DE1115994B - Vulkanisierter Ring-Rollbalg aus gummiimpraegniertem Gewebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ring-Rollbalg aus gummiimprägniertem Gewebe mit innerer und äußerer Einspann-Ringwulst. Ein solcher Rollbalg findet als luftdichter, stirnseitiger, in Betriebsmittelstellung nach außen ringförmig ausgewölbter Abschluß einer Druckluftkammer Anwendung. Derartige Druckluftkammern mit einem Gehäusetopf und einem im Durchmesser kleineren, als Rotationskörper ausgebildeten Stützkörper für den Rollbalg dienen z. B. als Luftfedern, die neuerdings vielfach zur Abfederung der Räder von Kraftfahrzeugen gebräuchlich sind und die Radstöße in Abhängigkeit von der Durchwölbung des Rollbalges und dem sich hierbei ändernden Luftdruck im Innern der Luftfeder bzw. ihrer Druckluftkammer auffangen.

In der normalen, mittleren Betriebsstellung wölbt sich der Balg einer solchen Luftfeder wesentlich über den Durchmesser der äußeren großen Einspannwulst nach außen. Wird nun die Luftfeder zusammengedrückt, um Stöße aufzunehmen, so wird die im Durchmesser kleinere innere Einspannwulst des Balges durch die große, äußere Wulst hindurchgedrückt. Das Material des gewölbten Balgabschnittes wird dabei teilweise von einem Durchmesser, der größer ist als derjenige der großen Wulst, auf einen Durchmesser zusammengezogen, der sehr viel kleiner ist; infolge dieser durch den Federungsvorgang erzwungenen Durchmesserverringerung entstehen in der gewölbten Wandung des Balges in Umfangsrichtung wirksame Stauchungen bzw. Druckbeanspruchungen. Da die Balgwandung aus gummiimprägniertem Gewebe, also aus einem nachgiebigen Material besteht, hat dieser Vorgang zur Folge, daß sich bei den bisher bekannten Bälgen Falten bilden. Biegt sich nun der Luftfederbalg im Betrieb ständig in dieser Weise durch, so führt die immer wieder von neuem hervorgerufene Faltenbildung leicht zum Bruch und zum vorzeitigen Versagen des als Dichtungsorgan vorgesehenen Rollbalges. Tritt die Faltenbildung sehr stark auf, so hat die Luftfeder unter Umständen nur eine so kurze Lebensdauer, daß sie für die praktische Verwendung ungeeignet ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch behoben, daß das Herstellungsprofil des unbelasteten Balges etwa dem Profil des in die unter den mittleren statischen Druck gesetzte Luftkammer eingebauten Balges mit der Abweichung entspricht, daß die innere Ringwulst des eingestülpten Teils des spannungsfreien Balges luftdruckseitig aus der Ebene der äußeren Ringwulst um eine Strecke herausragt, die etwa der axialen Relativverschiebung des Stützkörpers gegenüber dem Ge-Vulkanisierter Ring-Rollbalg
aus gummiimprägniertem Gewebe

Anmelder:

The Firestone Tire & Rubber Company,
Akron, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 6. Dezember 1956 (Nr. 626 752)

häusetopf beim Aufpumpen der Druckluftkammer vom Atmosphärendruck auf den das Gleichgewicht mit der äußeren Last herstellenden Innendruck entspricht. Bei dieser Ausbildung des Rollbalges wird der gewölbte Abschnitt der Balgwandung innerhalb der Grenzen einer faltenfreien Druckbeanspruchung und einer zulässigen Zugspannung gehalten, so daß eine lange Lebensdauer der Luftfeder gewährleistet ist.

