DE102008017703A1

DE102008017703A1 - Federbalg

Info

Publication number: DE102008017703A1
Application number: DE200810017703
Authority: DE
Inventors: Thomas Naber
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2009-10-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Federbalg mit einer Anpasseinrichtung (122, 126). Die Anpasseinrichtung (122, 126) ist ausgebildet, um ein Innenvolumen (312) des Federbalgs bei gegebener effektiver Tragfläche A und gegebener Balghöhe zu verkleinern, um die Federsteifigkeit des Federbalgs zu erhöhen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Federbalg, der beispielsweise auch als Dämpfelement eingesetzt werden kann.
Die Dämpfungseigenschaft eines Luftfederdämpfers wird wesentlich durch dessen Federsteifigkeit beeinflusst. Um bei einem Luftfederdämpfer eine starke Dämpfung zu bekommen ist es wichtig, dass die Luftfedersteifigkeit sehr hoch ist. Die Luftfedersteifigkeit eines Luftfederbalges ist abhängig von dessen eingeschlossenem Luftvolumen und der wirksamen Tragfläche des Luftfederdämpfers. Um eine hohe Luftfedersteifigkeit zu erreichen, sollte die wirksame Tragfläche A des Luftfederdämpfers möglichst groß sein während das Volumen V möglichst klein sein sollte.
Bei einem zylindrischen Körper ergibt sich das Volumen gemäß V = A·h, wobei h die Höhe des zylindrischen Körpers ist. Ein Luftfederbalg verhält sich jedoch nicht wie ein zylindrischer Körper. 3 zeigt einen herkömmlichen Luftfederbalg mit einem Balgboden 302, einem Balgkolben 304, einem Balggummi 306, einer Rollfalte 308 und einem Balgdeckel 310. Der Luftfederbalg weist ein Volumen 312 auf. Aufgrund der Rollfalte 308 ist das Volumen 312 größer bzw. der effektive Balgdurchmesser kleiner als der reale Balgdurchmesser. Dadurch verschlechtern sich die Dämpfeigenschaften.
Dieses Problem hat die Nutzung eines Luftfederbalges als Dämpfelement bislang praktisch unmöglich gemacht. Industriell eingesetzte Luftfederdämpfer arbeiten deshalb nach dem Kolbenprinzip und nicht nach dem Rollbalgprinzip.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Federbalg mit einer verbesserten Dämpfeigenschaft zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Federbalg gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass durch geschickt ausgeformte Bauteile oder durch eine Formänderung an Teilen des Luftfederbalges das Volumen des Luftfederbalgs auf dem gesamten Hubweg oder zumindest im Arbeitsbereich verkleinert werden kann.
Auf diese Weise lassen sich die Dämpfungseigenschaften des Luftfederbalgs verbessern. Der erfindungsgemäße Luftfederbalg kann somit vorteilhaft als Dämpfelement eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Federbalg, mit folgenden Merkmalen:
einer Anpasseinrichtung, die ausgebildet ist, um ein Innenvolumen des Federbalgs zu verkleinern, um die eine Federsteifigkeit des Federbalgs zu erhöhen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Federbalgs;
2 eine Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Federbalgs; und
3 einen Luftfederbalg gemäß dem Stand der Technik.
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
1 zeigt einen Federbalg gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Federbalg kann es sich um einen Luftfederbalg mit den bereits anhand von 3 beschriebenen Merkmalen 302, 304, 306, 308, 310, 312 handeln. Der Federbalg weist eine Anpasseinrichtung 122, 126 auf, die ausgebildet ist, um das Innenvolumen 312 des Federbalgs zu verkleinern, um eine Federsteifigkeit des Federbalgs zu erhöhen.
Die Luftfedersteifigkeit c des Federbalgs berechnet sich nach der Formel:
mit

c: = Federsteifigkeit
A: = eff. Tragfläche
V: = Luftvolumen
n: = Polytropenexponent
p: = Balgdruck

