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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Federbeinlager zum Anschließen an einen Federbeinschaft.
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Hintergrund der Erfindung
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Kraftfahrzeugaufhängungssysteme sind derart ausgebildet, dass die Räder in der Lage sind, Höhenänderungen in der Straßenoberfläche zu folgen, während das Fahrzeug dieser entlang fährt. Wenn auf eine Erhebung in der Straßenoberfläche getroffen wird, reagiert die Aufhängung mit einem „Einfedern”, in dem das Rad in der Lage ist, sich in Bezug auf den Rahmen des Fahrzeuges nach oben zu bewegen. Wenn hingegen auf eine Vertiefung in der Straßenoberfläche getroffen wird, reagiert die Aufhängung mit einem „Ausfedern”, in dem das Rad in der Lage ist, sich in Bezug auf die integrierte Karosserie- oder Rahmenstruktur des Fahrzeuges nach unten zu bewegen. Sowohl beim Einfedern als auch beim Ausfedern ist eine Feder (z. B. eine Schrauben-, Blatt- oder Torsionsfeder) mit der Karosseriestruktur eingebunden, um ein federndes Ansprechen auf die jeweiligen vertikalen Bewegungen des Rades bezüglich der Fahrzeugkarosseriestruktur vorzusehen. Um jedoch ein Radholpern und eine übermäßige Bewegung der Fahrzeugkarosserie zu vermeiden, ist ein Stoßdämpfer oder Federbein an dem Rad angeordnet, um die Rad- und Karosseriebewegung zu dämpfen. Ein Beispiel eines MacPherson Federbeinlagers ist in dem US-Patent
US 5 467 971 A an Hurtubise et al., herausgegeben am 21. November 1995 und dem Antragsteller desselben erteilt, offenbart.
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Es ist bekannt, hydraulische Federbeinlager vorzusehen, wie z. B. in dem US-Patent
US 7 347 437 B1 an Oblizajek et al., herausgegeben am 25. März 2008 und dem Antragsteller desselben erteilt, offenbart. In diesem Patent umfasst eine Dämpferanordnung für ein Aufhängungssystem eines Kraftfahrzeuges ein Gehäuse, welches derart ausgebildet ist, um an einem Ende eines Federbeines des Aufhängungssystems befestigt zu werden. Das Gehäuse weist eine Kammer mit einem darin angeordneten Fluid auf. Die Dämpferanordnung umfasst auch zumindest eine Membran, die sich quer über die Kammer hinweg erstreckt, um mit dem Fluid zu reagieren. Die zumindest eine Membran besteht aus einem Metall und weist eine monolithische Struktur auf: ganzheitlich, einheitlich und einteilig.
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Was weiterhin benötigt wird, ist eine Membran mit einer hohen radialen (Quer-)Steifigkeit und einer relativ geringen axialen Steifigkeit, wobei solch eine Membran anpassungsfähig für die Verwendung sowohl in hydraulischen als auch herkömmlichen Federbeinlagern wie auch für andere Anwendungen ist, und wobei die radiale Steifigkeit zur Verwendung in einer speziellen Anwendung gerichtet abstimmbar ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Federbeinlager zum Anschließen an einen Federbeinschaft mit einer kordverstärkten elastischen Membran (oder Diaphragma) mit einer hohen radialen (Quer-)Steifigkeit und einer relativ geringen axialen Steifigkeit, wobei die kordverstärkte elastische Membran anpassungsfähig für die Verwendung sowohl in hydraulischen als auch herkömmlichen Federbeinlagern ist, und wobei radiale Steifigkeit zur Verwendung in einer speziellen Anwendung gerichtet abstimmbar ist.
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Die kordverstärkte elastische Membran ist aus einem selektiv geformten, z. B. einem dünnen, blattartigen, elastischen Membrankörper aus einem Elastomermaterial wie z. B. Gummi zusammengesetzt, der zumindest einen darin eingebetteten Satz von Korden (Kordsatz) aufweist. Die kordverstärkte elastische Membran kann als Blättchen oder Laminat betrachtet werden, welches aus verstärkenden Korden besteht, die in einer viskoelastischen Matrix eingebettet sind. Die Korde des zumindest einen Kordsatzes können als nicht einschränkendes Beispiel aus Nylon, Polyester, Rayon, Stahl, Glasfaser und DuPontTM Kevlar® zusammengesetzt sein und können z. B. in der Form von gewickelten Strängen oder Einzelfäden vorhanden sein. Der zumindest eine Kordsatz kann in der Form einer einzelnen oder mehreren Lagen von Kordsätzen vorhanden sein, die normal- oder spitzwinkelig in Bezug aufeinander sind und geschichtet oder verwoben sind.
