DE102006058688A1 - Verfahren zum Betreiben einer einen Rollbalg aufweisenden Luftfeder - Google Patents

Abstract

Bei einer einen Rollbalg (2) aufweisenden Luftfeder wird die mittlere Temperatur Tw der Rollbalgwandung (2.1) auf einen für die Rollbalgwandung (2.1) unschädlichen Maximalwert Tx durch Kühlung begrenzt. Das verwendete Kühlaggregat (5) besitzt plattenförmige Gestalt und ist aus zusammengeschalteten Pelletier-Elementen gebildet.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Betreiben einer Luftfeder. Ferner betrifft sie eine Luftfederanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Luftfedern werden in großem Umfang zur Federung von Fahrzeugen eingesetzt, wo sie als tragende Teile, insbesondere zwischen dem Fahrzeugaufbau (Karosserie und Fahrgestell) und den Achsen, angeordnet werden. Ihre störungsfreie Funktion ist eine Voraussetzung für den zuverlässigen Betrieb und in besonderem Maße auch für die Verkehrssicherheit der Fahrzeuge. Da ein Defekt an einer Luftfeder in aller Regel nur in einer Werkstatt behoben werden kann, ist ggf. mit einem u.U. längeren Ausfall des Fahrzeuges zu rechnen. Man ist daher bestrebt, die Verschleißanfälligkeit von Luftfedern so zu vermindern, dass ihre Lebensdauer der voraussichtlichen Gebrauchsdauer des gesamten Fahrzeuges entspricht (zum Stand der Technik siehe z.B. die Druckschriften DE 197 40 798 A1 , DE 199 11 620 A1 , EP 0 905 406 A1 , EP 957 373 A2 ).
• Es ist bekannt, dass der Verschleiß von Luftfedern sich insbesondere dadurch erhöhen kann, dass ihr Rollbalg stärkeren Erwärmungen ausgesetzt ist, durch die das elastomere bzw. textile Rollbalgmaterial beschleunigt altert. Man hat daher bereits versucht, Erwärmungen der Rollbalgwandung dadurch entgegenzuwirken, dass man den Einfluss von Wärmestrahlung, die z.B. vom Motor oder von der Auspuffanlage ausgeht, mit Hilfe von Abschirmblechen verringert. Soweit der Wärmeeintrag in die Rollbalgwandung jedoch durch Konvektion und/oder Wärmeleitung erfolgt, erweisen sich Abschirmbleche und Reflektoren weitgehend als wirkungslos. Das gleiche gilt für Erwärmungen der Rollbalgwandung, die aus deren eigener Walkarbeit resultieren.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, andere Maßnahmen aufzuzeigen, durch die die Temperatur der Rollbalgwandung unter allen im praktischen Betrieb auftretenden Bedingungen auf einen für die Rollbalgwandung unschädlichen Maximalwert begrenzt werden kann.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe zunächst durch ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, das die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Merkmale aufweist.
• Ferner wird zur Lösung der genannten Aufgabe eine Luftfederanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 vorgeschlagen, die die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Merkmale aufweist und die durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 3 bis 5 vorteilhaft weitergebildet sein kann.
• Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass jeglicher schädlichen Erwärmung der Rollbalgwandung unverzüglich und effektiv durch einfaches Einschalten eines Kühlaggregates entgegengewirkt wird, das seinerseits unmittelbar die Innenluft des Rollbalges abkühlt. Sobald dann die Innenluft hinreichend abgekühlt ist, entzieht sie der angrenzenden Balgwand ihre überschüssige Wärme.
• Zur Erläuterung der Erfindung wird auf die beigefügte Zeichnung verwiesen:
• Die 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen der Temperaturverhältnisse an einer Rollbalgwandung 2.1.
• 3 zeigt in schematischer Darstellung eine vorteilhafte Luftfederanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Anhand eines schematischen Schnittbildes zeigt 1 die Temperaturverhältnisse an einer Rollbalgwandung 2.1. In dem dargestellten Beispiel ist die mittlere Temperatur der Rollbalgwandung auf einen Wert Tw1 erhöht, der oberhalb einer unschädlichen Maximaltemperatur Tx liegt. Dabei Tx bezeichnet eine Temperatur, unterhalb derer an der Rollbalgwandung erfahrungsgemäß auch auf lange Sicht keine temperaturbedingt wesentlich verstärkten Alterungseffekte auftreten.
