DE102015215564A1

DE102015215564A1 - Bellows for an air spring or a compensator

Info

Publication number: DE102015215564A1
Application number: DE102015215564.1A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Stahmer; Daniel Schneider
Original assignee: ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Current assignee: ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2017-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Balg (1) für eine Luftfeder (2) oder einen Kompensator, wobei der Balg (1) eine weitgehend hohlzylindrische Geometrie aufweist und an seinen axialen Enden (14, 15) mit Kolben (3) und/oder mit Abschlussplatten (4) verbindbar ist, wobei der Balg (1) aus einem Elastomer besteht, in das wenigstens ein Verstärkungsgewebe (7, 8) eingebettet ist, und bei dem das Verstärkungsgewebe (7, 8) wenigstens einen Kettfaden aufweist. Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften dieses Balgs (1) ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Kettfaden (20, 20’) aus wenigstens einem Garn (17) besteht, dass das Garn (17) aus wenigstens einer Faser (10, 10’) besteht, dass die Faser (10, 10’) wenigstens ein Grundmatrixmaterial (11, 11’) aufweist, dass in dem Grundmatrixmaterial (11, 11’) wenigstens eine Dotierung (12, 12’, 12’’) angeordnet ist, und dass diese Dotierung (12, 12’, 12’’) aus einem anderen Material besteht als das Grundmatrixmaterial (11, 11’).The invention relates to a bellows (1) for an air spring (2) or a compensator, wherein the bellows (1) has a largely hollow cylindrical geometry and at its axial ends (14, 15) with pistons (3) and / or with end plates ( 4) is connectable, wherein the bellows (1) consists of an elastomer, in which at least one reinforcing fabric (7, 8) is embedded, and in which the reinforcing fabric (7, 8) has at least one warp thread. To improve the mechanical properties of this bellows (1), it is provided that the at least one warp thread (20, 20 ') consists of at least one yarn (17), that the yarn (17) consists of at least one fiber (10, 10') in that the fiber (10, 10 ') has at least one base matrix material (11, 11'), that in the base matrix material (11, 11 ') at least one doping (12, 12', 12 '') is arranged, and that these Doping (12, 12 ', 12' ') of a different material than the basic matrix material (11, 11').

Description

Die Erfindung betrifft einen Balg für eine Luftfeder oder einen Kompensator, wobei der Balg eine weitgehend hohlzylindrische Geometrie aufweist und an seinen axialen Enden mit Kolben und/oder mit Abschlussplatten verbindbar ist, wobei der Balg aus einem Elastomer besteht, in das wenigstens ein Verstärkungsgewebe eingebettet ist, und bei dem das Verstärkungsgewebe wenigstens einen Kettfaden aufweist. The invention relates to a bellows for an air spring or a compensator, wherein the bellows has a substantially hollow cylindrical geometry and is connectable at its axial ends with pistons and / or with end plates, wherein the bellows consists of an elastomer, in which at least one reinforcing fabric is embedded and wherein the reinforcing fabric has at least one warp thread.

Eine gattungsgemäße Luftfeder ist aus der DE 10 2006 019 011 A1 bekannt. Diese Luftfeder weist einen Balg aus einem elastomeren Material, einen Kolben und einen Deckel auf, wobei in dem elastomeren Material des Balgs fadenförmige Festigkeitsträger eingebettet sind. Bei einer Nutzung einer solchen Luftfeder zur Federung eines Kraftfahrzeugs werden üblicherweise der Deckel an einem tragenden Karosserieteil und der Kolben an einer Achse eines Fahrwerks befestigt. Der Festigkeitsträger des Balges ist durch Vulkanisation mit dem elastomeren Material verbunden. A generic air spring is out of the DE 10 2006 019 011 A1 known. This air spring has a bellows made of an elastomeric material, a piston and a lid, wherein in the elastomeric material of the bellows filamentary strength members are embedded. When using such an air spring for suspension of a motor vehicle usually the lid to a supporting body part and the piston are fixed to an axle of a chassis. The reinforcement of the bellows is bonded to the elastomeric material by vulcanization.

Die üblichen Elastomermischungen in Luftfederbälgen bestehen aus Natur-Kautschuk (NR), Butadien-Kautschuk (BR), Chloropren-Kautschuk (CR) sowie Verschnittmischungen aus NR und BR oder NR und CR. Die maximal zulässige Betriebstemperatur dieser Elastomermischungen beträgt 70°C bis 80°C. Die üblichen Festigkeitsträger in Luftfederbälgen sind Cord-Gewebe, welche durch ihren unidirektionalen Aufbau eine hohe Verformbarkeit bei gleichzeitiger Druckbeständigkeit aufweisen. The usual elastomer blends in air spring bellows consist of natural rubber (NR), butadiene rubber (BR), chloroprene rubber (CR) and blend blends of NR and BR or NR and CR. The maximum permissible operating temperature of these elastomer mixtures is 70 ° C to 80 ° C. The usual reinforcements in bellows are cord fabrics, which have a high deformability with simultaneous pressure resistance due to their unidirectional structure.

