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Verfahren zum Herstellen von Membranen für hydraulische Federn od.
dgl.
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Die Erfindung bezieht sich auf das Herstellen von Membranen für hydraulische
oder pneumatische Fedem od. dgl. und betrifft ein vereinfachtes Herstellungsverfahren
für schlauchartige Membranen mit hoher Biegsamkeit.
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Es gibt in der Technik eine Reihe von Anwendungsgebieten, insbesondere
z. B. bei hydraulischen oder pneumatischen Federungen, bei denen ein Kolben gegen
einen Zylinder durch eine schlauchartige Membran abgedichtet ist, die am einen Ende
mit ihrer einen Öffnung kleiner als der Durchmesser ihres schlauchartigen Teiles
mit einem Kolben und am anderen Ende mit ihrer anderen Öffnung größer als der Durchmesser
ihres schlauchartigen Teiles mit dem Zylinder verbunden ist. Im Verlauf eines ganzen
Kolbenhubs wird dabei die Membran von innen nach außen und umgekehrt umgestülpt.
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Die Membran wird üblicherweise aus mehreren übereinanderliegenden
Gewebe einlagen hergestellt, deren jede in einer Schicht biegsamen flüssigkeits-bzw.
gasundurchlässigen Werkstoffes, z. B. Kautschuk, liegt. Nach dem bekannten Verfahren
werden derartige Membranen mit biegsamer Wandung durch Aufeinanderlegen bzw. Übereinanderschlagen
der mit dem entsprechenden Werkstoff getränkten Gewebe in Form eines Schlauches
mit einem im wesentlichen dem kleinsten Durchmesser der Membran entsprechenden Durchmesser
hergestellt, worauf dieser Schlauch im Verlauf des Herstellungsverfahrens auf die
größeren Durchmesser entsprechend dem Endmaß aufgeweitet wird. Wenn die Differenz
zwlschen den Durchmessern des Hohlkörpers der Membran sehr groß, insbesondere mehr
als das 3t12fache ist, ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten durch die Verminderung
der Festigkeit infolge der Dehnung und die Unmöglichkeit, das Gewebe über ein bestimmtes
Maß hinaus zu dehnen, ohne die Gewebebindung zu zerstören.
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Durch die Erfindung werden diese Schwierigkeiten auf einfache Weise
dadurch überwunden, daß der schlauchartige Rohling in der senkrecht zu seiner Achse
stehenden Mittelebene eingeschnürt und der auf der einen Seite der Einschnürung
gelegene Schlauchteil über den auf der anderen Seite der Einschnürung gelegenen
Schlauchteil gestülpt wird. Der schlauchartige Rohling weist die halbe Anzahl der
Einlagen des Fertigteiles auf.
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Dabei wird vorzugsweise der schlauchartige Rohling zum Einschnüren
unter Zugspannung gesetzt, gleichzeitig verdrillt und an den nicht einzuschnürenden
Teilen von innen abgestützt. Der schlauchartige Rohling kann aber auch zum Einschnüren
mit einem Faden oder Draht umwickelt werden, während die nicht einzuschnürenden
Teile von innen abgestützt werden.
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Die an beiden Seiten der Einschnürung gelegenen Teile des schlauchartigen
Rohlings können vor dem Umstülpen an ihren Enden aufgeweitet und nach dem Umstülpen
die aufgeweiteten Teile aufeinandergelegt und miteinander verbunden werden. Zur
Verbesserung der Festigkeit der Öffnung mit kleinem Durchmesser kann im Inneren
des schlauchartigen Rohlings in der Ebene der Einschnürung eine einen kleineren
Durchmesser als der Rohling aufweisende Scheibe mit Randflanschen angeordnet und
der Rohling bis zum Anliegen am Umfang der Scheibe und zwischen deren Flanschen
eingeschnürt werden.