Dieser Erfolg wird im wesentlichen durch den Umstand erreicht, daß der Rollbalg in einem Profilzustand vulkanisiert wird, bei welchem die kleine Wulst etwa um die erwähnte Strecke durch die große Wulst hindurchgetreten ist. Durch das Formen und Vulkanisieren werden die Kordfäden in diesem Zustand spannungsfrei, jedenfalls was die in Umfangsrichtung auftretenden Spannungen anbelangt. Überdies kommt der die Kordfäden umhüllende Kautschuk beim Vulkanisiervorgang zum Fließen und wird dabei gleichfalls vollkommen spannungsfrei. Der Balg wird also völlig spannungsfrei mit den übrigen Teilen der Luftfeder zusammengebaut und erst durch das Aufpumpen der Luftkammer unter eine statische Anfangsspannung gesetzt. Derjenige Teil der gewölbten Balgwandung, der beim Arbeitshub der Luftfeder überhaupt der Stauchungs- und Faltenbildungsgefahr unterliegen könnte, wird also gemäß der Erfindung dieser Gefahr weitgehend enthoben. Der Balg erfährt

109 710/276

beim Aufpumpen in die Anfangslaststellung nur eine geringe Durchmesservergrößerung in seinem kritischen Bereich. Sobald bei einem Radstoß der innere Stützkörper in den Gehäusetopf eindringt, verringert sich die Umfangszugspannung wieder in dem fraglichen Balgbereich und nähert sich wieder der durch den Vulkanisationszustand und die Vorlast bestimmten unteren Grenze, ohne diese in einem Faltenbildung hervorrufenden Maße selbst bei stärksten Stoßen zu überschreiten.

Die erfindungsgemäße spannungsfreie Gestalt des Balgkörpers unterscheidet sich insofern von der bisher üblichen Herstellungsgestalt solcher Bälge, als bisher der Balgkörper in derjenigen Gestalt vulkanisiert wurde, die er in der mittleren Betriebsstellung der Luftfeder einzunehmen hat. Schon die Vorlast bringt bei den bekannten Luftfedern die kritischen Ringzonen der Bälge in den Bereich der Umfangsstauchung und Faltenbildung, die sich bei Stoßausübung bis in die Gefahrenzone steigern kann. Der erfindungsgemäße Balg weicht dieser Zone aus, so daß seine Lebensdauer erheblich verlängert und die volle Zuverlässigkeit und Dichtheit der Luftfeder über eine lange Betriebszeit erhalten bleibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt den Einbau einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Luftfeder in die das Vorderrad tragenden Teile eines Kraftfahrzeugs;

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt den Rollbalg der Luftfeder nach Fig. 1, und zwar mit voll ausgezogenen Linien in seiner mittleren Betriebslage unter Vorlast und mit gestrichelten Linien in einer Stellung, die er im Betriebe beim Zusammenpressen der Luftfeder erreichen kann, wenn auf das Rad ein Stoß ausgeübt wird;

Fig. 3 zeigt schaubildlich und teilweise aufgeschnitten einen unvulkanisierten Rollbalgrohling nach dem Abnehmen von der Aufbautrommel, d. h. vor Beginn des endgültigen Formgebungs- und Vulkanisiervorganges;

Fig. 4 zeigt teils in Seitenansicht, teils im Schnitt in etwas größerem Maßstab den Rollbalg in fertig vulkanisiertem spannungslosem Herstellungszustand.

Das in Fig. 1 veranschaulichte Vorderrad eines Kraftfahrzeuges wird im wesentlichen von einem Arm 1 getragen, der am Rahmen 2 des Kraftfahrzeugs um die Achse 3 schwenkbar ist. Zwischen dem Arml und dem Rahmen 2 befindet sich die Luftfeder.

Diese Luftfeder weist einen Ring-Rollbalg 4 auf, der aus mehreren Lagen eines gummiimprägnierten Gewebes besteht. Die Enden der Gewebelagen bilden ringförmige, durch Stahldrahtkerne in üblicher Weise verstärkte Wülste 5, 6 unterschiedlicher Durchmesser.