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In dem erfindungsgemäßen hydraulischen Federbeinlager ist die kordverstärkte elastische Membran als ein dünner, zentral durchbrochener Membrankörper strukturiert, der für eine axiale Nachgiebigkeit und eine starre radiale Reaktion sorgt. Eine Ventil (Loch)-Platte unterteilt die Federbeinlageranordnung in mit Hydraulikfluid gefüllte obere und untere Kammern. Die obere Kammer ist an ihrem oberen Ende durch die kordverstärkte elastische Membran der vorliegenden Erfindung und an ihrem gegenüberliegenden unteren Ende durch die Ventilplatte begrenzt. Die untere Kammer ist an ihrem unteren Ende durch eine zweite elastische Membran und an ihrem gegenüberliegenden oberen Ende durch die Ventilplatte begrenzt.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind in den Membrankörper des Federbeinlagers zwei Kordsätze eingebettet, die zueinander rechtwinklig angeordnet sind. Jeder der beiden Kordsätze umfasst eine Vielzahl von Korden und die Korde des einen Kordsatzes sind dicker als die Korde des anderen Kordsatzes. Die zwei Kordsätze verleihen dem Membrankörper eine radiale Steifigkeit, die eine axiale Steifigkeit des Membrankörpers übertrifft. Die radiale Steifigkeit ist in zumindest einer gewählten radialen Richtung größer als die radiale Steifigkeit in zumindest einer weiteren radialen Richtung.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Korde des einen Kordsatzes enger beabstandet sind als die Korde des anderen Kordsatzes.
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Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung stehen die zwei Kordsätze unter einem spitzen Winkel zueinander.
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Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind drei Kordsätze in den Membrankörper eingebettet. Zwei der Kordsätze sind zueinander parallel und rechtwinklig zu dem anderen Kordsatz angeordnet.
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Die Struktur der kordverstärkten elastischen Membran der vorliegenden Erfindung dient zwei Hauptfunktionen: erstens das Tragen der strukturellen statischen und dynamischen Lasten des Federbeinlagers; und zweitens, um als ein relativ unnachgiebiger, volumetrischer Begrenzungseinschluss für ein Hydraulikfluid (in einer hydraulischen Federbeinlageranwendung) zu wirken. Um diese Funktion in einem Federbeinlager zu erfüllen, stellt die kordverstärkte elastische Membran eine geringe axiale strukturelle Steifigkeit und gleichzeitig eine hohe radiale strukturelle Steifigkeit bereit (wobei die Ausdrücke „gering” und „hoch” gegenseitig relativ sind).
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Als ein Beispiel kann durch die kordverstärkte elastische Membran der vorliegenden Erfindung ein Verhältnis zwischen der radialen und der axialen Steifigkeit (Steifigkeitsverhältnis) von 20 zu 1 erzielt werden. Im Vergleich sind herkömmliche elastische Lager und Buchsen, die aus Elastomeren hergestellt sind, in der Lage, Steifigkeitsverhältnisse von nur etwa 5 zu 1 bis 10 zu 1 zu erzielen; die vorliegende Erfindung zieht eine Verbesserung des Steifigkeitsverhältnisses z. B. auf zwischen im Wesentlichen etwa 11 zu 1 und 20 zu 1 in Erwägung. Des Weiteren ist durch Einstellen der Richtung der Sätze von Korden und der Korde selbst und des Abstands der Korde die radiale Steifigkeit auf eine spezielle Anwendung gerichtet abstimmbar. Zum Beispiel kann ein Steifigkeitsverhältnis in einer ersten radialen Richtung 20 zu 1 betragen, und an einer zweiten radialen Richtung, die unter einem gewählten Winkel in Bezug auf die erste radiale Richtung orientiert ist, kann das Steifigkeitsverhältnis 16 zu 1 betragen. Solch eine Differenz der radialen Steifigkeit kann z. B. als eine Vorwegnahme der Richtungsdifferenzen in statischen und dynamischen Seitenbelastungserwartungen wie auch als eine erwünschte Aufhängungsdynamik und Übertragungsfähigkeit, um vorzugsweise eine Schwingungsanregung aufzunehmen, der beim Überqueren unregelmäßiger Straßenoberflächen begegnet wird, abgestimmt werden.
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Ein hydraulisches Federbeinlager mit der kordverstärkten elastischen Membran zielt auf ein sanftes, geglättetes bzw. ausgeglichenes Ansprechen auf straßenbedingte Erschütterungen und Schwingungen auf leicht unebenen Straßen ab. Zusammen mit der Verbesserung der Glättung von straßenbedingten Fahrzeugerschütterungen sind Glättung und Weichheit auf rauen Straßenoberflächen und solchen mit groben Zuschlagstoffen vorgesehen. Funktionell berücksichtigt ist der teilweise verklemmte Zustand einer vorderen Federbein-Aufhängung unter leichten vertikalen dynamischen Belastungen, die infolge einer inneren Dämpferhaftreibung entstehen, welche durch seitliche Beanspruchung verschlimmert wird.
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Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Federbeinlager zum Anschließen an einen Federbeinschaft mit einer kordverstärkten elastischen Membran (oder Diaphragma) mit einer hohen radialen (Quer-)Steifigkeit und einer relativ geringen axialen Steifigkeit vorzusehen, wobei die kordverstärkte elastische Membran anpassungsfähig für die Verwendung sowohl in hydraulischen als auch herkömmlichen Federbeinlagern ist, und wobei die radiale Steifigkeit zur Verwendung in einer speziellen Anwendung gerichtet abstimmbar ist.