Kompensatoren nutzen ebenfalls einen Elastomerbalg. Ihre Hauptanwendungsgebiete sind Rohrleitungssysteme im Anlagenbau, in Kraftwerken, in Maschinen und Apparaturen. Bei einem solchen Kompensator weist der Balg ebenfalls in Elastomer eingebettete Gewebelagen auf, und er ist mittels endseitig angeordneter Befestigungselemente, wie Flansche und Schrauben, mit benachbarten anderen Bauteilen verbunden. Die üblichen Elastomermischungen in Kompensatorbälgen sind NR, CR, IIR (Butyl-Kautschuk), EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), NBR (Nitril-Butadien-Kautschuk) und CSM (Chlor-Sulfat-Polyethylen), die ebenfalls für eine maximale Betriebstemperatur von 70°C bis 80°C geeignet sind. Compensators also use an elastomer bellows. Its main areas of application are piping systems in plant construction, in power plants, in machines and apparatuses. In such a compensator, the bellows also in elastomer embedded fabric layers, and it is connected by means of end-mounted fasteners, such as flanges and screws, with adjacent other components. The usual elastomer blends in Kompensatorbälgen are NR, CR, IIR (butyl rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), NBR (nitrile-butadiene rubber) and CSM (chlorine-sulphate-polyethylene), which also for a maximum operating temperature of 70 ° C to 80 ° C are suitable.

Die derzeit genutzten Festigkeitsträger sind Cordgewebe, die in den genannten Elastomermischungen NR, CR, IIR, EPDM, NBR oder CSM sowie in deren Verschnittmischungen eingebettet sind. Ein Cordfaden eines Cordgewebes besteht üblicherweise aus mehreren verdrillten Garnen, welche ihrerseits aus Fasern bestehen. Mögliche Materialien für solche Fasern bei Luftfedern sind beispielsweise Polyamid, Polyester und Aramid. Für Kompensatorbälge werden auch Silikon-Glasgewebe, Aluminium-Silikon-Glasgewebe und mit Silikon-Kautschuk beschichtete Polyester-Gewebe genutzt. The currently used reinforcements are cord fabrics which are embedded in the said elastomer blends NR, CR, IIR, EPDM, NBR or CSM and in their blend mixtures. A cord of a cord fabric usually consists of a plurality of twisted yarns, which in turn consist of fibers. Possible materials for such fibers in air springs are, for example, polyamide, polyester and aramid. Compensator bellows also use silicone glass fabric, aluminum-silicone glass fabric and polyester rubber coated with silicone rubber.

Die beschriebenen konventionellen Luftfederbälge und Kompensatoren erfüllen zwar die für diese vorgesehene technische Aufgabe, sie sind jedoch noch nicht optimal ausgebildet. So stellen die Anforderungen an eine hohe Festigkeit, eine gute Dehnbarkeit, eine hohe Berstsicherheit und einer möglichst langen Nutzungsdauer eines Balges insbesondere bei Standardgeweben beziehungsweise Standard-Corden einen Zielkonflikt dar. Although the described pneumatic bellows and compensators fulfill the technical task intended for them, they are not yet optimally designed. Thus, the requirements for high strength, good extensibility, high bursting resistance and the longest possible service life of a bellows, in particular in the case of standard fabrics or standard cords, represent a conflict of objectives.

Es sind auch sogenannte Hybridcorde bekannt, deren Einzelfäden (Garne) aus jeweils unterschiedlichem, sortenreinem Material bestehen. So kann ein erster Einzelfaden beispielsweise aus Polyamid und eine zweiter Einzelfaden aus Aramid bestehen, welche gemeinsam oder zusammen mit Garnen anderer Werkstoffe den Hybridcord bilden. Wenngleich diese Hybridcorde einige Vorteile aufweisen, haben sie auch Nachteile. So ist die Anzahl der verwendbaren Materialien auf die Anzahl der insgesamt in einem Cord vorhandenen Garne beschränkt, wobei üblicherweise zwei oder drei verschiedene Garne beziehungsweise Materialien zum Einsatz kommen. Außerdem weisen solche Hybridcorde systembedingt einen inhomogenen Aufbau auf, wodurch auch die mechanische Flexibilität des Balgs eingeschränkt sein kann. Weiter ist zu beachten, dass der Faden jeder Einzelfadensorte mit einem für dessen Werkstoff besonders geeigneten Haftvermittler benetzt werden müsste, um eine optimale Verbindung der Fäden mit der diese umgebenden Elastomermischung zu erreichen. Wenn dies nicht der Fall ist, so bestimmt die schlechteste Haftung, bezogen auf die verschiedenen Garne, die Haltbarkeit des Balgs. Wird für Fäden unterschiedlicher Einzelfadensorten der gleiche Haftvermittler genutzt, so ist die Haftung und Scherbelastbarkeit der Garn-Elastomer-Verbindung zwischen den Fäden des Cords und der Elastomermischung (Gummierung) des Balgs vermindert. Schließlich treten in einem Hybridcord wegen der unterschiedlichen Dehnungscharakteristiken der dort angeordneten Materialien an den Grenzflächen der unterschiedlichen Einzelfäden lokal Scherspannungen auf, die über Rissbildung zu einer kurzen Nutzungsdauer eines solchen Balges führen können. There are also known as hybrid cords whose individual threads (yarns) each consist of different, sorted material. For example, a first monofilament may consist of polyamide and a second monofilament of aramid, which together or together with yarns of other materials form the hybrid cord. Although these hybrid cords have some advantages, they also have disadvantages. Thus, the number of usable materials is limited to the total number of yarns present in a cord, usually two or three different yarns or materials are used. In addition, such hybrid cords due to the system on an inhomogeneous structure, whereby the mechanical flexibility of the bellows may be limited. It should also be noted that the thread of each type of monofilament would have to be wetted with a bonding agent which is particularly suitable for its material in order to achieve an optimum bonding of the threads to the surrounding elastomer mixture. If this is not the case, the worst adhesion, based on the different yarns, determines the durability of the bellows. If the same adhesion promoter is used for threads of different types of single filaments, the adhesion and shear resilience of the yarn-elastomer connection between the threads of the cord and the elastomer mixture (rubber coating) of the bellows is reduced. Finally, in a hybrid cord, because of the different expansion characteristics of the materials arranged there, local shear stresses occur at the interfaces of the different individual filaments, which can lead to a short service life of such a bellows due to cracking.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Balg für eine Luftfeder oder einen Kompensator vorzustellen, der ein Gewebe als Festigkeitsträger aufweist, welches eine hohe Festigkeit sowie eine hohe Dehnbarkeit miteinander verbindet, oder das bei gleicher Festigkeit und Dehnbarkeit wie ein vergleichbares Standardgewebe dann aber dünnere Fäden aufweist. Hierdurch soll eine verbesserte Dauerbetriebsfestigkeit erreicht werden. Against this background, the invention has for its object to present a bellows for an air spring or a compensator having a fabric as a strength carrier, which combines high strength and high ductility together, or the same strength and ductility as a comparable standard fabric then but has thinner threads. As a result, an improved continuous operation resistance is to be achieved.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Balg für eine Luftfeder oder einen Kompensator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen desselben sind in den Unteransprüchen definiert. This object is achieved by a bellows for an air spring or a compensator with the features of claim 1. Advantageous developments thereof are defined in the subclaims.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die gestellte Aufgabe gelöst werden kann, wenn die ein Garn bildenden Einzelfasern jeweils aus mehreren Werkstoffen bestehen. The invention is based on the finding that the stated object can be achieved if the individual fibers forming a yarn each consist of a plurality of materials.