Die größere, äußere Wulst 6 wird von dem Randflansch eines Gehäusetopfes 7 gehalten, der die Druckluftkammer der Luftfeder bildet und am Fahrzeugrahmen 2 befestigt ist (Fig. 1). Die andere, im Durchmesser kleinere Wulst 5 ist mit einem Stützkörper 8 lösbar verbunden, der am Schwenkarm 1 befestigt ist.

Infolge der Durchmesserdifferenz der Wülste verbleibt genügend Spiel für die Wulst 5, um durch die große Wulst 6 hindurchtreten zu können und zwar auch dann, wenn sich die Wulst 6 auf einer gebogenen Bahn α (Fig. 1) bewegt. Die Teile 8 und 7 sind also frei in- und auseinander bewegbar.

Der Gehäusetopf 7 ist so ausgebildet, daß die kleine Wulst 5 beim Einwärtshub tief in ihn bis etwa zu der in Fig. 2 mit gestrichelten Linien veranschaulichte Stellung eindringen kann.

Im Betrieb enthält der stirnseitig durch den Ring-Rollbalg 4 unten luftdicht abgeschlossene Gehäusetopf 7 Luft, die unter einem Druck von etwa 3,5 bis 7,0 kg/cm² (und mehr) steht; in ihrer mittleren Betriebsstellung nehmen die einzelnen Teile der Feder

ίο die in Fig. 2 mit vollausgezogenen Linien dargestellte Lage ein. Trifft das Fahrzeugrad auf einen Widerstand, so wird die Luftfeder zusammengepreßt, und die innere, kleinere Wulst 5 dringt nach oben durch die größere Wulst 6 hindurch in den Gehäusetopf 7 ein, bis sie z. B. die mit gestrichelten Linien veranschaulichte Lage erreicht hat. Bei dieser Bewegung nimmt der in der Luftfeder herrschende Luftdruck zu, so daß die gewünschte Federwirkung eintritt. Gelangt das Rad andererseits in ein Loch der Fahrbahn, so wird die Luftfeder bzw. ihr Balg 4 gestreckt, wobei sich die Wulst 5 aus der mit voll ausgezogenen Linien veranschaulichten Stellung (Fig. 2) in Richtung nach unten bewegt. Eine ähnliche Dehnung des Luftfederbalges tritt auch beim Zurückprallen aus einem Druckhub ein.

Die Herstellung des Balgrohlings erfolgt in bekannter Weise auf einer Aufbautrommel. Ist der Balgrohling von der Aufbautrommel abgenommen worden, so hat er etwa die in Fig. 3 veranschaulichte Glockenform; ein im wesentlichen zylindrischer Abschnitt erweitert sich an einem Ende und geht in die große Wulst 6 über. Das andere Ende verjüngt sich und endet in der kleinen Wulst 5.
Der vorstehend hinsichtlich seiner Gestaltung und seiner Betriebsweise beschriebene Rollbalg wird in einer Vulkanisierform aus dem in Fig. 3 veranschaulichten Rohling in der Weise erzeugt, daß der Rohling während der Schließbewegung der Vulkanisierform durch diese aus der Lage nach Fig. 3 in axialer Richtung so weit zusammengedrückt, bis seine kleine Wulst 5 durch die große Wulst 6 bei völlig geschlossener Form, d. h. zu Beginn des eigentlichen Vulkanisiervorganges, hindurchgetreten ist und seine endgültige in Fig. 4 veranschaulichte Gestalt erreicht hat.