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Dieses und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform besser verständlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Draufsicht einer kordverstärkten, elastischen, nicht erfindungsgemäßen Membran, wobei die Korde sichtbar und als zwei rechtwinklige Kordsätze angeordnet sind, die jeweils eine Breite aufweisen, welche ungefähr jener der zentralen Durchbrechung entspricht.
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1A ist eine Schnittansicht entlang der Linie 1A-1A von 1.
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2 ist eine Draufsicht einer kordverstärkten, elastischen, nicht erfindungsgemäßen Membran, wobei die Korde sichtbar und nun als ein Paar miteinander verwobener Kordsätze angeordnet sind, welche sich jeweils über den Membrankörper hinweg erstrecken.
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2A ist eine Schnittansicht entlang der Linie 2A-2A von 2.
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3A bis 3D sind schematische Darstellungen einer kordverstärkten, elastischen, nicht erfindungsgemäßen Membran an verschiedenen Positionen axialer Bewegung bezüglich einer Nominalposition (die in 3A gezeigt ist).
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4 ist ein Graph eines Beispieles einer axialen Auslenkung gegen verschiedene Steifigkeitsverhältnisse der kordverstärkten, elastischen, nicht erfindungsgemäßen Membran.
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5 ist ein radiales (quergerichtetes) Vektordiagramm für Betriebsparameter der kordverstärkten, elastischen, nicht erfindungsgemäßen Membran.
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6 ist eine Draufsicht einer kordverstärkten, elastischen Membran gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wobei die Korde sichtbar und nun als zwei rechtwinklige Kordsätze angeordnet sind, wobei die Korde jeweils einen verschiedenen Durchmesser aufweisen und sich jeder über den Membrankörper hinweg erstreckt.
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6A ist eine Schnittansicht entlang der Linie 6A-6A von 6.
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6B ist eine Schnittansicht entlang der Linie 6B-6B von 6.
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7 ist eine Draufsicht einer kordverstärkten, elastischen Membran gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wobei die Korde sichtbar und nun als zwei rechtwinklige Kordsätze angeordnet sind, wobei die Kordsätze jeweils eine verschiedene Anzahl an Korden aufweisen und sich jeder über den Membrankörper hinweg erstreckt.
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7A ist eine Schnittansicht entlang der Linie 7A-7A von 7.
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7B ist eine Schnittansicht entlang der Linie 7B-7B von 7.
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8 ist eine Draufsicht einer kordverstärkten, elastischen Membran gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wobei die Korde sichtbar und nun als zwei Kordsätze angeordnet sind, die sich jeweils unter einem spitzen Winkel kreuzen und sich jeder über den Membrankörper hinweg erstreckt.
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8A ist eine Schnittansicht entlang der Linie 8A-8A von 8.
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9 ist eine Draufsicht einer kordverstärkten, elastischen Membran gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wobei die Korde sichtbar und nun als drei Kordsätze angeordnet sind, wobei zwei Kordsätze gegenseitig parallel zueinander und rechtwinklig zu dem weiteren Kordsatz sind und sich jeder über den Membrankörper hinweg erstreckt.
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9A ist eine Schnittansicht entlang der Linie 9A-9A von 9.
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10 ist eine Draufsicht einer kordverstärkten, elastischen, nicht erfindungsgemäßen Membran ähnlich 1, die nun jedoch eine geradlinige Geometrie besitzt.
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10A ist eine Schnittansicht entlang der Linie 10A-10A von 10.
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11 ist eine Draufsicht einer kordverstärkten, elastischen, nicht erfindungsgemäßen Membran ähnlich 2, die nun jedoch eine geradlinige Geometrie besitzt.
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11A ist eine Schnittansicht entlang der Linie 11A-11A von 11.
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12A ist eine Schnittansicht des hydraulischen Federbeinlagers, welches eine kordverstärkte, elastische Membran umfasst, die in ihrer Nominal-Betriebsposition gezeigt ist.
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12B ist eine Schnittansicht des hydraulischen Federbeinlagers, welches eine kordverstärkte, elastische Membran von 12A umfasst, die nun in ihrer maximalen Ausfederungs-Betriebsposition gezeigt ist.
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12C ist eine Schnittansicht des hydraulischen Federbeinlagers, welches eine kordverstärkte, elastische Membran von 12A umfasst, die nun in ihrer maximalen Einfederungs-Betriebsposition gezeigt ist.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigen die 1 bis 10C verschiedene beispielhafte und nicht einschränkende Aspekte einer kordverstärkten elastischen Membran 100.
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Wendet man sich zuerst den 1 und 1A zu, so ist ein erstes bevorzugtes Beispiel der kordverstärkten elastischen Membran 100, 100a in der Form eines dünnen, blattartigen, elastischen Membrankörpers 102a geformt, welcher aus einem Elastomermaterial wie z. B. Gummi zusammengesetzt ist, und ferner aus zumindest einem innerhalb des Membrankörpers eingebetteten Kordsatz 104a zusammengesetzt ist, wobei zwei Kordsätze 104aa und 104ab rechtwinklig zueinander orientiert sind, wie in 1 beispielhaft gezeigt ist.
