DE102017222430A1

DE102017222430A1 - Air bellows and method for its production

Info

Publication number: DE102017222430A1
Application number: DE102017222430.4A
Authority: DE
Inventors: Atipong Boonphupontonti; Siegfried Reck
Original assignee: ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Current assignee: ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2019-06-13

Abstract

Luftfederbalg aus elastomerem Material, der an seinen Balgenden mit Hilfe von Anschlussteilen zwischen gefederter und ungefederter Masse eingespannt ist und dessen Balgwand mehrere Schichten aus elastomerem Material aufweist, wobei mindestens eine der Schichten mindestens eine Lagen von Festigkeitsträgern enthält, wobei eine auf der Außenseite der Balgwand angeordnete Schutzschicht vorgesehen ist und wobei eine auf der Innenseite der Balgwand angeordnete Dichtschicht aus luftdichtem elastomerem Material vorgesehen ist, wobei die auf der Innenseite der Balgwand angeordnete Dichtschicht als separate, nicht mit der Balgwand stoffschlüssig verbundene oder vulkanisierte Schicht ausgebildet und als die Innenfläche des Luftfederbalgs bedeckende Materiallage an die innere Balgwand angelegt ist

An air spring bellows made of elastomeric material which is clamped at its bellows ends by means of connecting parts between sprung and unsprung mass and whose bellows wall comprises a plurality of layers of elastomeric material, wherein at least one of the layers contains at least one layer of reinforcing members, one arranged on the outside of the bellows wall Protective layer is provided and wherein a arranged on the inside of the bellows wall sealing layer of airtight elastomeric material is provided, wherein the arranged on the inside of the bellows wall sealing layer formed as a separate, not materially connected to the bellows wall or vulcanized layer and as the inner surface of the Luftfederbalgs covering material layer is applied to the inner bellows wall

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftfederbalg aus elastomerem Material, der an seinen Balgenden mit Hilfe von Anschlussteilen zwischen gefederter und ungefederter Masse eingespannt ist und dessen Balgwand mehrere Schichten aus elastomerem Material aufweist, wobei mindestens eine der Schichten mindestens eine Lagen von Festigkeitsträgern enthält, wobei eine auf der Außenseite der Balgwand angeordnete Schutzschicht vorgesehen ist und wobei eine auf der Innenseite der Balgwand angeordnete Dichtschicht aus luftdichtem elastomerem Material vorgesehen ist. Ebenfalls offenbart die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Luftfederbalgs.The invention relates to an air spring bellows made of elastomeric material which is clamped at its bellows with the aid of connecting parts between sprung and unsprung mass and whose bellows wall comprises a plurality of layers of elastomeric material, wherein at least one of the layers contains at least one layer of reinforcing materials, one on the Outside the bellows wall arranged protective layer is provided and wherein a arranged on the inside of the bellows wall sealing layer is provided from airtight elastomeric material. The invention also discloses a method for producing such an air spring bellows.

Solche Luftfederbälge kommen z.B. in Form von Schlauchrollbälgen zum Einsatz, die an einem Ende an einem Luftfederdeckel als Anschlussteil befestigt sind und an ihrem anderen Ende an einem Luftfederkolben, an dessen Außenfläche sie im Betrieb unter Bildung einer Rollfalte abrollen. Luftfederbälge können auch als Mehrfaltenbälge ausgebildet sein, die ohne Rollbewegungen an Kolben allein durch ihre Wulstbildung federn.Such bellows come e.g. in the form of Schlauchrollbälgen used, which are attached at one end to an air spring cover as a connection part and at its other end to an air spring piston, on the outer surface of which they roll during operation to form a rolled fold. Air spring bellows can also be designed as Mehrfaltenbälge that feathers without rolling movements of the piston solely by their bead formation.

Im Betrieb solcher Luftfederbälge ist es von großer Wichtigkeit, die Dichtheit der Luftfederbälge zu gewährleisten und Rissbildung möglichst zu vermeiden.In the operation of such air spring bellows, it is of great importance to ensure the tightness of the bellows and to avoid cracking as possible.