Das Luftvolumen 312 des Federbalgs kann durch einen effektiven Volumenanteil und einen zusätzlichen Volumenanteil beschrieben werden. Der effektive Volumenanteil wird einerseits durch den Balgboden 302 und andererseits durch den Balgdeckel 310 begrenzt und ergibt sich somit aus dem Produkt aus der Fläche des Balgbodens 302 und der Höhe des Federbalgs. Der zusätzliche Volumenanteil wird einerseits durch die Rollfalte 308 und andererseits durch den Balgdeckel 310 begrenzt. Erfindungsgemäß kann zumindest ein über den effektiven Volumenanteil hinausgehender Anteil des Innenvolumens 312, beispielsweise der durch die Rollfalte hervorgerufene Anteil des Innenvolumens 312, teilweise oder vollständig eliminiert werden. Um die Federsteifigkeit nicht zu reduzieren soll dabei die Größe der effektiven Tragfläche erhalten bleiben. Somit kann die Anpasseinrichtung 122, 126 ausgebildet sein, um das Innenvolumen 312 des Federbalgs, bei gegebener effektiver Tragfläche A und gegebener Balghöhe zu verkleinern, um die Federsteifigkeit des Federbalgs zu erhöhen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Anpasseinrichtung eine Mehrzahl von Füllelementen 122, 126 auf. Durch die Mehrzahl von Füllelementen 122, 126 kann das Innenvolumen 312 des Federbalgs verkleinert und die Federsteifigkeit des Federbalgs erhöht werden. Somit kann bei dem Federbalg eine Steifigkeitserhöhung durch Füllvolumina erzielt werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel formt die Rollfalte 308 bei einer Kompression des Federbalgs eine Backentasche aus, die durch den Balggummi 306 gebildet wird. Um bei der Kompression des Federbalgs zumindest einen Teilbereich der Backentasche auszufüllen, kann das Füllelement 122 als Füllmasse für die Backentasche ausgebildet sein. Dazu kann das Füllelement 122 mit dem Balgdeckel 310 und/oder dem Balggummi fest verbunden sein, so dass sich das Füllelement bei einer Kompression des Federbalgs in die Backentasche schieben kann. Alternativ kann das Füllelement 122 Teil des Balgdeckels 310 oder des Balggummis 306 sein. Das Füllelement 122 kann eine Dicke aufweisen, die an eine Breite der Backentasche angepasst ist, so dass das Füllelement die Backentasche möglichst vollständig ausfüllen kann. Bei einer umlaufenden Backentasche kann das Füllelement 122 als Ring ausgebildet sein. Weist der Federbalg eine Mehrzahl von Backentaschen auf, so kann eine Mehrzahl von Füllelementen 122 vorgesehen sein. Die Füllelemente und/oder der Balgkolben können zur besseren dynamischen Bewegung auch konisch ausgeführt sein.
Das Füllelement 122 kann als Volumen zur Steifigkeitserhöhung des Balggummis 306 ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Füllelement 122 ein polymerer Formring sein, der am Balgdeckel 310 befestigt ist und sich bei der Kompression, bzw. beim Zusammenrollen des Balges in die Backentaschen des Balges legt. Alternativ kann das Volumen aber auch in den nicht-als-Rollfalte-wirkenden Teil des Balges integriert sein.
Das weitere Füllelement 126 kann innerhalb des Balgkolbens 304 angeordnet sein und als eine Füllmasse oder als ein Füllvolumen für den Balgkolben 304 ausgebildet sein.
Generell kann die Anpasseinrichtung ein oder eine Mehrzahl von Füllelementen 122, 126 aufweisen, die zumindest teilweise in einem Innenraum des Federbalgs angeordnet sind. Dabei können die Füll elemente 122, 126 Teil des Balgbodens 302, des Balgkolbens 304, des Balggummis 306 oder Balgdeckels 310 sein oder mit diesen Elementen verbunden sein.
2 zeigt einen Federbalg gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Steifigkeitserhöhung durch eine Form der Anpasseinrichtung erzielt wird. Beispielsweise kann die Anpasseinrichtung als ein Außenwandelement 228 des Federbalgs ausgebildet sein. Das Außenwandelement 228 weist eine Form auf, die es ermöglicht, das Innenvolumen 312 des Federbalgs zu reduzieren. Dazu kann das Wandelement 228 ausgeformt sein, um einen Durchmesser des Federbalgs in Richtung des Balgdeckels 310 zu verkleinern.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Außenwandelement 228 konisch verlaufende Backenwände auf. Durch die konische Form des Balges in Richtung Balgdeckel 310 kann das Volumen 312 weiter verkleinert werden. Somit kann der Federbalg einen Balgdeckel 310 aufweisen, dessen Durchmesser geringer als ein Durchmesser des Federbalgs im Bereich der Rollfalte 308 ist.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. Die Anpasseinrichtung kann ausgebildet sein, um das Volumen des erfindungsgemäßen Federbalgs, im Vergleich zu dem in 3 gezeigten Federbalg, mit einem oder einer Mehrzahl von Einsatzelementen 122, 126, mittels einer Formänderung 128 oder mit einer Kombination aus Einsatzelementen 122, 126 und Formänderung 128 zu verkleinern. Ferner kann die Anpasseinrichtung ausgebildet sein, um das Volumen permanent oder ansprechend auf eine Kompression des Federblags zu verkleinern. Der erfindungsgemäße Ansatz ist nicht auf den gezeigten Luftfederbalg begrenzt sondern kann generell im Zusammenhang mit Federbälgen oder anderen geeigneten Dämpfungsvorrichtung eingesetzt werden. Ein Einsatzbereich für den erfindungsgemäßen Federbalg könnte im Bereich von luftgefederten Fahrzeugen bestehen.