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Die Korde 106aa, 106ab eines jeden der Kordsätze 104aa, 104ab können als nicht einschränkendes Beispiel aus Nylon, Polyester, Rayon, Stahl, Glasfaser und DuPontTM Kevlar® zusammengesetzt sein und können z. B. in der Form von gewickelten Strängen oder Einzelfasern bzw. Monofilamenten vorhanden sein.
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In dem ersten Beispiel der kordverstärkten elastischen Membran 100a ist der Membrankörper 102a durch einen kreisförmigen äußeren Umfang 102aa und einen kreisförmigen inneren Umfang 102ab definiert, der eine zentrale Durchbrechung 108a des Membrankörpers abgrenzt. Jeder der Kordsätze 104aa, 104ab wird in dem Material (z. B. Gummi) des Membrankörpers zum Zeitpunkt seiner Bildung, z. B. in einem Pressvorgang oder einem anderen Prozess, eingebettet. Die Kordsätze 104aa, 104ab besitzen eine Breite W, die etwa der der zentralen Durchbrechung 108a (oder des inneren Umfanges 102ab) entspricht, und Längen, die geeignet sind, um sich bis zu dem äußeren Umfang des Membrankörpers hin zu erstrecken.
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Auf Grund der eingebetteten Kordsätze 104a stellt die Struktur der kordverstärkten elastischen Membran 100a eine geringe axiale strukturelle Steifigkeit und gleichzeitig eine hohe radiale strukturelle Steifigkeit bereit (wobei die Ausdrücke „gering” und „hoch” gegenseitig relativ sind). Als ein Beispiel können durch die kordverstärkte elastische Membran Verhältnisse zwischen der radialen und der axialen Steifigkeit (Steifigkeitsverhältnis) von etwa 11 zu 1 und 20 zu 1 erzielt werden, was bei Verwendung von herkömmlichen elastischen dünnen Stoff- und/oder Druck-Zug-Kissen nicht möglich ist, die nur aus Elastomeren hergestellt sind.
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Es folgt eine nicht einschränkende Veranschaulichung des ersten Beispieles der kordverstärkten elastischen Membran 100a. Der Membrankörper 102a ist aus Gummi mit einem Durometer(Shore-A)-Bereich von etwa 45 bis 65, einer Dicke T von etwa 2,5 mm, einem Durchmesser des äußeren Umfanges von etwa 55 mm, einem Durchmesser des inneren Umfanges von etwa 25 mm und einem Modul (E) von etwa 6 MPa zusammengesetzt. Die Korde 106 sind aus einem Nylonkord mit einer Dehnung unter Last (44 N) von etwa 8%, mit einer Kordfeinheit von 0,5 mm und einer Kord-Querschnittsfläche von etwa 0,2 mm2 zusammengesetzt, wobei die Spannung etwa 210 MPa beträgt und der Modul (E) etwa 2,6 GPa beträgt. Jeder Kordsatz 104aa, 104ab weist etwa 45 Korde 106aa bzw. 106ab auf, wobei die Breite W etwa 20 mm beträgt.
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Wie hierin nachfolgend erläutert wird, kann der zumindest eine Kordsatz in der Form eines einzigen oder mehrerer Lagen von Kordsätzen vorhanden sein, die normal- oder spitzwinkelig in Bezug aufeinander sind und miteinander einzeln oder miteinander verwoben sind, wobei es möglich ist, ein bevorzugtes Steifigkeitsniveau in einer radialen Richtung gegenüber dem einer anderen radial abzustimmen.
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Wendet man sich nun den 2 und 2A zu, so ist ein zweites bevorzugtes Beispiel der kordverstärkten elastischen Membran 100, 100a in der Form eines dünnen, blattartigen, elastischen Membrankörpers 102b geformt, welcher aus einem Elastomermaterial wie z. B. Gummi zusammengesetzt ist und ferner aus zumindest einem innerhalb des Membrankörpers eingebetteten Kordsatz 104b zusammengesetzt ist, wobei zwei miteinander verwobene Kordsätze 104ba und 104bb rechtwinklig zueinander sind, wie in 2 beispielhaft gezeigt ist.
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Wie in dem ersten Beispiel können die Korde 106ba, 106bb eines jeden der Kordsätze 104ba, 104bb als nicht einschränkendes Beispiel aus Nylon, Polyester, Rayon, Stahl, Glasfaser und DuPontTM Kevlar® zusammengesetzt sein und können z. B. in der Form von gewickelten Strängen oder Einzelfasern vorhanden sein. Außerdem ist in dem zweiten Beispiel der kordverstärkten elastischen Membran 100b der Membrankörper 102b durch einen kreisförmigen äußeren Umfang 102ba und einen kreisförmigen inneren Umfang 102bb definiert, der eine zentrale Durchbrechung 108b des Membrankörpers abgrenzt. Die verwobenen Kordsätze 104ba, 104bb werden in dem Material (z. B. Gummi) des Membrankörpers zum Zeitpunkt seiner Bildung, z. B. in einem Pressvorgang oder einem anderen Prozess eingebettet. Die Kordsätze 104ba, 104bb erstrecken sich allgemein über den Membrankörper hinweg.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 3A bis 3D wird eine kurze Erklärung des Steifigkeitsverhältnisses bereitgestellt.