Luftfederbälge bestehen üblicherweise aus einer äußeren und einer inneren Deckschicht aus elastomeren Werkstoffen sowie aus in der Regel mehreren Lagen von Festigkeitsträgern. Die einzelnen Lagen von elastomeren Werkstoffen und Festigkeitsträgern werden auf so genannten Aufbautrommeln gewickelt und anschließend vulkanisiert. In der fertig hergestellten Luftfeder wirkt das Innengummi, d.h. die innere Lage des Balges als Dichtschicht, mit deren Hilfe die Balgwand gegen die eingeschlossene, normalerweise unter Druck stehende Luft abgedichtet ist. Dies erreicht man beispielsweise durch einen Elastomer-Werkstoff mit größerer Luftundurchlässigkeit, wie etwa Butylgummi.Air bellows usually consist of an outer and an inner cover layer of elastomeric materials as well as usually several layers of reinforcements. The individual layers of elastomeric materials and reinforcements are wound on so-called building drums and then vulcanized. In the finished air spring, the innerliner, i. the inner layer of the bellows as a sealing layer, with the help of the bellows wall is sealed against the trapped, usually pressurized air. This is achieved, for example, by an elastomer material with greater air impermeability, such as butyl rubber.

Die Festigkeitsträgerlagen bestehen in der Regel aus gummiertem Cordgewebe oder auch aus Einzelfäden (Fadenlagen). Dabei nehmen üblicherweise zwei Lagen aus gummiertem Cordgewebe oder Einzelfäden, deren Fadenrichtungen sich unter definiertem Winkel kreuzen, die Kräfte auf, die durch den Innendruck in der Balgwand entstehen.The reinforcement layers are usually made of rubberized cord fabric or even monofilaments (thread layers). Usually, two layers of gummed cord fabric or monofilaments whose thread directions intersect at a defined angle, the forces that arise due to the internal pressure in the bellows wall.

Das Außengummi schützt die Balgwand vor äußeren Einflüssen. Der Luftfederbalg wird an seinen Enden an Deckel oder Kolben mit z.B. Spannringen befestigt, kann aber auch mit Wulstringen und Kernen an seinen Enden versehen sein, die auf einen entsprechend komplementären Sitz an den Anschlussteilen aufgebracht werden.The outer rubber protects the bellows wall from external influences. The air bag is at its ends to cover or piston with e.g. Clamping rings attached, but may also be provided with bead rings and cores at its ends, which are applied to a correspondingly complementary seat on the connecting parts.

Die Federbewegungen des Luftfederbalges während des Betriebes der Luftfeder führen zu dynamischen Spannungen in der Balgwand, die sowohl die Fäden des Cordgewebes als auch das Elastomer, das sie umgibt, stark belasten. Besonders in der Rollfalte eines Luftfederrollbalgs wirkt durch die Biegung auf das Innengummi eine hohe Druckspannung. Diese Druckspannung kann zu kleinen Rissen auf der Innenseite der Balgwand, auf der Innenseite der Dichtschicht führen oder auch zu Rissen im Bereich der von Festigkeitsträgern durchsetzten Gummilagen, wenn gewisse Belastungsgrenzen überschritten werden.The spring movements of the air spring bellows during operation of the air spring lead to dynamic stresses in the bellows wall, which stress both the threads of the Cordgewebes and the elastomer that surrounds them. Especially in the rolling fold of a Luftfederrollbalgs acts by the bending on the inner rubber, a high compressive stress. This compressive stress can lead to small cracks on the inside of the bellows wall, on the inside of the sealing layer or to cracks in the area of rubber layers interspersed by reinforcements, if certain load limits are exceeded.

Lässt man Einwirkungen durch schädigende Umgebungsbedingungen außer Acht, so unterscheidet man in der Theorie dabei im Wesentlichen zwei verschiedene Mechanismen bei der Rissentstehung. So kann ein Riss einerseits im Innenbereich der Wandung dadurch entstehen, dass zu hohe Scherspannungen in den Festigkeitsträgern oder in deren Verbindungsbereich zur umgebenden Gummimatrix auftreten. Ein dort entstehender Riss kann sich in die angrenzenden Lagen oder Bereiche ausbreiten, also auch in das Innengummi ausbreiten. Andererseits kann ein Riss auch an der Innenoberfläche des Innengummis dadurch entstehen, dass bei der Verformung während einer Rollbewegung dort zu hohe Druckspannungen entstehen und die Rissbildung einleiten.Leaving aside the effects of damaging environmental conditions, one distinguishes in theory essentially two different mechanisms in the formation of cracks. Thus, a crack on the one hand in the interior of the wall arise from the fact that too high shear stresses occur in the reinforcements or in their connection region to the surrounding rubber matrix. A crack created there can spread into the adjacent layers or areas, so spread out into the inner rubber. On the other hand, a crack may also occur on the inner surface of the inner rubber due to the fact that during the deformation during a rolling movement, too high compressive stresses arise there and initiate the formation of cracks.