• In der in 1 dargestellten Situation liegen sowohl die Temperatur Ti1 an der Innenseite der Rollbalgwandung als auch die Temperatur Tal an der Außenseite der Rollbalgwandung ebenfalls über der Maximaltemperatur Tx. Die sich dabei ergebenden Wärmeströme sind durch Pfeile angedeutet, und zwar Pi1 an der Innenseite, Pw1 im Innern und Pa1 an der Außenseite der Rollbalgwandung.
• Erfahrungsgemäß ist der in 1 dargestellte Zustand Tw1 > Tx auf längere Sicht der Lebensdauer des Rollbalges unzuträglich, da er zu einer beschleunigten Alterung der Werkstoffe der Rollbalgwandung und damit zu einer Verschlechterung des Zusammenhaltes und des Zusammenwirkens der Komponenten und folglich auch der resultierenden physikalischen Eigenschaften der Rollbalgwandung führen kann. Insbesondere verringert sich die Flexibilität der Rollbalgwandung, das Wandungsmaterial kann verspröden, und es kann zu Brüchen kommen.
• Wie 2 veranschaulicht, kann der in 1 dargestellte schädliche Zustand Tw1 > Tx abgestellt und auf Dauer vermieden werden, indem man die Rollbalgwandung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels der von dem Rollbalg umschlossenen Innenluft kühlt. Zu diesem Zweck wird zunächst die Temperatur der Innenluft durch direkte Einwirkung eines Kühlaggregates abgekühlt, und zwar so, dass die Innenluft eine Temperatur Ti2 unterhalb der besagten Maximaltemperatur Tx annimmt, also Ti2 < Tx. Die so abgekühlte Innenluft bewirkt dann ihrerseits eine Abkühlung der Rollbalgwandung, und diese wird fortgesetzt, bis die Rollbalgwandung durch die Innenluft auf einen Wert Tw2 abgekühlt ist, der weniger als Tx beträgt.
• Auf Grund der durch die Kühlung der Innenluft an der Balgwand-Innenseite (2.3), im Innern der Balgwand und an der Balgwand-Außenseite (2.4) erzeugten Temperaturen strömt durch Wärmeleitung und Konvektion Wärme aus der Balgwand (2.1) in die gekühlte Innenluft des Rollbalges (2). Dabei sinkt die Temperatur an der Balgwand-Innenseite (2.3), und bei gleichbleibender Temperatur an der Balgwand-Außenseite (2.4) ergibt sich ein Temperaturgefälle von außen nach innen. Die resultierenden Wärmeströme sind in 2 durch die Pfeile Pi2, Pw2 und Pa2 angedeutet.
• 3 zeigt anhand eines schematisch wiedergegebenen vorteilhaften Ausführungsbeispiels einen erfindungsgemäßen Vorschlag für die konstruktive Lösung der gestellten Aufgabe:
  Die dargestellte Luftfeder (1) enthält einen Rollbalg (2), der als Anschlussarmaturen an seiner Unterseite einen Abrollkolben (3) und an seiner Oberseite eine Bördelplatte (4) aufweist. In seine Wandung (2.1) sind in üblicher Weise textile Verstärkungseinlagen (2.2) eingefügt. In dem Rollbalg sind ein Temperaturfühler (7) zur Erfassung der Temperatur Tw der Rollbalgwandung (2.1) sowie ein Temperaturfühler (8) zur Messung der Temperatur Ti der Innenluft des Rollbalges (2) vorgesehen.
• Zur erfindungsgemäßen Kühlung der Innenluft der Rollbalgwandung (2.1) ist an der Unterseite der Bördelplatte (4) ist ein plattenförmiges Peltier- Kühlaggregat (5) befestigt, das zu seinem Betrieb einen Anschlussstecker (5.1) aufweist. Die kalte Unterseite des Peltier-Kühlaggregates steht unmittelbar mit der Rollbalg-Innenluft in Kontakt, so dass diese wirksam gekühlt wird, während seine heiße Oberseite wärmeleitend mit der Bördelplatte (4) verbunden ist, über die seine Betriebswärme nach außen abfließt.
• Um das Kühlaggregat vor starken Biegebeanspruchungen zu schützen, die zu seinem Bruch führen könnten, ist es vorteilhaft, zwischen der heißen Seite des plattenförmigen Peltier-Kühlaggregates (5) und der Bördelplatte (4) eine elastische Zwischenschicht (5.2) anzuordnen. Vorzugsweise wird für die elastische Zwischenschicht (5.2) ein Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit verwendet, der die Ableitung der Peltier-Wärme möglichst wenig behindert.
• Ferner ist es zweckmäßig, an dem entsprechenden Außenbereich der Bördelplatte (4), der dem Peltier-Kühlaggregat gegenüberliegt, zur weiteren Verbesserung der Wärmeableitung Kühlrippen (5.3) vorzusehen.