122, 126, 228: Anpasseinrichtung
302: Balgboden
304: Balgkolben
306: Balggummi
308: Rollfalte
310: Balgdeckel
312: Balgvolumen

Claims

Federbalg, mit folgenden Merkmalen: einer Anpasseinrichtung (122, 126; 228), die ausgebildet ist, um ein Innenvolumen (312) des Federbalgs zu verkleinern, um eine Federsteifigkeit des Federbalgs zu erhöhen.
Federbalg gemäß Anspruch 1, wobei der Federbalg eine effektive Tragfläche und eine Balghöhe aufweist, die ein effektives Balgvolumen definieren und bei dem die Anpasseinrichtung (122, 126; 228) ausgebildet ist, um einen über das effektive Balgvolumen hinausgehenden Anteil des Innenvolumens (312) des Federbalgs zu verkleinern.
Federbalg gemäß Anspruch 2, bei dem die Anpasseinrichtung (122, 126; 228) ausgebildet ist, um eine Größe der effektiven Tragfläche zu erhalten.
Federbalg gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Anpasseinrichtung (122, 126; 228) ausgebildet ist, um das Innenvolumen (312) ansprechend auf eine Kompression des Federblags zu verkleinern.
Federbalg gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Federbalg eine Rollfalte (308) aufweist und bei dem die Anpasseinrichtung (122, 126; 228) ausgebildet ist, um einen durch die Rollfalte hervorgerufenen Anteil des Innenvolumens (312) des Federbalgs zu verkleinern.
Federbalg gemäß Anspruch 5, wobei die Rollfalte (308) bei einer Kompression des Federbalgs eine Backentasche (306) ausformt und bei dem die Anpasseinrichtung (122, 126; 228) ausgebildet ist, um bei der Kompression des Federbalgs zumindest einen Teilbereich der Backentasche auszufüllen.
Federbalg gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Anpasseinrichtung (122, 126; 228) ausgebildet ist, um eine Außenwand des Federbalgs zu versteifen.
Federbalg gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Anpasseinrichtung mindestens ein Füllelement (122, 126) aufweist, das zumindest teilweise in einem Innenraum des Federbalgs angeordnet ist.
Federbalg gemäß Anspruch 8, wobei der Federbalg einen Balgdeckel (310) aufweist und bei dem das Füllelement (122) mit dem Balgdeckel verbunden ist.
Federbalg gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Federbalg einen Balgkolben (304) aufweist und bei dem das Füllelement (126) innerhalb des Balgkolbens angeordnet ist.
Federbalg gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Federbalg eine Außenwand aufweist und bei dem das Füllelement (122) an der Außenwand angeordnet ist.
Federbalg gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Anpasseinrichtung als ein Außenwandelement (228) des Federbalgs ausgebildet ist und ausgeformt ist, um einen Durchmesser des Federbalgs in Richtung des Balgdeckels (310) zu verkleinern.
Federbalg gemäß Anspruch 12, bei dem das Außenwandelement (228) eine konische Form aufweist.
Federbalg gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem ein Durchmesser des Balgdeckels (310) geringer als ein Durchmesser des Federbalgs im Bereich der Rollfalte (308) ist.
Federbalg gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem sich eine Federsteifigkeit c des Federbalgs durch
mit c = Federsteifigkeit A = effektive Tragfläche V = Luftvolumen n = Polytropenexponent p = Balgdruck bestimmt und die Anpasseinrichtung (122, 126; 228) ausgebildet ist, um das Luftvolumen V bei gegebener effektiver Tragfläche A und gegebener Balghöhe zu verkleinern.