Da die Weiterreißfestigkeit eines Elastomers geringer ist als seine Anfangs-Reißfestigkeit, können sich kleine Anfangsrisse in der Balgwand weiter ausbreiten. Die eingeschlossene Druckluft kann dann durch diese Risse und die Gewebefäden bis zur Stirnseite des Balges genlangen und somit zu Undichtigkeiten der Luftfeder führen.Since the tear propagation resistance of an elastomer is less than its initial tear strength, small initial cracks in the bellows wall may continue to spread. The trapped compressed air can then pass through these cracks and the fabric threads to the front of the bellows and thus lead to leaks in the air spring.

Aus der DE 20 2009 005 226 U1 sind hohlzylindrische Luftfederbälge als Bauteile von Luftfederungsanlagen bekannt, die zwischen dem Fahrwerk und der Karosserie eines Fahrzeugs eingespannt sind. Ein Luftfederbalg besteht aus einem elastischen Material, welches aus einzelnen Gummischichten sowie wenigstens einer Lage eines Festigkeitsträgers aufgebaut ist. Die Festigkeitsträgerschicht besteht aus Fäden, Fasern oder Corde, die unter einem festgelegten Winkel geneigt zur Längsachse des Luftfederbalgs angeordnet sind. Die Gummischichten dienen neben der Erzeugung einer Formstabilität des Luftfederbalgs vor allen auch der Abdichtung eines Arbeitsraumes, der von dem Luftfederbalg umschlossen ist und in dem sich ein Arbeitsfluid, üblicherweise Druckluft, befindet. Da derartige Luftfederbälge auch in Luftfederungsanlagen von solchen Nutzfahrzeugen eingesetzt werden, die sehr rauen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, kann es vorkommen, dass ein solcher Luftfederbalg beispielsweise durch kleine Steine beschädigt wird, so dass ein kleines Loch oder sehr kleiner ein Riss in dessen Wandung entsteht, wodurch eine Leckage geschaffen ist. Zur Lösung dieses technischen Problems ist in der DE 20 2009 005 226 U1 vorgeschlagen worden, die Innenseite des Luftfederbalgs mit einer hochviskosen Gummimischung in Form eines Gels zu beschichten, welche entstehende sehr kleinere Leckagestellen abdichten soll.From the DE 20 2009 005 226 U1 are hollow cylindrical bellows known as components of air suspension systems, which are clamped between the chassis and the body of a vehicle. An air spring bellows consists of an elastic material, which is composed of individual rubber layers and at least one layer of a reinforcing member. The reinforcement layer consists of threads, fibers or cords, which are arranged at a predetermined angle inclined to the longitudinal axis of the bellows. The rubber layers are used in addition to the generation of a dimensional stability of the bellows before all the sealing of a working space which is enclosed by the air spring bellows and in which a working fluid, usually compressed air, is located. Since such air spring bellows are used in air suspension systems of such commercial vehicles that are very rough Operating conditions are exposed, it may happen that such air spring bellows, for example, is damaged by small stones, so that a small hole or very small crack in the wall thereof, creating a leak is created. To solve this technical problem is in the DE 20 2009 005 226 U1 have been proposed to coat the inside of the bellows with a high-viscosity rubber compound in the form of a gel, which should seal resulting very small leaks.

Diese bekannte Abdichtungsmaßnahme ist in einigen Anwendungsfällen praktikabel, jedoch lediglich bei Temperaturen oberhalb von 5° C und bei kleineren Leckagestellen. This known sealing measure is practicable in some applications, but only at temperatures above 5 ° C and smaller leakage points.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, die Anfälligkeit gegen Rissbildung bei Luftfederbälgen weiter zu verringern und dies möglichst mit einfachen Mitteln zu erreichen.The invention now has the task of further reducing the susceptibility to crack formation in air spring bellows and to achieve this as possible with simple means.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.This object is achieved by the features of the main claim. Further advantageous embodiments are disclosed in the subclaims.