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Die 3A bis 3C stellen schematisch axiale Auslenkungen einer kordverstärkten elastischen Membran 100 in Bezug auf eine feststehende äußere Wand 110 und einen bewegbaren Schaft 112 dar. In 3A befindet sich die kordverstärkte elastische Membran 100 in einer Nominalposition, in der sie planar in der horizontalen Ebene H ist, wohingegen in 3B der Schaft sich in Bezug auf die Wand nach oben bewegt hat, was bewirkt, dass die kordverstärkte elastische Membran dieser Bewegung folgt, und in 3C hat der Schaft sich in Bezug auf die Wand nach unten bewegt, was ebenfalls bewirkt, dass die kordverstärkte elastische Membran dieser Bewegung folgt.
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Wendet man sich als Nächstes 3D zu, so werden Parameter analysiert, die in diesen Bewegungen beteiligt sind. Der Einfachheit halber wird ein einzelner Kord betrachtet, der nicht vorgespannt ist (wenngleich die Korde vorgespannt sein können). Bei einer gegebenen Kordlänge Lc des Kords wird, wenn sich der Schaft um eine Distanz Z (wie z. B. aus der Position von 3A in die von 3B) relativ axial bewegt, ein spitzer Winkel α erzeugt.
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Die radiale Steifigkeit Kr des Membrankörpers 102 ist gleich der radialen Steifigkeit Kc des Kords, das heißt, Kr = Kc. (1)
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Die axiale Steifigkeit Kz ist gegeben durch: Kz = ((Lc/cosα) – Lc)(Kc·sinα)/Z = Kc(1 – cosα), (2) wobei das Verhältnis zwischen radialer Steifigkeit und axialer Steifigkeit R gegeben ist durch: R = Kr/Kz (3)
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Ein Beispiel der Anwendung der Gleichungen 1 bis 3 ist in 4 gezeigt, welche ein Graph 120 der axialen Auslenkung Z der kordverstärkten elastischen Membran gegen die axiale Steifigkeit geteilt durch die radiale Steifigkeit (Kz/Kr) für verschiedene Kurven der Kordlänge Lc ist. Die Kurve 120a steht für Lc = 100 mm, die Kurve 120b steht für Lc = 12,5 mm und die übrigen Kurven stehen fortschreitend für Inkremente von 2,5 mm von Lc.
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Einer der Vorteile besteht darin, dass die radiale Steifigkeit gerichtet wählbar (abstimmbar) ist, was durch zusätzliche Bezugnahme auf 5 verständlich wird.
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In einem vereinfachten Beispiel besitzt ein kreisförmiger Schaft einen Radius r und die kordverstärkte elastische Membran weist zwei herkömmlich orientierte (z. B. entlang von Fahrt- und Fahrzeugquerrichtungen für Kraftfahrzeuge) normale Achsen X und Y auf, die eine radiale Steifigkeit Kx bzw. Ky aufweisen, wobei einzusehen ist, dass andere Geometrien möglich sind und ebenfalls mathematisch entlang jeder beliebigen Richtung analysiert werden können, wobei die Analyse hierin ein Beispiel bereitstellt.
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Die radiale Steifigkeitsdichte kr(φ) in Einheiten der Steifigkeit pro Umfangslänge bei einem Radius r entlang einer beliebigen Achse Ar unter einem Winkel φ in Bezug auf die x-Achse ist definiert durch die radiale Steifigkeit Kx entlang der x-Achse, die radiale Steifigkeit Ky entlang der y-Achse und die axiale Steifigkeit Kz gemäß der Gleichungen (4), (5) und (6).
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Die radiale Steifigkeit K
x entlang der x-Achse ist gegeben durch:
und die radiale Steifigkeit K
y entlang der y-Achse ist gegeben durch:
wobei die axiale Steifigkeit gegeben ist durch:
wobei α in
3D definiert ist.
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Die Modalitäten zur Bereitstellung einer Richtungsabhängigkeit für die radiale Steifigkeit (für illustrative, nicht einschränkende Zwecke und nicht als erschöpfendes Beispiel vorgesehen) umfassen: die Änderung der Anzahl von Korden der Kordsätze, die Änderung der gegenseitigen Richtung der Kordsätze, die Änderung der Anzahl von Kordsätzen in einer Richtung im Vergleich zu einer anderen Richtung, die Änderung der Korddurchmesser, der Kordmaterialien oder Kordanzahlen zwischen den Kordsätzen in verschiedenen Richtungen und die Änderung der Geometrie des Membrankörpers.