Die Erfindung geht daher aus von einem Balg für eine Luftfeder oder einen Kompensator, wobei der Balg eine weitgehend hohlzylindrische Geometrie aufweist und an seinen axialen Enden mit Kolben und/oder mit Abschlussplatten verbindbar ist, wobei der Balg aus einem Elastomer besteht, in das wenigstens ein Verstärkungsgewebe eingebettet ist, und bei dem das Verstärkungsgewebe wenigstens einen Kettfaden aufweist. The invention is therefore based on a bellows for an air spring or a compensator, wherein the bellows has a substantially hollow cylindrical geometry and is connectable at its axial ends with pistons and / or with end plates, wherein the bellows consists of an elastomer, in which at least one Reinforcing fabric is embedded, and wherein the reinforcing fabric has at least one warp thread.

Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Kettfaden aus wenigstens einem Garn besteht, dass das Garn aus wenigstens einer Faser besteht, dass die zumindest eine Faser wenigstens ein Grundmatrixmaterial aufweist, dass in das Grundmatrixmaterial wenigstens eine Dotierung angeordnet ist, und dass diese Dotierung aus einem anderen Material besteht als das Grundmatrixmaterial. To achieve the object, it is provided that the at least one warp thread consists of at least one yarn, that the yarn consists of at least one fiber, that the at least one fiber has at least one base matrix material, that at least one doping is arranged in the base matrix material, and that these Doping of a different material than the basic matrix material.

Dadurch, dass die Dotierung in der Faser aus einem anderen Material besteht als das Grundmatrixmaterial sind die Materialeigenschaften der Faser an die im Betrieb eines Balges auftretenden Belastungen optimal anpassbar. So wird man als Material für die Dotierung der jeweiligen Fasern beispielsweise bei hohen mechanischen Betriebsbelastungen auf den Balg etwa Kohlenstoff oder Aramid nutzen. Im Ergebnis kann ein Gewebe erzeugt werden, welches bei großer Dehnfähigkeit eine hohe Festigkeit aufweist. Sofern eine erhöhte Festigkeit des Gewebes bei spezifischen Anwendungsfällen nicht notwendig ist, kann bei Verwendung von erfindungsgemäß ausgebildeten Fasern durch eine Reduzierung des Fadendurchmessers und damit einer Reduzierung der Dicke des Verstärkungsgewebes mit geringerem Materialeinsatz sowie reduzierter Balgwanddicke die Festigkeit und Dehnbarkeit eines bekannten Standard-Verstärkungsgewebes erreicht werden. Because the doping in the fiber consists of a different material than the base matrix material, the material properties of the fiber can be optimally adapted to the loads occurring during the operation of a bellows. So you will use as material for the doping of the respective fibers, for example, at high mechanical operating loads on the bellows about carbon or aramid. As a result, a fabric can be produced which has high strength at high elongation. If an increased strength of the fabric in specific applications is not necessary, can be achieved by using inventively formed fibers by reducing the thread diameter and thus reducing the thickness of the reinforcing fabric with less material and reduced Balgwanddicke the strength and extensibility of a known standard reinforcing fabric ,

Sofern mehrere erfindungsgemäß aufgebaute Fasern zu einem Garn verdrillt und mehrere Garne zu einem Cord verzwirnt oder andersartig zusammengefasst sind, erweist es sich als besonderer Vorteil, dass diese Fäden an ihrer radialen Außenseite jeweils das gleiche Material aufweisen. Dadurch kann ein für alle Fäden des Cords optimales Haftmittel auf dieselben aufgetragen werden, mittels dem bei einer Vulkanisation des Elastomers des Balgs eine bestmögliche Verbindung des Elastomers mit dem Verstärkungsgewebe erzielbar ist. Dies ist bei den bekannten Hybridcorden nicht möglich, da bei diesen stofflich unterschiedliche Fäden zu einem Cord zusammengefasst sind, und daher kein für alle Fäden einheitlich optimales Haftmittel genutzt werden kann. If a plurality of fibers constructed according to the invention are twisted into a yarn and several yarns are twisted into a cord or combined in another way, it proves to be a particular advantage that these threads each have the same material on their radial outside. Thereby, an optimal for all threads of the cord adhesive can be applied to the same, by means of which in a vulcanization of the elastomer of the bellows, a best possible connection of the elastomer is achieved with the reinforcing fabric. This is not possible with the known hybrid cords, since in these fibers of different material are combined to form a cord, and therefore it is not possible to use an adhesive that is uniformly optimal for all threads.