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Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, auf einfache
Weise eine schlauchartige Membran mit einer mehrschichtigen Gewebeeinlage herzustellen,
wobei durch die Anordnung einer Faltkante an der Öffnung mit kleinerem Durchmesser
eine ganz erhebliche Verstärkung dieser Öffnung mit einfachsten Mitteln erreicht
wird und wobei eine Membranfläche mit mehrschichtiger Einlage mit diagonal im Winkel
zu benachbarten Einlageschichten verlaufenden Fäden mit hoher Flexibilität entsteht.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
näher erläutert; Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Membran, die nach einer vorzugsweisen
Ausführungsform gemäß der Erfindung hergestellt ist und einen kleinen und einen
großen Wulstabschnitt an den gegenüberliegenden Enden aufweist; Fig. 2 ist eine
Seitenansicht auf die Membran gemäß Fig. 1, wobei Teile ausgebrochen sind, um den
Fadenverlauf der Einlage und die Art, in der die Einlage am schmalen Wulstabschnitt
umgefaltet ist, zu zeigen; Fig. 3 ist eine Seitenansicht, teilweise im SchmW auf
die Vorrichtung zur Herstellung der vorzugsweisen Ausbildungsform des schmalen Wulstabschnittes
gemäß Fig. 1 und 2; Fig. 4 ist eine Seitenansicht auf den ersten Arbeitstakt des
Verfahrens zur Herstellung des kleinen Wulstabs chnittes der vorzugsweisen Ausführungsform
gemäß der Erfindung; Fig. 5 ist eine Seitenansicht auf den zweiten Arbeitstakt;
Fig. 6 ist eine Seitenansicht, die einen weiteren Arbeitstakt bei der Herstellung
des kleinen Wulstabschnittes zeigt; Fig. 7 ist ein Querschnitt entlang der Linie
VII-VII in Fig. 6, wobei der Dorn entfernt ist, um die Richtung der Fäden der fertiggestellten
Ausbildungsart des kleinen Wulstabschnittes zu zeigen; Fig. 8 ist eine Teilansicht
auf einen fertiggestellten Schlauch oder Beutel und zeigt eine Abwandlungsform der
vorzugsweisen Ausbildungsform; Fig. 9 ist ein Querschnitt entlang der Linie IX-IX
in Fig. 8 und zeigt Schichtung und Fadenrichtung des Schlauches bei der Abwandlungsform
des schmalen Wulstabschnittes gemäß Fig. 8, und Fig. 10 ist ein Querschnitt einer
anderen Abwandlungsform, ähnlich Fig. 9 ohne Scheibe, bei der der kleine Wulstabschnitt
durch übereinanderlaufende Fäden des Gewebes gebildet wird.
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Fig. 1 und 2 zeigen eine im wesentlichen zylindrische Form einer
Membran, die gemäß dem Verfahren nach der Erfindung hergestellt ist.
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Die fertige Membran D umfaßt ein biegsames, zylindrisches Teil 10
mit einem sich nach innen verengenden Wulstabschnitt oder Endabschluß 12 mit kleinem
Durchmesser und mit einem sich nach auswärts erweiternden Wulstabschnitt 11 mit
großem Durchmesser zur Verbindung mit dem nicht dargestellten Zylinder der hydraulischen
Feder. Diese Wulstabschnitte bestehen aus und stehen miteinander in Verbindung durch
eine äußere Einlageschicht 13 und eine innere Einlageschicht 14 aus Kordgewebe,
welches mit einem flüssigkeitsundurchlässigen Werkstoff, z. B. Gummi, getränkt ist.
Der Wulstabschnitt 12 ist durch eine Metallscheibe 15 mit Außenflanschenl6, 17 abgeschlossen,
zwischen denen die Gewebeeinlagen entlang einer durchlaufenden Faltlinie übereinanderliegend
und im wesentlichen gleichlaufend eingefaltet sind. Die Scheibe 15 ist ferner mit
einem Führungsstift 18 oder einer anderen, nicht dargestellten Befestigungsvorrichtung
versehen, die zur konzentrischen Lagerung der Scheibe während der Herstellung des
Endabschlusses 12 und, je nach den nicht dargestellten mechanischen Vorrichtungen,
zur Befestigung des Endabschlusses der Membran in der nicht dargestellten Flüssigkeitsfeder
dient.
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Es wird weiter unten eingehend erläutert, wie der Wulstabschnitt
12 eingeschnürt und bogenartig nach innen bis zur Berührung mit der mit einem beliebigen
Durchmesser, kleiner als der des zylindrischen Teiles 10, ausgebildeten Scheibe
15 eingezogen wird.
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Auf diese Weise wird für jeden gegebenen Durchmesser des großen Wulstabschnittes
11 und für jede gegebene Länge des zylindrischen Teiles 10, gemessen vom Wulstabschnitt
11 bis zu dem Punkt, an dem der Wulstabschnitt 12 beginnt, sich nach innen einzuziehen,
die effektive Verschiebungslänge der Membran D, die von dem Wulstabschnitt 11 bis
zum Innendurchmesser des Wulstabschnittes 12 gemessen wird, entsprechend vergrößert,
je mehr der kleinere Wulstabschnitt 12 nach innen gezogen ist.