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Wendet man sich nun den 6 bis 9A zu, sind nicht erschöpfende, nicht einschränkende Beispiele von Kordsatzanordnungen für die kordverstärkte elastische Membran 100 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die radiale Steifigkeit eine bevorzugte Richtungsabhängigkeit (d. h. eine gerichtete Asymmetrie radialer Steifigkeit) aufweist. Es sollte einzusehen sein, dass dies nur als Veranschaulichung präsentiert ist und dass andere Kordanordnungen als die hierin abgebildeten durch die vorliegende Erfindung in Erwägung gezogen werden.
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In den 6 bis 6B ist ein drittes Beispiel der kordverstärkten elastischen Membran 100, 100c gemäß der vorliegenden Erfindung in der Form eines dünnen, blattartigen, elastischen Membrankörpers 102c geformt gezeigt, welcher aus einem Elastomermaterial wie z. B. Gummi zusammengesetzt ist, und ferner aus zumindest einem innerhalb des Membrankörpers eingebetteten Kordsatz 104c zusammengesetzt ist, wobei zwei Kordsätze 104ca und 104cb rechtwinklig zueinander sind und die Korde 106ca eines Kordsatzes 104ca viel dicker sind als die Korde 106cb des anderen Kordsatzes 104cb, wie in 6 beispielhaft gezeigt ist.
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Wie in dem ersten Beispiel können die Korde 106ca, 106cb eines jeden der Kordsätze 104ca, 104cb als nicht einschränkendes Beispiel aus Nylon, Polyester, Rayon, Stahl, Glasfaser und DuPontTM Kevlar® zusammengesetzt sein und können z. B. in der Form von gewickelten Strängen oder Einzelfasern vorhanden sein. Außerdem weist die kordverstärkte elastische Membran 100c den Membrankörper 102c auf, der durch einen kreisförmigen äußeren Umfang 102ca und einen kreisförmigen inneren Umfang 102cb definiert ist, der eine zentrale Durchbrechung 108c des Membrankörpers abgrenzt. Die Kordsätze 104ca, 104cb werden in dem Material (z. B. Gummi) des Membrankörpers zum Zeitpunkt seiner Bildung, z. B. in einem Pressvorgang oder einem anderen Prozess, eingebettet. Die Kordsätze 104ca, 104cb erstrecken sich allgemein über den Membrankörper hinweg, wobei die radiale Steifigkeit entlang der Achse Aca größer ist als entlang der Achse Acb.
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In den 7 bis 7B ist ein viertes Beispiel der kordverstärkten elastischen Membran 100, 100d gemäß der vorliegenden Erfindung in der Form eines dünnen, blattartigen, elastischen Membrankörpers 102d geformt gezeigt, welcher aus einem Elastomermaterial wie z. B. Gummi zusammengesetzt ist, und ferner aus zumindest einem innerhalb des Membrankörpers eingebetteten Kordsatz 104d zusammengesetzt ist, wobei zwei Kordsätze 104da, 104db rechtwinklig zueinander sind und die Korde 106da eines Kordsatzes 104da enger beabstandet sind als die Korde 106db des anderen Kordsatzes 104db, wie in 7 beispielhaft gezeigt ist.
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Wie in dem ersten Beispiel können die Korde 106da, 106db eines jeden der Kordsätze 104da, 104db als nicht einschränkendes Beispiel aus Nylon, Polyester, Rayon, Stahl, Glasfaser und DuPontTM Kevlar® zusammengesetzt sein und können z. B. in der Form von gewickelten Strängen oder Einzelfasern vorhanden sein. Außerdem weist die kordverstärkte elastische Membran 100d den Membrankörper 102d auf, der durch einen kreisförmigen äußeren Umfang 102da und einen kreisförmigen inneren Umfang 102db definiert ist, der eine zentrale Durchbrechung 108d des Membrankörpers abgrenzt. Die Kordsätze 104da, 104db werden in dem Material (z. B. Gummi) des Membrankörpers zum Zeitpunkt seiner Bildung, z. B. in einem Pressvorgang oder einem anderen Prozess, eingebettet. Die Kordsätze 104da, 104db erstrecken sich allgemein über den Membrankörper hinweg, wobei die radiale Steifigkeit entlang der Achse Ada größer ist als entlang der Achse Adb.
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In den 8 und 8A ist ein fünftes Beispiel der kordverstärkten elastischen Membran 100, 100e gemäß der vorliegenden Erfindung in der Form eines dünnen, blattartigen, elastischen Membrankörpers 102e geformt gezeigt, welcher aus einem Elastomermaterial wie z. B. Gummi zusammengesetzt ist, und ferner aus zumindest einem innerhalb des Membrankörpers eingebetteten Kordsatz 104e zusammengesetzt ist, wobei zwei Kordsätze 104ea und 104eb unter einem spitzen Winkel zueinander stehen, wie in 8 beispielhaft gezeigt ist.