Außerdem ist ersichtlich, dass durch den konstruktiven Aufbau der Kettfäden die Vorteile der jeweiligen Einzelkomponenten nutzbar sind. So können beispielsweise durch eine sinnvolle Kombination des Grundmatrixmaterials der Fasern und des Dotierungsmaterials die dynamische Tüchtigkeit, die Hitzebeständigkeit sowie die Beständigkeit eines Balgs bei sehr hohen Gasdrücken optimiert sein. Es kann beispielsweise erreicht werden, dass während einer dynamischen Beanspruchung des Luftfederbalgs eine Scherwirkung innerhalb des Verstärkungsgewebes und nicht in der Elastomerschicht des Balgs wirksam wird. In addition, it can be seen that the advantages of the individual components can be utilized by the structural design of the warp threads. Thus, for example, by a sensible combination of the base matrix material of the fibers and the doping material, the dynamic efficiency, the heat resistance and the resistance of a bellows can be optimized at very high gas pressures. It can be achieved, for example, that during a dynamic loading of the air spring bellows, a shearing action within the reinforcing fabric and not in the elastomer layer of the bellows becomes effective.

Weitere Vorteile sind eine höhere Balgflexibilität, da dünnere Gewebe möglich sind, sowie ein homogener Garnaufbau im Gewebe aufgrund der Gleichheit der Fasern untereinander, im Gegensatz zum konventionellen Hybridfadengewebe. Further advantages are a higher bellows flexibility, since thinner fabrics are possible, and a homogeneous yarn structure in the fabric due to the equality of the fibers with each other, in contrast to the conventional hybrid thread fabric.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Dotierung bezogen auf einen Querschnitt durch die Faser in dem Grundmatrixmaterial der Faser symmetrisch angeordnet ist. Demnach sind beispielsweise feine Stränge eines Dotierungsmaterials symmetrisch von einem Füllmaterial, nämlich der Grundmatrix, umschlossen, die dadurch zu einer Hybridfasermatrix mit einem symmetrischen Faserquerschnitt vereinigt sind. Aus diesen Fasern wird dann ein Garn gefertigt, das anschließend zu einem Gewebe verwoben wird. Hieraus wird der Festigkeitsträger, also die Gewebelage für einen Balg hergestellt, der beispielsweise ein Rollbalg sein kann. According to one development of the invention, it can be provided that the at least one doping is arranged symmetrically with respect to a cross section through the fiber in the base matrix material of the fiber. Thus, for example, fine strands of a dopant material are enclosed symmetrically by a filler material, namely the matrix, which is thereby combined to form a hybrid fiber matrix having a symmetrical fiber cross-section. From these fibers, a yarn is then made, which is then woven into a fabric. From this, the strength element, ie the fabric layer for a bellows is produced, which may for example be a rolling bellows.

Eine solche symmetrische Anordnung des Dotierungsmaterials kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Grundmatrixmaterial und das Dotierungsmaterial in einem Extruder aus den jeweiligen Granulaten jeweils getrennt aufgeschmolzen und in einer Coextrusionsdüse zusammengeführt werden. Es ist auch möglich, dem Extruder das Dotierungsmaterial als endlosen Strang zuzuführen und diesen Strang mittels einer geeigneten Extruderdüse mit dem Grundmatrixmaterial zu ummanteln. Wie auch immer die Herstellung einer solchen Faser erfolgt, so weist diese wegen der symmetrischen Anordnung der Dotierungen mechanische Eigenschaften auf, die zuverlässig reproduzierbar sind. Such a symmetrical arrangement of the doping material can be achieved, for example, by melting the base matrix material and the doping material separately from the respective granules in an extruder and combining them in a coextrusion die. It is also possible to feed the doping material as an endless strand to the extruder and to coat this strand with the base matrix material by means of a suitable extruder die. However the production of such a fiber takes place, it has mechanical properties due to the symmetrical arrangement of the dopings, which can be reliably reproduced.

Eine davon abweichende Ausführungsform sieht vor, dass die wenigstens eine Dotierung bezogen auf einen Querschnitt durch die Faser in dem Grundmatrixmaterial der Faser asymmetrisch angeordnet ist. Eine solche Hybridfaser ist vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbar, da die Dotierungen in Bezug zur Radialerstreckung der Faser ungeordnet verteilt sind. Zudem können stochastisch verteilt in dem Grundmatrixmaterial angeordnete Dotierungen hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften in der Faser gleichförmigere Auswirkungen haben als symmetrisch verteilte Dotierungen. A different embodiment provides that the at least one doping with respect to a cross section through the fiber in the Basic matrix material of the fiber is arranged asymmetrically. Such a hybrid fiber is relatively easy and inexpensive to produce, since the dopants are distributed randomly with respect to the radial extent of the fiber. In addition, stochastically distributed dopants arranged in the base matrix material can have more uniform effects with respect to their mechanical properties in the fiber than symmetrically distributed dopants.

Das Grundmatrixmaterial kann beispielsweise aus Polyamid oder Polyester bestehen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann aber auch vorgesehen sein, dass wenigstens zwei unterschiedliche Dotierungen in einem Grundmatrixmaterial angeordnet sind und dadurch der Faser besonders vorteilhafte Eigenschaften verleihen. The base matrix material may consist of polyamide or polyester, for example. According to another embodiment, however, provision can also be made for at least two different dopings to be arranged in a base matrix material, thereby giving the fiber particularly advantageous properties.

Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass in ein erstes Grundmatrixmaterial ein zweites Matrixmaterial bei dessen Plastifizierung eingemischt ist, wobei diese beiden Matrixmaterialien verschieden sind. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Grundmatrixmaterial als Polyblend-Material durch eine rein physikalische Mischung zweier Matrixwerkstoffe gebildet ist, wobei der erste Matrixwerkstoff beispielsweise ein Polymer und der zweite Matrixwerkstoff beispielsweise ein Naturstoff sein kann. Another embodiment provides that in a first base matrix material, a second matrix material is mixed in its plasticization, wherein these two matrix materials are different. A further embodiment provides that the base matrix material is formed as a polyblend material by a purely physical mixture of two matrix materials, wherein the first matrix material, for example, a polymer and the second matrix material, for example, may be a natural product.

Die gemäß der Erfindung ausgebildeten Fasern haben beispielsweise einen Durchmesser von 30 µm bis 50 µm. Die Querschnitte der Dotierungen sind kleiner und weisen zum Beispiel einen Durchmesser von etwa 1 µm bis 5 µm auf. Bei anderen Anwendungsfällen können auch andere Durchmesserpaarungen sinnvoll sein. The fibers formed according to the invention have, for example, a diameter of 30 microns to 50 microns. The cross sections of the dopants are smaller and have for example a diameter of about 1 .mu.m to 5 .mu.m. In other applications, other diameter pairings may be useful.

Die Dotierungen können beispielsweise aus Aramid oder Kohlenstoff bestehen, sie können aber auch aus Naturfasern hergestellt sein. Die Dotierungen können beispielsweise als sogenannte Endlosdotierungen oder als kurze bis sehr kurze Abschnitte derselben in das Grundmatrixmaterial der Faser eingearbeitet sein. So kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Dotierung genauso lang ist wie diejenige Faser, in der sie angeordnet ist. Die Dotierung kann in Bezug zur Länge der Faser aber auch unterbrochen ausgebildet sein. Die in dem Grundmatrixmaterial der Fasern angeordneten Dotierungen können gemäß einer anderen Ausführungsform auch als Nanopartikel vorliegen. The dopants can for example consist of aramid or carbon, but they can also be made of natural fibers. The dopants can be incorporated into the base matrix material of the fiber, for example as so-called endless dopings or as short to very short sections thereof. Thus it can be provided that the at least one doping is the same length as the fiber in which it is arranged. The doping may also be interrupted in relation to the length of the fiber. The dopants arranged in the base matrix material of the fibers may according to another embodiment also be present as nanoparticles.

Um ein besseres Ineinandergreifen benachbarter Fasern zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Faser an ihrer Oberfläche eine Prägung aufweist. Diese Prägung kann beispielsweise mittels einer Prägewalze erzeugt werden. In order to achieve a better meshing of adjacent fibers, it can be provided that the respective fiber has an embossing on its surface. This embossment can be produced for example by means of an embossing roller.

Die erfindungsgemäße Faser mit den beschriebenen Merkmalen kann nicht nur zur Herstellung von Kettfäden für Bälge von Luftfedern oder Kompensatoren genutzt werden, sondern vorteilhaft auch zur Herstellung von Einzelfäden oder Verstärkungsgeweben (Cord- oder Flächengewebe) für Förderbänder, Schläuche, Reifen und Antriebsriemen. The fiber according to the invention with the described features can be used not only for the production of warp threads for bellows of air springs or compensators, but also advantageously for the production of monofilaments or reinforcing fabrics (cord or surface fabric) for conveyor belts, hoses, tires and drive belts.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt The invention will be explained below with reference to some embodiments. In the drawing shows

1 eine Luftfeder für ein Kraftfahrzeug in einer perspektivischen Ansicht mit einem zum Teil aufgeschnittenen hohlzylindrischen Balg, 1 an air spring for a motor vehicle in a perspective view with a partially cut hollow cylindrical bellows,

2 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Ausschnitts aus der zylindrischen Wand des Balgs gemäß 1 mit einem Verstärkungsgewebe, 2 a schematic perspective view of a section of the cylindrical wall of the bellows according to 1 with a reinforcing fabric,

2a eine schematische Darstellung des Aufbaus verschiedener Kettfäden für ein Cordgewebe, 2a a schematic representation of the structure of various warp threads for a cord fabric,

3 einen schematischen Querschnitt durch eine Faser gemäß einer ersten Ausführungsform, die zur Herstellung des Verstärkungsgewebes gemäß 2 nutzbar ist, 3 a schematic cross-section through a fiber according to a first embodiment, which is used to produce the reinforcing fabric according to 2 is usable,

4 einen schematischen Querschnitt durch eine Faser gemäß einer zweiten Ausführungsform, die zur Herstellung des Verstärkungsgewebes gemäß 2 nutzbar ist, und 4 a schematic cross-section through a fiber according to a second embodiment, which is used to produce the reinforcing fabric according to 2 is usable, and

5 einen schematischen Querschnitt durch ein aus mehreren Fasern gemäß 3 bestehendes Garn. 5 a schematic cross section through one of a plurality of fibers according to 3 existing yarn.

