine derartige Dimensionierung
der Nase 20 wird verhindert, dass diese das Ende des Balges
4,
das sich auf dem Klemmsitz 12 befindet, durchbohrt. Dennoch
ist bei einer derartigen Dimensionierung gewährleistet, dass sich die Nase 20 ausreichend
tief in dem Ende des Balges 4 „verkrallt", um dieses sicher auf dem Klemmsitz 12 zu
fixieren.
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Die konvexe Oberfläche des
Klemmsitzes 12 weist über
die Nase 20 hinaus mehrere umlaufende Nuten 22 auf,
die sich auf dem Teil der konvexen Oberfläche des Klemmsitzes 12 befinden,
der dem Luftvolumen 6 der Luftfeder abgewandt ist (bzw.
dem Anschlussteil 8 zugewandt ist). Die umlaufenden Nuten 22 weisen
vorzugsweise einen dreieckigen Querschnitt auf. Wenn das Ende des
Balges 4 mit Hilfe des Klemmringes 16 auf dem
Klemmsitz 12 verpresst wird, dringt Gummimaterial des Balges 4 in
die Nuten 22 ein, so dass im Bereich des Klemmsitzes 12 eine große Luftdichtigkeit
der Luftfeder 2 auch bei hohen und tiefen Temperaturen
gewährleistet
ist.
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Das Abziehen des Balges 4 vom
Klemmsitz 12 wird über
die oben genannten Maßnahmen
hinaus dadurch erschwert, dass die dem Balg 4 zugewandte Innenseite
des Klemmringes 16 und die konvexe Oberfläche des
Klemmsitzes 12 auf der dem Luftvolumen 6 der Luftfeder
abgewandten Seite der Klemmverbindung (bzw. auf der dem Anschlussteil 8 zugewandten
Seite) einen sich zum Luftvolumen 6 der Luftfeder hin verjüngenden
Kanal bildet. Die Verjüngung
des Kanals ist in der 2 durch
die Tangenten 24 und 26 an die Innenseite des
Klemmringes bzw. an die konvexe Oberfläche des Klemmsitzes 12 angedeutet.
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An das Ende des Klemmsitzes 12,
das dem Luftvolumen 6 der Luftfeder zugewandt ist, schließt sich
eine umlaufende Nase 28 an. Das Ende des Balges 4,
das auf dem Klemmsitz 12 mit Hilfe des Klemmringes 16 verklemmt
ist, wird zusätzlich
zwischen dem Ende des Klemmringes 16, das dem Luftvolumen 6 zugewandt
ist, und der Nase 28 verklemmt. Diese Verklemmung verstärkt sich,
wenn versucht wird, den Balg 4 von dem Klemmsitz 12 abzuziehen,
da sich dann die Spaltbreite zwischen dem Ende des Klemmringes 16 und
der Nase 28 verkleinert.
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An das Ende des Klemmsitzes 12,
das dem Luftvolumen der Luftfeder abgewandt ist (bzw. dem Anschlussteil 8 zugewandt
ist), schließt
sich ein umlaufender Flansch 30 an, der die Aufstecktiefe
des Balges 4 auf dem Klemmsitz 12 festlegt und
darüber hinaus
einen Anschlag für
den Klemmring 16 bildet.
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2 zeigt
einen Ausschnitt aus der 1, der
die Klemmverbindung des Balges 4 an dem Anschlussteil 8 der
Luftfeder 2 darstellt. Die Klemmverbindung des Balges 4 an
dem Anschlussteil 12 kann jedoch genauso ausgebildet sein.
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3a zeigt
einen zylindrischen Klemmring 16, 18, der über seine
gesamte Höhe
ein konstante Wandstärke
aufweist. Während
des Verklemmens des Balgendes auf einem Klemmsitz wird ein derartiger
Klemmring 16, 18 durch ein Klemmwerkzeug derartig
verformt, dass sich seine Innenseite zumindest annähernd konkav
verformt. Wie dies geschieht, wird im Zusammenhang mit der 4 erläutert. Die Verformung des Klemmringes 16, 18 durch
das Klemmwerkzeug vereinfacht sich, wenn der Klemmring 16, 18 in
etwa auf halber Höhe
eine biegeweiche Zone aufweist. Ein derartiger Klemmring 16, 18 ist
in der 3b gezeigt, bei
dem die biegeweiche Zone dadurch erstellt ist, dass der Klemmring 16, 18 auf
seiner Außenseite
in etwa auf halber Höhe
eine umlaufende Nut 32 enthält.
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3c zeigt
einen Klemmring 16, 18, dessen Außenseite
zylindrisch und dessen Innenseite bereits zumindest annähernd konkav
ausgebildet ist. Zum Verklemmen eines Balgendes auf einem Klemmsitz
braucht ein derartiger Klemmring 16, 18 ausschließlich radial
verpresst zu werden, was den Vorteil hat, dass zur Verpressung des
Klemmringes 16, 18 herkömmliche Klemmwerkzeuge benutzt
werden können.
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Im Zusammenhang mit der 4 wird im Folgenden erläutert, wie
eine in der 1 gezeigte Luftfeder,
die zumindest an einem ihrer Anschlussteile 8, 10 eine
Klemmverbindung gemäß der 2 aufweist, hergestellt
werden kann. Zunächst
wird der Balg 4 der Luftfeder auf dem Klemmsitz 12 derart
positioniert, dass das obere Ende des Balges 4 zur Anlage
an den Flansch 30 kommt.
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Danach wird ein zylindrischer Klemmring 16 gemäß der 3b derart bereitgestellt,
dass er das Balgende umfasst. Mit einem Klemmwerkzeug 34 wird
der Klemmring 16 derart radial verpresst, dass der Balg 4 zwischen
dem Klemmsitz 12 und dem Klemmring 16 eingespannt
und verklemmt ist. Während
des Verpressens wird der Klemmring 16 (der vor dem Verpressen
die in der 3b gezeigte
Form aufweist) durch das Klemmwerkzeug derart verformt, dass seine
Innenseite zumindest annähernd
konkav ist. Dazu weist das Klemmwerkzeug 34 eine Klemmwange 36 auf,
deren Innenseite (also die Seite, die dem Klemmring 16 zugewandt
ist) diejenige Oberfläche
aufweist, die die Innenseite des Klemmringes 16 nach dem
Verpressen aufweisen soll. Aufgrund der umlaufenden Nut 32 in
dem Klemmring 16 (s. auch 3b)
lässt sich
der Klemmring 16 während
des radialen Verpressens durch das Klemmwerkzeug einfach verformen.
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- 2
- Luftfeder
- 4
- Balg
- 6
- Luftvolumen
- 8,
10
- Anschlussteil
- 12,
14
- Klemmsitz
- 16,
18
- Klemmring
- 20
- Nase
- 22
- Nut
- 24,
26
- Tangente
- 28
- Nase
- 30
- Flansch
- 32
- Nut
- 34
- Klemmwerkzeug
- 36
- Klemmwange