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Wie in dem ersten Beispiel können die Korde 106ea, 106eb eines jeden der Kordsätze 104ea, 104eb als nicht einschränkendes Beispiel aus Nylon, Polyester, Rayon, Stahl, Glasfaser und DuPontTM Kevlar® zusammengesetzt sein und können z. B. in der Form von gewickelten Strängen oder Einzelfasern vorhanden sein. Außerdem weist die kordverstärkte elastische Membran 100e den Membrankörper 102e auf, der durch einen kreisförmigen äußeren Umfang 102ea und einen kreisförmigen inneren Umfang 102eb definiert ist, der eine zentrale Durchbrechung 108e des Membrankörpers abgrenzt. Die Kordsätze 104ce, 104eb werden in dem Material (z. B. Gummi) des Membrankörpers zum Zeitpunkt seiner Bildung, z. B. in einem Pressvorgang oder einem anderen Prozess, eingebettet. Die Kordsätze 104ea, 104eb erstrecken sich allgemein über den Membrankörper hinweg, wobei die radiale Steifigkeit entlang der Achse Aea größer ist als entlang der Achse Aeb.
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In den 9 und 9A ist ein sechstes Beispiel der kordverstärkten elastischen Membran 100, 100f gemäß der vorliegenden Erfindung in der Form eines dünnen, blattartigen, elastischen Membrankörpers 102f geformt gezeigt, welcher aus einem Elastomermaterial wie z. B. Gummi zusammengesetzt ist, und ferner aus zumindest einem innerhalb des Membrankörpers eingebetteten Kordsatz 104f zusammengesetzt ist, wobei von drei Kordsätzen 104fa, 104fb, 104fc zwei Korde 104fa, 104fc gegenseitig parallel und rechtwinklig zu dem anderen Kordsatz 104fb sind, wie in 9 beispielhaft gezeigt ist (es kann eine beliebige Anzahl von Kordsätzen parallel oder gegenseitig voneinander versetzt sein).
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Wie in dem ersten Beispiel können die Korde 106fa, 106fb, 106fc eines jeden der Kordsätze 104fa, 104fb, 104fc als nicht einschränkendes Beispiel aus Nylon, Polyester, Rayon, Stahl, Glasfaser und DuPontTM Kevlar® zusammengesetzt sein und können z. B. in der Form von gewickelten Strängen oder Einzelfasern vorhanden sein. Außerdem weist die kordverstärkte elastische Membran 100f den Membrankörper 102f auf, der durch einen kreisförmigen äußeren Umfang 102fa und einen kreisförmigen inneren Umfang 102fb definiert ist, der eine zentrale Durchbrechung 108f des Membrankörpers abgrenzt. Die Kordsätze 104fa, 104fb, 104fc werden in dem Material (z. B. Gummi) des Membrankörpers zum Zeitpunkt seiner Bildung, z. B. in einem Pressvorgang oder einem anderen Prozess, eingebettet. Die Kordsätze 104fa, 104fb, 104fc erstrecken sich allgemein über den Membrankörper hinweg, wobei die radiale Steifigkeit entlang der Achse Afa größer ist als entlang der Achse Afb.
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Während die vorhergehenden Veranschaulichungen von Ausführungsformen einen scheibenförmigen Membrankörper zeigen, sollte einzusehen sein, dass der Membrankörper eine beliebige Form aufweisen kann, die für die Anwendung seiner vorgesehenen Verwendung geeignet ist. Rein beispielhaft und nicht einschränkend zeigen die 10 bis 11A den elastischen Körper mit einer geradlinigen Form.
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In den 10 und 10A ist eine kordverstärkte elastische Membran 100, 100g in der Form eines dünnen (siehe T' in 10A) blattartigen, elastischen Membrankörpers 102a' geformt, welcher aus einem Elastomermaterial wie z. B. Gummi zusammengesetzt ist, und ferner aus zumindest einem innerhalb des Membrankörpers eingebetteten Kordsatz 104a' zusammengesetzt ist, wobei zwei Kordsätze 104aa' und 104ab' rechtwinklig zueinander orientiert sind, wie in 10 beispielhaft gezeigt ist. Die Korde 106aa', 106ab' eines jeden der Kordsätze 104aa', 104ab' können als nicht einschränkendes Beispiel aus Nylon, Polyester, Rayon, Stahl, Glasfaser und DuPontTM Kevlar® zusammengesetzt sein und können z. B. in der Form von gewickelten Strängen oder Einzelfasern vorhanden sein.
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Der Membrankörper 102a' ist durch einen geradlinigen äußeren Umfang 102aa' und einen geradlinigen inneren Umfang 102ab' definiert, der eine zentrale Durchbrechung 108a' des Membrankörpers abgrenzt. Jeder der Kordsätze 104aa', 104ab' wird in dem Material (z. B. Gummi) des Membrankörpers zum Zeitpunkt seiner Bildung, z. B. in einem Pressvorgang oder einem anderen Prozess, eingebettet. Die Kordsätze 104aa', 104ab' besitzen eine Breite W', die etwa jener der zentralen Durchbrechung 108a (oder des inneren Umfanges 102ab') entspricht, und Längen, die geeignet sind, um sich bis zu dem äußeren Umfang des Membrankörpers hin zu erstrecken.