Demnach zeigt 1 eine perspektivische Ansicht auf eine Luftfeder 2 mit einem teilweise aufgeschnittenen gummielastischen Balg 1. Der Balg 1 weist im Bereich seiner beiden axialen Enden 14, 15 jeweils einen nach radial innen ragenden Wulst auf. An dem axial unteren Ende 14 des Balgs 1 ist ein Kolben 3 und an dem axial oberen Ende 15 ist eine Anschlussplatte 4 befestigt. Bei einem Einbau in ein Kraftfahrzeug ist der Kolben 3 mit einem Fahrwerksteil und die Anschlussplatte 4 mit einem tragenden Karosseriebauteil verbunden. Accordingly, shows 1 a perspective view of an air spring 2 with a partially cut rubber-elastic bellows 1 , The bellows 1 points in the region of its two axial ends 14 . 15 each on a radially inwardly projecting bead. At the axially lower end 14 of the bellows 1 is a piston 3 and at the axially upper end 15 is a connection plate 4 attached. When installed in a motor vehicle, the piston 3 with a chassis part and the connection plate 4 connected to a load-bearing body component.

Der Balg 1 der Luftfeder 2 besteht aus mindestens einem Elastomer, in das ein Gewebe eingebettet ist. Dieses Gewebe besteht im dargestellten Beispiel aus einem ersten Verstärkungsgewebe 7 und einem zweiten Verstärkungsgewebe 8, die radial aneinander liegen und jeweils in einer Kautschukmischung eingebettet sind. Die beiden Verstärkungsgewebe 7, 8 sind zudem radial zwischen einer radial inneren Deckschicht 5 sowie einer radial äußeren Deckschicht 6 des Balgs 1 angeordnet. Das Bezugszeichen 13 markiert die Längsachse der Luftfeder 2 und des Balgs 1. The bellows 1 the air spring 2 consists of at least one elastomer, in which a fabric is embedded. This fabric consists in the illustrated example of a first reinforcing fabric 7 and a second reinforcing fabric 8th , which lie radially against each other and each embedded in a rubber mixture. The two reinforcing fabrics 7 . 8th are also radially between a radially inner cover layer 5 and a radially outer topcoat 6 of the bellows 1 arranged. The reference number 13 marks the longitudinal axis of the air spring 2 and the bellows 1 ,

2 zeigt in einer perspektivischen und eher schematischen Teilansicht ein Verstärkungsgewebe als eine Gewebelage des Balges 1 gemäß 1. Erkennbar ist das Verstärkungsgewebe 7 als Cord-Gewebelage 9 ausgebildet, in welcher Kettfäden 20, 20’ gestreckt verlaufen, während Schussfäden 16 wechselweise oberhalb oder unterhalb der Kettfäden 20, 20’ angeordnet sind. Die Schussfäden 16 dienen lediglich der räumlichen Fixierung der Kettfäden 20, 20’ während der Herstellung der Gewebelage. 2 shows in a perspective and more schematic partial view of a reinforcing fabric as a fabric layer of the bellows 1 according to 1 , Visible is the reinforcing fabric 7 as a cord fabric layer 9 formed, in which warp threads 20 . 20 ' stretched while weft threads 16 alternately above or below the warp threads 20 . 20 ' are arranged. The weft threads 16 serve only the spatial fixation of the warp threads 20 . 20 ' during the production of the fabric layer.

Der innere Aufbau eines eingarnigen Kettfadens 20 und eines mehrgarnigen Kettfadens 20’ ist in 2a schematisch dargestellt. Demnach besteht ein solcher Kettfaden 20, 20’ aus einer Mehrzahl von Faser 10, 10’, die zunächst zu einem Garn 17 zusammengeführt werden. Ein solches Garn 17 wird dann zu einem eingarnigen Kettfaden 20 ausgebildet, und mehrere Garne 17 werden zu einem mehrgarnigen Kettfaden 20’ oder Cord verzwirnt. Abschließend wird der Kettfaden 20, 20’ zumindest radial außen mit einem Haftmittel (Dip) 18 versehen. The inner structure of a single-thread warp thread 20 and a multi-thread warp 20 ' is in 2a shown schematically. Accordingly, there is such a warp thread 20 . 20 ' from a plurality of fiber 10 . 10 ' which initially became a yarn 17 be merged. Such a yarn 17 then becomes a single-ended warp thread 20 trained, and several yarns 17 become a multi-thread warp thread 20 ' or twisted cord. Finally, the warp thread 20 . 20 ' at least radially on the outside with an adhesive (dip) 18 Mistake.

Der innere Aufbau der Fasern 10, 10’ ist in den 3 und 4 schematisch dargestellt. Wie 3 zeigt, besteht die dortige Faser 10 aus einem Grundmatrixmaterial 11, in welchem gemäß den Merkmalen der Erfindung mehrere Dotierungen 12 angeordnet sind. Die Dotierungen 12 können gleich lang wie die Fasern 10, 10’ oder in kurzen Stücken ausgebildet sein. The internal structure of the fibers 10 . 10 ' is in the 3 and 4 shown schematically. As 3 shows, there is the fiber there 10 from a matrix matrix material 11 in which, according to the features of the invention, several dopings 12 are arranged. The dopings 12 can be the same length as the fibers 10 . 10 ' or be formed in short pieces.