1

Luftfeder

2

Rollbalg

2.1

Rollbalgwandung

2.2

textile Verstärkungseinlage

2.3

Rollbalg-Innenseite

2.4

Rollbalg-Außenseite

3

Abrollkolben

4

Bördelplatte

5

Kühlaggregat

5.1

wärmleitende elastische Zwischenschicht

5.2

Kühlrippen

6

Balgwand-Temperaturfühler

7

Innenluft-Temperaturfühler

Ta

Temperatur der Luft außerhalb des Rollbalges

Ti

Temperatur der Luft im Innern des Rollbalges

Tw

Temperatur der Rollbalgwandung

Tx

maximale für die Rollbalgwandung unschädliche Temperatur

H

Stützhöhe der Luftfeder

Pi/Pw/Pa

Wärmeströme an der Innenseite/im Innern/an der Außenseite der Rollbalgwandung

Claims (5)

1. Verfahren zum Betreiben einer einen Rollbalg (2) aufweisenden Luftfeder (1), dadurch gekennzeichnet, dass zur Verlängerung der Lebensdauer des Rollbalges (2) die mittlere Temperatur Tw der Rollbalgwandung (2.1) auf einen für die Rollbalgwandung (2.1) unschädlichen Maximalwert Tx begrenzt und ggf. durch Kühlung verringert wird, so dass Tw ≤ Tx, und zwar dadurch, dass die Rollbalgwandung (2.1) durch die von dem Rollbalg (2) umschlossene Innenluft gekühlt wird, wobei die Temperatur Ti der Innenluft mittels eines Kühlaggregates auf einem Wert unterhalb des unschädlichen Maximalwertes Tx gehalten wird (Ti < Tx)
2. Luftfederanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturfühler (6) und (7) vorgesehen sind, die die Temperatur Tw der Rollbalgwandung (2.1) und die Temperatur Ti der Innenluft des Rollbalges (2) erfassen, und dass im Innenraum des Rollbalges (2) ein von der Innenluft umströmtes Kühlaggregat (5) vorgesehen ist, das über die Temperaturfühler (6) und (7) an seine Betriebsspannung angeschlossen ist, sobald und solange der Messwert Tw des Balgwand-Temperaturfühlers (6) und/oder der Messwert Ti des Innenluft-Temperaturfühlers (7) den für die Rollbalgwandung unschädlichen Maximalwert Tx übersteigt.
3. Luftfederanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlaggregat (5) plattenförmige Gestalt besitzt und aus zusammengeschalteten Peltierelementen gebildet ist.
4. Luftfederanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die heiße Rückseite des plattenförmigen Peltier-Kühlaggregates (5) über eine wärmeleitende elastische Zwischenschicht (5.1) mit einem Anschlussteil des Rollbalges – vorzugsweise mit der Bördelplatte (4) – großflächig verbunden ist.
5. Luftfederanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bördelplatte (4) in dem Bereich, der innenseitig das plattenförmige Peltier-Kühlaggregat (5) trägt, außenseitig mit Kühlrippen (5.2) versehen ist