Dabei ist die auf der Innenseite der Balgwand angeordnete Dichtschicht als separate, nicht mit der Balgwand stoffschlüssig verbundene oder vulkanisierte Schicht ausgebildet und als die Innenfläche des Luftfederbalgs bedeckende Materiallage an die innere Balgwand angelegt. Durch dieses lediglich erfolgende „Anliegen“ ohne stoffschlüssige Verbindung können Risse, die in einer der beiden Lagen entstehen, nicht in die benachbarte Lage eindringen, da keine Scherkräften in der Verbindung der beiden Lagen übertragen werden können. Ein „Weiterreißen“ wird so verhindert.In this case, the sealing layer arranged on the inside of the bellows wall is designed as a separate layer which is not materially bonded or vulcanized to the bellows wall and is applied to the inner bellows wall as the material layer covering the inner surface of the air spring bellows. By this merely taking place "concern" without cohesive connection cracks that arise in one of the two layers, not penetrate into the adjacent layer, since no shear forces in the connection of the two layers can be transmitted. A "tearing" is thus prevented.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die auf der Innenseite der Balgwand angeordnete Dichtschicht als separater, die Innenfläche des Luftfederbalgs bedeckender innerer Schlauch in den Luftfederbalg eingelegt und an die Balgwand angelegt ist. Durch das Einbringen einer solchen Schlauches, der durchaus auch nach der Vulkanisieren beim Zusammenbau des Luftfederbalgs eingelegt werden kann, ergibt sich eine sehr einfache Montage der Luftfederung, nämlich vergleichbar etwa mit einem Schlauch, der in einen Fahrzeugreifen eingebracht wird.An advantageous development is that the arranged on the inside of the bellows wall sealing layer is inserted as a separate, the inner surface of the Luftfederbalgs covering inner tube in the air spring bellows and applied to the bellows wall. By introducing such a hose, which may well be inserted after vulcanization during assembly of the air spring bellows, results in a very simple assembly of the air suspension, namely comparable to a hose that is introduced into a vehicle tire.

Ein besonders vorteilhaftes Herstellverfahren für einen solchen Luftfederbalg besteht darin, dass der Luftfederbalg auf der Aufbautrommel mit einer als Dichtschicht auf der Innenseite der Balgwand vorgesehene Materiallage versehen wird, die aus einem zu dem Material der angrenzenden Schicht der Balgwand inkompatiblen, nicht stoffschlüssig verbindbarem Material besteht, wobei nach vollständigem Aufbau des unvulkanisierten Luftfederbalgs die Vulkanisation erfolgt, ohne dass die Innenschicht sich mit den weiteren Balglagen verbindet. Damit kann das bisherige Verfahren nahezu beibehalten werden und es muss lediglich bei der Materialbestimmung eine entsprechende Auswahl erfolgen. Dabei können beispielsweise Materialkombinationen so ausgewählt werden, dass die Innenlage aus Epi-Chlor-Hydrin (ECO) und die angrenzenden lagen aus ChloroprenKautschuk (CR) bestehen, nämlich aus zwei Materialien, die sich bekanntermaßen nicht oder nur schlecht miteinander verbinden lassen.A particularly advantageous manufacturing method for such an air spring bellows is that the air spring bellows on the building drum is provided with a material layer provided as a sealing layer on the inside of the bellows wall, which consists of a non-cohesively connectable material incompatible with the material of the adjacent layer of the bellows wall. wherein after complete construction of the unvulcanized air spring bellows vulcanization takes place without the inner layer connects to the other Balglagen. Thus, the previous method can be almost maintained and it must be done only when determining the material a corresponding selection. In this case, for example, material combinations can be selected so that the inner layer of epi-chlorohydrin (ECO) and the adjacent layers of chloroprene rubber (CR) consist, namely of two materials that are known to be difficult or impossible to combine.

Eine weiteres vorteilhaftes, weil besonders einfaches Herstellverfahren besteht darin, dass während der üblichen Herstellung auf der Aufbautrommel des Luftfederbalgs die als Dichtschicht auf der Innenseite der Balgwand vorgesehene erste Materiallage bzw. Innenlage mit einem Trennmittel versehen und danach die weiteren Schichten der Balgwand aufgebracht werden, wobei nach vollständigem Aufbau des unvulkanisierten Luftfederbalgs die Vulkanisation erfolgt, ohne dass die Innenschicht sich mit den weiteren Balglagen verbindet. Als Trennmittel kann flüssiges Polytetraflourethylen (PTFE) verwendet werden oder im einfachsten Fall auch ein Talkumpuder.Another advantageous, because particularly simple manufacturing process is that during the usual production on the building drum of the bellows the provided as a sealing layer on the inside of the bellows wall first layer of material or inner layer provided with a release agent and then the other layers of the bellows wall are applied after complete construction of the unvulcanized air spring bellows the vulcanization takes place without the inner layer connecting with the other bellows layers. The release agent may be liquid polytetrafluoroethylene (PTFE) or, in the simplest case, a talcum powder.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

1 eine erfindungsgemäße Rollbalgluftfeder,
2 eine erfindungsgemäße Mehrfaltenluftfeder.