Deutlich erkennbar sind die Dotierungen 12 im Faserquerschnitt symmetrisch verteilt angeordnet, etwa wie die Zahlen und die Drehachse eines Zeigers einer Uhr. Wie durch die unterschiedliche Schraffur kenntlich gemacht ist, sind das Grundmatrixmaterial 11 und das Material der Dotierungen 12 unterschiedlich. Während das Grundmatrixmaterial 11 beispielsweise die elastischen Grundeigenschaften der Wand des Balgs 1 unterstützen soll, dienen die Dotierungen 12 dazu, die mechanische Festigkeit der Balgwand zu erhöhen. Dadurch ist jeder Faser 10 des Verstärkungsgewebes 7, 8 des Balgs 1 als Verbundbauteil zu verstehen, bei dem die vorteilhaften Eigenschaften zwei unterschiedlicher Werkstoffe in einem Konstruktionselement, nämlich der Faser 10, vereint sind. Clearly recognizable are the dopants 12 arranged symmetrically distributed in the fiber cross section, such as the numbers and the axis of rotation of a pointer of a clock. As indicated by the different hatching, these are the basic matrix material 11 and the material of the dopants 12 differently. While the matrix matrix material 11 for example, the elastic basic properties of the wall of the bellows 1 support the dopings serve 12 to increase the mechanical strength of the bellows wall. This is every fiber 10 of reinforcing fabric 7 . 8th of the bellows 1 as a composite component, in which the advantageous properties of two different materials in a structural element, namely the fiber 10 , are united.

Gemäß der in 4 gezeigten alternativen zweiten Ausführungsform besteht die dortige Faser 10’ aus zwei verschiedenen Grundmatrixmaterialien 11, 11’, welche lediglich physikalisch miteinander vermischt sind, also keine chemische Verbindung miteinander eingegangen sind. Die beiden Grundmatrixmaterialien können zum Beispiel ein Polymer 11 sowie ein Naturstoff 11’ sein. Auch diese Vermischung zweier verschiedener Grundmatrixmaterialien 11, 11’ dient dazu, die Eigenschaften der Faser 10’ im Hinblick auf unterschiedliche Betriebsbedingungen eines Balgs 1 zu optimieren. According to the in 4 shown alternative second embodiment, there is the fiber 10 ' from two different basic matrix materials 11 . 11 ' , which are only physically mixed with each other, so no chemical connection with each other have been received. The two basic matrix materials can be, for example, a polymer 11 as well as a natural substance 11 ' be. Also this mixing of two different basic matrix materials 11 . 11 ' serves to the properties of the fiber 10 ' with regard to different operating conditions of a bellows 1 to optimize.

Die Faser 10’ gemäß 4 weist außerdem eine Mehrzahl von hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften unterschiedlichen Dotierungen 12, 12’, 12’’ auf, welche durch deren unterschiedliche Schraffur leicht unterscheidbar sind. Als Materialien für diese unterschiedlichen Dotierungen 12, 12’, 12’’ ist zum Beispiel Aramid und Kohlenstoff geeignet. Die unterschiedlichen Dotierungen 12, 12’, 12’’ sind unregelmäßig beziehungsweise asymmetrisch in dem Querschnitt des ersten Grundmatrixmaterials 11 verteilt angeordnet. The fiber 10 ' according to 4 also has a plurality of different with respect to their material properties dopants 12 . 12 ' . 12 '' on, which are easily distinguishable by their different hatching. As materials for these different dopings 12 . 12 ' . 12 '' For example, aramid and carbon are suitable. The different dopings 12 . 12 ' . 12 '' are irregular or asymmetric in the cross-section of the first matrix matrix material 11 arranged distributed.

Die Fasern 10, 10’ haben vorteilhafterweise einen Durchmesser von 30 µm bis 50 µm und die die Dotierungen 12, 12’, 12’’ weisen dann beispielsweise einen Durchmesser von 1 µm bis 5 µm auf. The fibers 10 . 10 ' advantageously have a diameter of 30 microns to 50 microns and the dopings 12 . 12 ' . 12 '' then have, for example, a diameter of 1 .mu.m to 5 .mu.m.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist bei der Faser 10’ gemäß 4 vorgesehen, dass diese an ihrer Oberfläche eine Prägung 19 aufweist. Mittels dieser Prägung 19 können benachbarte Fäden 10’ bei der Bildung eines Garns 17 oder eines Cord-Gewebes besonders gut aneinander haften. According to a further advantageous development is in the fiber 10 ' according to 4 provided that these emboss on their surface 19 having. By means of this coinage 19 can be adjacent threads 10 ' in the formation of a yarn 17 or a Cord-tissue stick together particularly well.