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In den 11 und 11A ist eine kordverstärkte elastische Membran 100, 100h in der Form eines dünnen, blattartigen, elastischen Membrankörpers 102b' geformt, welcher aus einem Elastomermaterial wie z. B. Gummi zusammengesetzt ist und ferner aus zumindest einem innerhalb des Membrankörpers eingebetteten Kordsatzes 104b' zusammengesetzt ist, wobei zwei miteinander verwobene Kordsätze 104ba' und 104bb' rechtwinklig zueinander sind, wie in 11 beispielhaft gezeigt ist. Wie in dem ersten Beispiel können die Korde 106ba', 106bb' eines jeden der Kordsätze 104ba', 104bb' als nicht einschränkendes Beispiel aus Nylon, Polyester, Rayon, Stahl, Glasfaser und DuPontTM Kevlar® zusammengesetzt sein und können z. B. in der Form von gewickelten Strängen oder Einzelfasern vorhanden sein.
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Der Membrankörper 102b' ist durch einen geradlinigen äußeren Umfang 102ba' und einen geradlinigen inneren Umfang 102bb' definiert, der eine zentrale Durchbrechung 108b' des Membrankörpers abgrenzt. Die verwobenen Kordsätze 104ba', 104bb' werden in dem Material (z. B. Gummi) des Membrankörpers zum Zeitpunkt seiner Bildung, z. B. in einem Pressvorgang oder einem anderen Prozess, eingebettet. Die Kordsätze 104ba', 104bb' erstrecken sich allgemein über den Membrankörper hinweg.
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Wendet man sich nun den 12A bis 12C zu, so wird eine betriebliche Anwendung für die kordverstärkte elastische Membran 100 rein illustrativ und nicht einschränkend in Bezug auf ein hydraulisches Federbeinlager 200 im Detail ausgeführt. Das Federbeinlager 200 ist unterstützend mit einer Stützschale 202 eines Federbeindorns 204 verbunden, der an seinem unteren Ende mit der Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeuges verbunden ist (nicht gezeigt).
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Eine kordverstärkte elastische Membran 100 ist als dünner, zentral durchbrochener Membrankörper 102 aufgebaut, der eine axiale Nachgiebigkeit und eine starre radiale Reaktion in der oben beschriebenen Weise bereitstellt. Die kordverstärkte elastische Membran 100 ist als umgedrehte Schalenform mit einer inneren Seitenwand 102i, einer äußeren Seitenwand 102o und einer oberen Seitenwand 102t ausgebildet, welche integral mit der inneren und der äußeren Seitenwand verbunden ist und diese überspannt. Die innere Seitenwand 102i ist an einen kreisringförmigen Schlitz 206s einer Hülse 206 geklammert, die an dem Federbeinschaft 208 angeordnet ist. Die äußere Seitenwand 120o ist an einem (z. B. mit Gummi überzogenen) Metallstrukturelement 210 befestigt, wobei die äußere Seitenwand an der Stützschale 202 anliegt.
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Eine Ventil(Loch)-Platte 214 der Hülse 206, die einen elastischen Ring 214a umfasst, welcher mit dem Strukturelement 210 verbunden ist, unterteilt das Federbeinlager 200 in eine obere Kammer 216 und eine untere Kammer 218, von denen jede mit einem Hydraulikfluid 220 gefüllt ist. Die obere Kammer 216 ist an ihrem oberen Ende durch die kordverstärkte elastische Membran 100 begrenzt und an ihrem gegenüberliegenden unteren Ende durch die Ventilplatte 214 begrenzt. Die untere Kammer 218 ist an ihrem unteren Ende durch eine zweite elastische Membran 222 begrenzt, die z. B. aus Gummi oder einem anderen Elastomer zusammengesetzt sein kann, und an ihrem gegenüberliegenden oberen Ende durch die Ventilplatte 214 begrenzt.
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Die Struktur der kordverstärkten elastischen Membran 100 dient zwei Hauptfunktionen, wie nunmehr aus der obigen Beschreibung verständlich: erstens, um die strukturellen statischen und dynamischen Lasten des Federbeinlagers 200 zu tragen; und zweitens, um als ein relativ unnachgiebiger, volumetrischer Begrenzungseinschluss für das Hydraulikfluid 220 zu wirken. Um diese Funktion in einem Federbeinlager 200 zu erfüllen, stellt die kordverstärkte elastische Membran 100 eine geringe axiale strukturelle Steifigkeit, die ein maximales Ausfedern (siehe 12B) und maximales Einfedern (siehe 12C) zulässt, und gleichzeitig dennoch eine hohe radiale strukturelle Steifigkeit bereit (wobei die Ausdrücke „gering” und „hoch” gegenseitig relativ sind).
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Ein Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, kann die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform einer Änderung oder Abwandlung unterziehen. Zum Beispiel kann der Membrankörper 102 jede beliebige Form aufweisen.
wobei die axiale Steifigkeit gegeben ist durch:
wobei α in