Reference to an embodiment, the invention will be explained in more detail. Show it

1 a rolling bellows air spring according to the invention,
2 a multi-fold air spring according to the invention.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Rollbalgluftfeder 1 mit einem als Rollbalg ausgebildeten Luftfederbalg 2, der zwischen einem Abrollkolben 3 und einen Luftfederdeckel 4 eingespannt ist. Der Luftfederrollbalg 2 weist auf seiner Innenseite eine Dichtschicht 5 auf, die als separate, nicht mit der Balgwand stoffschlüssig verbundene oder vulkanisierte Schicht ausgebildet und als die Innenfläche des Luftfederbalgs bedeckende Materiallage an die innere Balgwand angelegt ist. Die Dichtschicht 5 ist zusammen mit den übrigen Schichten des Luftfederbalges 2 am Luftfederdeckel 4 und am Abrollkolben 3 befestigt. 1 shows a rolling bellows air spring according to the invention 1 with a bellows designed as a bellows 2 that is between a rolling piston 3 and an air spring cover 4 is clamped. The air spring roll 2 has on its inside a sealing layer 5 formed as a separate, not materially connected to the bellows wall or vulcanized layer and applied as the inner surface of the bellows material layer is applied to the inner bellows wall. The sealing layer 5 is along with the remaining layers of the bellows 2 on the air spring cover 4 and on the rolling piston 3 attached.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Mehrfaltenluftfeder 6 mit einem als Faltenbalg ausgebildeten Luftfederbalg 7, der zwischen einer Felge 8 und einen Luftfederdeckel 9 eingespannt ist. Der Luftfeder-Faltenbalg 7 weist auf seiner Innenseite eine Dichtschicht 10 auf, die als separate, nicht mit der Balgwand stoffschlüssig verbundene oder vulkanisierte Schicht ausgebildet und als die Innenfläche des Luftfederbalgs bedeckende Materiallage an die innere Balgwand angelegt ist. Die Dichtschicht 10 ist zusammen mit den übrigen Schichten des Luftfederbalges 7 am Luftfederdeckel 9 und an der Felge 8 befestigt. 2 shows a multi-fold air spring according to the invention 6 with a bellows designed as a bellows 7 that is between a rim 8th and an air spring cover 9 is clamped. The air spring bellows 7 has on its inside a sealing layer 10 formed as a separate, not materially connected to the bellows wall or vulcanized layer and applied as the inner surface of the bellows material layer is applied to the inner bellows wall. The sealing layer 10 is along with the remaining layers of the bellows 7 on the air spring cover 9 and on the rim 8th attached.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

(Teil der Beschreibung)

1: Rollbalgluftfeder
2: Luftfederrollbalg
3: Abrollkolben
4: Luftfederdeckel
5: Dichtschicht
6: Mehrfaltenluftfeder
7: Faltenbalg
8: Felge
9: Luftfederdeckel
10: Dichtschicht

(Part of the description)

1: rolling lobe
2: Luftfederrollbalg
3: roll-off
4: Air spring cover
5: sealing layer
6: More wrinkles air spring
7: bellow
8th: rim
9: Air spring cover
10: sealing layer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202009005226 U1 [0010]

Claims

Air bellows (2, 7) made of elastomeric material, which is clamped at its bellows ends by means of connecting parts (3, 4, 8, 9) between sprung and unsprung mass and whose bellows wall comprises a plurality of layers of elastomeric material, wherein at least one of the layers at least a layer of reinforcements, wherein a protective layer arranged on the outside of the bellows wall is provided, and wherein a sealing layer (5, 10) arranged on the inside of the bellows wall is provided of airtight elastomeric material, characterized in that arranged on the inside of the bellows wall Seal layer (5, 10) formed as a separate, not materially connected to the bellows wall or vulcanized layer and applied as the inner surface of the Luftfederbalgs covering material layer to the inner bellows wall.

Air bellows after Claim 1 in which the sealing layer (5, 10) arranged on the inside of the bellows wall is inserted as a separate inner tube covering the inner surface of the air spring bellows into the air spring bellows and applied to the bellows wall.

Process for producing an air spring bellows according to Claim 1 or 2 , characterized in that the air spring bellows is provided on the building drum with a material layer provided as a sealing layer on the inside of the bellows wall, which consists of a material incompatible with the material of the adjacent layer of the bellows wall, not cohesively connectable material, wherein after complete construction of the unvulcanized Luftfederbalgs the vulcanization takes place without the inner layer connecting with the other bellows layers.

Process for producing an air spring bellows according to Claim 1 or 2 , characterized in that on the building drum of Luftfederbalgs provided as a sealing layer on the inside of the bellows wall first material layer or inner layer is provided with a release agent and then the other layers of the bellows wall are applied, wherein after complete construction of the unvulcanized Luftfederbalgs the vulcanization, without the inner layer connecting with the other Balglagen.