5 zeigt schematisch den Aufbau eines Garns 17, mit dem ein als Cord-Gewebe ausgebildetes Verstärkungsgewebe 7, 8 des Balgs 1 der Luftfeder 2 herstellbar ist. Das Garn 17 besteht in diesem Beispiel aus insgesamt sieben miteinander verdrillten und erfindungsgemäß aufgebauten Fasern 10. Deutlich erkennbar bestehen diese Fasern 10 aus nur einem Grundmatrixmaterial 11, in dem mehrere Dotierungen 12 eingebettet sind. Gemäß einem wesentlichen Vorteil der Erfindung weisen die Fasern 10 an deren Oberfläche jeweils den gleichen Haftvermittler 18 auf, obwohl die jeweiligen Fasern 10 aufgrund der dort eingebetteten Dotierungen 12 die beschriebenen unkonventionellen und gegebenenfalls unterschiedlichen Einzeleigenschaften aufweisen. Dieser für alle Fasern 10 im Garn 17 einheitliche Haftvermittler 18 ermöglicht eine optimale Verbindung des Garns 17 oder Fadens 20, 20’ mit dem Elastomer der Wand des Balgs 1. 5 shows schematically the structure of a yarn 17 with which a reinforcing fabric designed as a cord fabric 7 . 8th of the bellows 1 the air spring 2 can be produced. The yarn 17 consists in this example of a total of seven fibers twisted together and constructed according to the invention 10 , Clearly visible, these fibers exist 10 from only one basic matrix material 11 in which several dopings 12 are embedded. According to a significant advantage of the invention, the fibers 10 on the surface of each of the same adhesion promoter 18 on, though the respective fibers 10 due to the dopings embedded there 12 have the described unconventional and possibly different individual properties. This one for all fibers 10 in the yarn 17 uniform adhesion promoter 18 allows an optimal connection of the yarn 17 or thread 20 . 20 ' with the elastomer of the wall of the bellows 1 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Balg bellows
2 2: Luftfeder air spring
3 3: Kolben piston
4 4: Anschlussplatte connecting plate
5 5: Innere Deckschicht des Balgs Inner cover layer of the bellows
6 6: Äußere Deckschicht des Balgs Outer cover layer of the bellows
7 7: Erstes Verstärkungsgewebe First reinforcement fabric
8 8th: Zweites Verstärkungsgewebe Second reinforcement fabric
9 9: Gewebelage mit Kett- und Schussfäden Fabric layer with warp and weft threads
10 10: Faser (1. Ausführungsform) Fiber (1st embodiment)
10’ 10 ': Faser (2. Ausführungsform) Fiber (2nd embodiment)
11 11: Grundmatrixmaterial, erstes Grundmatrixmaterial Basic matrix material, first matrix matrix material
11’ 11 ': Zweites Grundmatrixmaterial Second matrix matrix material
12 12: Dotierung (aus zweitem Material) Doping (second material)
12’ 12 ': Dotierung (aus drittem Material) Doping (of third material)
12’’ 12 '': Dotierung (aus viertem Material) Doping (from fourth material)
13 13: Längsachse longitudinal axis
14 14: Erstes axiales Ende des Balgs First axial end of the bellows
15 15: Zweites axiales Ende des Balgs Second axial end of the bellows
16 16: Schussfaden weft
17 17: Garn yarn
18 18: Haftmittel adhesives
19 19: Prägung embossing
20 20: Eingarniger Kettfaden Single warp thread
20’ 20 ': Mehrgarniger Kettfaden Multi-thread warp thread

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006019011 A1 [0002]

Claims

Bellow ( 1 ) for an air spring ( 2 ) or a compensator, wherein the bellows ( 1 ) has a largely hollow cylindrical geometry and at its axial ends ( 14 . 15 ) with piston ( 3 ) and / or with end plates ( 4 ) is connectable, wherein the bellows ( 1 ) consists of an elastomer into which at least one reinforcing fabric ( 7 . 8th ) and in which the reinforcing fabric ( 7 . 8th ) at least one warp thread ( 20 . 20 ' ), characterized in that the at least one warp thread ( 20 . 20 ' ) of at least one yarn ( 17 ) that the yarn ( 17 ) of at least one fiber ( 10 . 10 ' ) that the fiber ( 10 . 10 ' ) at least one basic matrix material ( 11 . 11 ' ) that in the base matrix material ( 11 . 11 ' ) at least one doping ( 12 . 12 ' . 12 '' ), and that this doping ( 12 . 12 ' . 12 '' ) consists of a different material than the basic matrix material ( 11 . 11 ' ).

Bellows according to claim 1, characterized in that the at least one doping ( 12 ) relative to a cross-section through the fiber ( 10 ) in the basic matrix material ( 11 ) of the fiber ( 10 ) is arranged symmetrically.

Bellows according to claim 1, characterized in that the at least one doping ( 12 . 12 ' . 12 '' ) relative to a cross-section through the fiber ( 10 ' ) in the basic matrix material ( 11 ) of the fiber ( 10 ' ) is arranged asymmetrically.

Bellows according to one of claims 1 to 3, characterized in that the base matrix material ( 11 . 11 ' ) consists of polyamide or polyester.

Bellows according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one doping ( 12 . 12 ' . 12 '' ) in a fiber ( 10 ' ) which comprises a plurality of different basic matrix materials ( 11 . 11 ' ) having.

Bellows according to claim 5, characterized in that the base matrix material is formed as a polyblend material by a purely physical mixture of two matrix materials.

Bellows according to claim 6, characterized in that the first matrix material is a polymer ( 11 ) and the second matrix material ( 11 ' ) is a natural substance.

Bellows according to one of claims 1 to 7, characterized in that the fibers ( 10 . 10 ' ) have a diameter of 30 microns to 50 microns.

Bellows according to one of claims 1 to 8, characterized in that the at least one doping ( 12 . 12 ' . 12 '' ) has a diameter of 1 micron to 5 microns.

Bellows according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least one doping ( 12 . 12 ' . 12 '' ) consists of aramid or carbon.

Bellows according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least one doping ( 12 . 12 ' . 12 '' ) is made of a natural material.

Bellows according to one of claims 1 to 11, characterized in that the at least one doping ( 12 . 12 ' . 12 '' ) is the same length as the fiber ( 10 . 10 ' ), in which it is arranged.

Bellows according to one of claims 1 to 11, characterized in that the at least one doping ( 12 . 12 ' . 12 '' ) in the fiber ( 10 . 10 ' ) is formed interrupted.

Bellows according to one of claims 1 to 13, characterized in that the at least one fiber ( 10 . 10 ' ) on its surface an embossing ( 19 ) having.

Use of the fiber ( 10 . 10 ' ) according to the features of at least one of claims 1 to 14 for the production of single-thread or multi-thread warp threads ( 20 . 20 ' ) for reinforcing fabric ( 7 . 8th ), such as corduroy or surface fabric, for air spring bellows ( 2 ), Compensators, conveyor belts, hoses, tires and drive belts.