In dieser spannungsfreien Gestalt weicht das Profil des Balges nur wenig von dem Profil des in die unter den mittleren statischen Druck gesetzte Luftkammer 7 eingebauten Balges ab. In der Herstellungsgestalt des Balges 4 tritt nämlich die kleinere Wulst 5 über die Ebene der größeren Wulst 6 noch um ein Maß hindurch, das etwa der axialen Relatiwerstellung entspricht, die der Gehäusetopf 7 gegenüber dem Stützkörper 8 erfährt, wenn die Druckluftkammer der Luftfeder vom Atmosphärendruck auf den das Gleichgewicht mit der äußeren Last herstellenden Innendruck aufgepumpt wird. In dieser, durch die geschlossene Vulkanisierform festgelegten, in Fig. 4 dargestellten Gestalt wird nun der Balgrohling zum fertigen Ring-Rollbalg 4 vulkanisiert. Nach Beendi-

gung des Vulkanisiervorganges und nach dem Öffnen der Vulkanisierform wird der Balg der Form entnommen; er behält nunmehr — sofern keine Kräfte auf ihn einwirken — seine eingedrückte Gestalt nach Fig. 4, hat glatte faltenfreie Wandungen und ist zum Zusammenbau mit dem Gehäusetopf 7 und dem Stützkörper 8 der Luftfeder bereit.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, ist die größere, äußere Ringwulst 6 am freien Rand des Gehäusetopfes 7

unter Verzicht auf jede an diesem Gehäusetopf etwa vorgesehene Balgstützfläche eingespannt, so daß sich der Balg bei den Federbewegungen quer zu deren Richtung ungehindert nach außen aufwölben kann.

Jeder ringförmige Abschnitt des nach Fig. 4 gestalteten spannungsfreien Balges weist einen durch die Vulkanisation festgelegten Durchmesser bestimmter Größe auf. Durch die Vorlast erfahren diese Durchmesser eine gewisse Veränderung. Die Vorlastgestalt des Balges bestimmt demnach seinen normalen Spannungszustand. Immer wenn ein Ringabschnitt beim Betrieb jedoch auf seinen durch die Vulkanisation bestimmten Durchmesser zurückfedert, überschreitet er die Vorspannungsgrenze nach unten und bleibt dabei auch druckspannungsfrei. In der in Fig. 2 mit voll ausgezogenen Linien dargestellten mittleren Betriebsstellung der Luftfeder ist jeder Ringabschnitt des Balges im Durchmesser etwas größer, als es dem durch die Vulkanisation festgelegten Durchmesser entspricht; die Folge hiervon ist, daß er unter einer zusätzlichen Umfangsspannung steht. Die in der gewölbten Wandung des Balges herrschende Zugspannung nimmt etwa in der Mittellage des Balges ein Maximum an. Ein Spannungsminimum dagegen ist erreicht, wenn der Balg bis in seine durch die VuI-kanisation fixierte Gestalt eingestülpt ist. Nur bei extrem zusammengepreßtem, im Betrieb jedoch nur verhältnismäßig selten eintretenden Zustand des Rollbalges können in Umfangsrichtung überhaupt nennenswerte Druckkräfte auftreten, die eine — jedoch nur auf die Dauer gefährliche — Faltenbildung herbeizuführen vermögen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Vulkanisierter Ring-Rollbalg aus gummiimprägniertem Gewebe mit innerer und äußerer Einspann-Ringwulst als luftdichter stirnseitiger, in Betriebs-Mittelstellung nach außen ringförmig ausgewölbter Abschluß einer—z. B. als Luftfeder gebräuchlichen — Druckluftkammer mit einem Gehäusetopf und einem im Durchmesser kleineren, als Rotationskörper ausgebildeten Stützkörper für den Rollbalg, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellungsprofil des unbelasteten Balges etwa dem Profil des in die unter den mittleren statischen Druck gesetzte Luftkammer eingebauten Balges mit der Abweichung entspricht, daß die innere Ringwulst (5) des eingestülpten Teils des spannungsfreien Balges luftdruckseitig aus der Ebene der äußeren Ringwulst (6) um eine Strecke herausragt, die etwa der axialen Relatiwerschiebung des Stützkörpers (8) gegenüber dem Gehäusetopf (7) beim Aufpumpen der Druckluftkammer vom Atmosphärendruck auf den das Gleichgewicht mit der äußeren Last herstellenden Innendruck entspricht.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 245 200, 274 753,
   135.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 109 710/276 10.