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Gleicherweise wird, unabhängig von der Größe des nicht dargestellten
Kolbens, der mit dem Stift 18 auf der Scheibe 15 befestigt ist, der effektive Kolbenhub
vergrößert und dabei die Güte der hydraulischen Feder verbessert, wobei selbstverständlich
ein ausreichender radialer Zwischenraum zwischen dem Kolben und dem zylindrischen
Teil 10 vorgesehen werden muß, um das Ineinanderstülpen dieses Teiles sicherzustellen.
Andererseits können, wenn nur wenig Platz zur Verfügung steht, die Kolbenlänge,
die Länge des zylindrischen Teiles und die Länge der Feder bei gleichbleibender
effektiver Verschiebungslänge der Membran und daher dem gleichen effektiven Kolbenhub
vermindert werden. In einem Automobil oder einem Autobus z.B. kann durch diese erhöhte
Federwirkung ein weicheres Fahren, insbesondere unter schwerer Belastung und/oder
auf schlechten Straßen, erreicht werden.
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Wie aus Fig. 1 und 2 außerdem zu ersehen ist, verlaufen die Fäden
der übereinanderliegenden Gewebeeinlagen 13 und 14 von dem einen Rand der Membran
D zum anderen, wobei die einzelnen Fäden der Einlage 14 über die einzelnen Fäden
der Einlage 13 mit einem Winkel A zwischen 30 und 1500, vorzugsweise jedoch zwischen
70 und 1000, gegeneinander verlaufen. Ausgedrückt in den bei Membranen und auf verwandten
Gebieten gebräuchlichen Worten: Die Fäden der einzelnen Lagen liegen gegeneinander
in üblicher Weise in verschiedenen Richtungen unter einem Fadenwinkel B zwischen
15 und 750, vorzugsweise jedoch zwischen 40 und 500. Der Begriff »Fadenwinkel« wird
definiert als der Winkel zwischen den einzelnen Fäden und der Ebene einer Umfangslinie,
wobei die Ebene senkrecht zur Achse der Membran steht.
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Durch die Anordnung der einzelnen Fäden der Einlagen 14 und 13 wird
ein Widerstand gegen seitliche Bewegung des zylindrischen Teiles 10 erreicht, so
daß er leicht in sich selbst hineingestülpt werden kann, ohne daß die Gefahr besteht,
daß er gequetscht oder beschädigt wird, da jede seitliche Bewegung der Membran sofort
einen die seitliche Bewegung verhindernden Zug auf eine Anzahl der Fäden verursacht.
Das maximal mögliche Maß des Winkels oder des Fadenwinkels B, wie oben beschrieben,
ergibt zwar eine ausreichende Festigkeit, jedoch ist festgestellt worden, daß die
oben angeführte minimale Größe des Winkels die besten Ergebnisse bewirkt und daher
vorzuziehen ist.
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Im folgenden werden an Hand der Fig. 3, 4, 5 und 6 die aufeinanderfolgenden
Arbeitstakte zur Herstellung des kleineren Wulstabschnittes 12 beschrieben. Ein
Paar bewegbarer Dorne 19 und 20 mit
abgerundeten, einander gegenüberliegenden
Stirnseiten 19a bzw. 20a werden in Abstand gegeneinander axial ausgerichtet zur
Aufnahme der Scheibe 15 angeordnet. Die Scheibe ist konzentrisch auf dem vorspringenden
Teil eines axial verschieblich im Dorn 20 angeordneten Zapfens 21 angebracht. Der
Zapfen 21 ist mittels einer schwachen Druckfeder 21 a aus dem Dorn 20 herauszudrücken.
Außerdem ist der Zapfen 21 während der Folge der Arbeitstakte zur Herstellung des
Wulstabschnittes 12 im Dorn 20 frei drehbar und längsbeweglich, und jeder Dorn 20
hat an der Stirnseite eine kreisförmige Ausnehmung 22, um die Scheibe 15 während
eines folgenden, weiter unten beschriebenen Arbeitstaktes aufzunehmen.
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Die Bewegung der oben beschriebenen Dorne wird mechanisch derart
gesteuert, daß der Dornl9 entweder festliegt oder mittels eines nicht dargestellten
hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagten Kolbens auf den Dorn 20 zu oder von
ihm weg bewegt wird, wogegen der Dorn 20 gleichzeitig gedreht und/oder, durch entsprechende,
nicht dargestellte Vorrichtungen, auf den Dorn 19 zu oder von ihm weg bewegt werden
kann. Zusätzlich kann die Bewegung des Dorns 20 in Richtung auf den Dorn 19 zu dem
weiter unten erläuterten Zweck von einer auf das gegenüberliegende Ende des Zapfens
20b wirkenden, nicht dargestellten vorgespannten Feder bewirkt werden.
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In Fig.4 ist der schlauchförmige Rohling23 auf den im Abstand einander
gegenüberliegenden Domen 19 und 20 und auf der Scheibe 15 befindlich dargestellt.
Der schlauchförmige Rohling 23 ist aus einem Streifen von im wesentlichen nicht
längsdehnbarem, nicht oder nur sehr leicht verwebtem Kordgewebe der für die Herstellung
von Luftreifendecken verwendeten Art vorgeformt. Der Rohling 23 kann auch aus einem
verflochtenen oder gewirkten Gewebe hergestellt sein, und entsprechend soll der
hier verwendete Ausdruck »Kordgewebe« auch gewirkte oder geflochtene Gewebe, ebenso
wie bekannte Kordgewebe, einschließen.
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Die Fäden des Gewebes können aus Polyamid, Kunstseide, Baumwolle,
Stahl, Glas oder anderem relativ nicht streckbarem, aber biegbarem Werkstoff bestehen.
Das Gewebe ist mit Kautschuk, entweder natürlichem oder synthetischem Kautschuk,
oder einem anderen biegbaren oder elastischen Kunststoff, der das Gewebe flüssigkeitsundurchlässig
macht, überzogen oder auf andere Weise behandelt. Der Streifen von Kordgewebe wird
dann schräg geschnitten und um einen nicht dargestellten Dorn im wesentlichen spiralförmig
aufgewickelt, wobei die Kanten sich stoßen. Alle diese Arbeitsgänge sind in der
Technik bekannt. Jedoch ist darauf zu achten, daß der oben definierte Fadenwinkel
B gemäß Fig. 2 innerhalb des beschriebenen Bereiches liegt.
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Der schlauchförmige Rohling 23 wird dann über die im Abstand voneinander
liegenden Dorne 19 und 20 aufgeschoben und darauf durch bandförmige Schlauchklemmen24,
wie in Fig. 4 dargestellt, befestigt. Als nächstes wird, wie in Fig. 5 dargestellt,
der unter Federspannung stehende Dorn 20 um das erforderliche Maß gedreht und gleichzeitig
unter Zug im Kordgewebe auf den Dorn 19 zu bewegt.
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Während dieser Bewegung des Dorns 20 wird der zwischen den Enden der
Dorne liegende Abschnitt des Rohlings 23 unter Längsspannung verdrillt, dabei eingeschnürt
und bogenförmig längs der abgerundeten
Dornstirnseiten 19 a und 20a bis in Berührung
mit der Scheibe 15 zwischen den Flanschen 16 und 17 nach innen gezogen. Durch den
im Rohling 23 auftretendem Zug wird ein Übereinanderschieben des sich auf die Scheibe
15 einschnürenden Gewebes vermieden und außerdem eine außerordentlich dichte Lage
der Fäden zwischen den Flanschen 16 und 17 erreicht, wodurch die Notwendigkeit,
einen Draht oder einen Faden um das Gewebe zu ziehen, um es in Anlage an der Scheibe
zu halten, entfällt.
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Bei der dargestellten Ausführung ist der Grad der Verdrillung, annähernd
100 bis 150°, mit dem Fadenwinkel des Gewebes davon abhängig, ob eine mit Flanschen
versehene Scheibe notwendig ist bzw. welchen Durchmesser die verwendete Scheibe
hat.
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Der nächste Arbeitstakt des Verfahrens ist, wie in Fig. 6 dargestellt,
die Dorne 19 ,20 mit ihren Stirnseiten gegeneinanderzudrücken, um die einander zugeordneten
Klebeflächen aneinanderzukleben. Dies geschieht dadurch, daß der Dorn 19 aus seiner
festliegenden Stellung gegen den jetzt festliegenden Dorn 20 geschoben wird. Bei
dieser Schubbewegung wird die Scheibe 15 in den Ausnehmungen 22 der Dorne aufgenommen.
Fig. 7 zeigt die Art, wie die die Einlage 13 bildenden Fäden verdrillt sind, wenn
das Gewebe auf dem Umfang der Scheibe 15 anliegt. Die die Einlage 14 bildenden Fäden
sind in gleicher Weise, aber in entgegengesetzter Richtung, verdrillt.
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Aus Fig. 2 und 6 ist zu ersehen, daß die Klemmen 24 entfernt werden,
und dann wird das eine Ende des schlauchartigen Rohlings in einer kontinuierlichen
Faltlinie über das andere Ende gestülpt, um so den zylindrischen Teil 10 zu bilden,
wobei die Faltlinie auf dem Umfang der Scheibe 15 zwischen den Flanschen 16 und
17 liegt. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden, vorzugsweise jedoch
durch Abziehen des einen Endes vom Dorn und Überstülpen über das noch auf seinem
Dorn befindliche andere Ende des Rohlings, von welchem er dann abgenommen wird.
Es können aber auch, um eine konisch geformte Membran zu erhalten, der gesamte Rohling
23 mit der Scheibe 15 von den Dornen abgezogen und die Enden des Rohlings einzeln
ausgedehnt und übereinandergestülpt werden.
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Die Membran D wird dann durch Formen und Nachaußenziehen des großen
Wulstabschnittes 11 auf eine beliebige, bekannte Weise vervollständigt.
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Zum Beispiel kann das zylindrische Teil 10 auf eine entsprechend geformte,
nicht dargestellte Ziehform aufgesetzt und die übereinanderliegenden und im wesentlichen
gleichverlaufenden Einlagen um ein Bündel von nicht dargestellten Wulstdrähten umgeschlagen
werden. Danach wird die Membran D in eine nicht dargestellte Form eingebracht, in
der sie fertiggeformt und entsprechend den bekannten Verfahren unter Hitze und Druck
vulkanisiert wird.
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In Fig. 8, 9 und 10 sind zwei Abwandlungsformen dargestellt. Beide
Fälle unterscheiden sich von der vorstehend beschriebenen Herstellung dadurch, daß,
wie weiter unten ausgeführt, der Dorn 20 nur gegen eine Federspannung frei auf den
Dorn 19 zu und von ihm weg zu bewegen ist.
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Wie in Fig. 8 dargestellt, weist die erste Abwandlungsform auch eine
Scheibe 15 auf. Es wird aber an Stelle der Drehung des Dornes 20 zum Verdrillen
des schlauchförmigen Rohlings 23 ein Draht oder ein Faden 25 um den Schlauch geschlungen,
der das Gewebe gegen die Scheibe einzieht. Da der Rohling 23
hier
nicht verdrillt wird und der Dorn 20 frei gegen den Dorn 19 bewegbar ist, entsteht
kein oder nur ein geringer Zug im Rohling. Daher wird, wie in Fig. 9 dargestellt,
bei diesem Verfahren ein t bereinanderlegen oder Einfalten des Schlauches in Richtung
des Fadenwinkels bewirkt. Im Vergleich mit der zuerst beschriebenen Ausbildungsform
hat diese Art des Faltens dadurch eine Reihe von Nachteilen, daß der Wulstabschnitt
12 dicker und dadurch weniger biegsam ist und die Möglichkeit der Beschädigung am
Anfang jeder Falte durch Abbiegen bei Gebrauch erhöht wird. Jedoch wurde festgestellt,
daß Membranen mit relativ kurzen Falten, wie in Fig. 8, 9 und 10 dargestellt, in
zufriedenstellender Weise arbeiten.
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Fig. 10 stellt eine andere Abwandlungsform dar, in der keine Scheibe
verwendet wird. Statt dessen wird der Dorn 20 zum Verdrillen des Rohlings 23 stärker
gedreht als in der zuerst beschriebenen Ausbildungsform. Bei diesem Verfahren entstehen
im Gewebe ebenfalls Falten in Richtung der Verdrillung, da der Zug auf den Schlauch
23 fehlt und infolge sehr kleiner Mittelöffnung, die später während des Vulkanisierens
durch eine Kautschuklage geschlossen wird. Um das Verdrillen zu erleichtern und
den kleinen Wulstabschnitt oder die Endöffnung 12 zu verstärken und damit die bei
Betrieb unter hydraulichem Druck zwischen den Einlageschichten auftretenden Scherkräfte
zu vermindern, kann, wie oben beschrieben, ein Faden oder ein Draht verwendet werden.