DE1956811C3

DE1956811C3 - Luftfederbalg

Info

Publication number: DE1956811C3
Application number: DE1956811A
Authority: DE
Inventors: John B. Hudson Ohio Tilton
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1968-11-29
Filing date: 1969-11-07
Publication date: 1985-05-09
Also published as: DE1956811B2; FR2024497A1; DE1956811A1; JPS499527B1; GB1277469A; US3549142A

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftfederbalg, der zwei Wulstringe aufweist, die seiner dichten Befestigung an gegeneinander beweglichen starren Bauteilen dienen.

Aus der US-PS 30 43 582 ist ein Luftfederbalg dieser Art bekannt.

Es hat sich gezeigt, daß die Lebensdauer eines derartigen Luftfederbalges häufig dladurch begrenzt wird, daß Beschädigungen an den Umfangsteilen auftreten, die mit den starren Bauteilen in Berührung kommen, und zwar durch eingeschlossene Fremdkörper. In der Praxis kann es sich dabei um Staub oder Steinchen handeln, die infolge der dauernden Bewegung der Teile zueinander einen erheblichen Abrieb bewirken.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Lebensdauer eines Luftfederbalges der eingangs genannten Art zu erhöhen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Vorzugsweise Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Hinsichtlich des hier verwendeten Begriffes »Rillen« sei erwähnt, daß es sich dabei um Vertiefungen handeln kann (gesehen von der äußeren Umfangsfläche des Luftfederbalges) oder um Wellungen, d.h. Rillen, die sich, bezogen auf die Umfangsfläche, als Erhebungen und Vertiefungen darstellen.

Es sei schließlich noch erwähnt, daß aus der CH-PS 3 48 423 Rillen (Wellungen) im Bereich der Wulstringe bekannt sind, jedoch dienen diese dazu, sogenannte Entspannungskammern zu bilden.

Die Wirkungsweise der Erfindung soll nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Dabei zeigt

F i g. 1 einen teilweise im Schnitt gezeigten Aufriß des Luftfederbalges,

F i g. 2 einen Schnitt durch den montierten Luftfederbalg,

F i g. 3 und 4 Teilschnitte bei unterschiedlichen Belastungen des Balges,

F i κ. 5 eine abgewandelte Ausführungsforrn des

Erfindungsgegenstandes nach der F i g. 3,

Fig.6 eine abgewandelte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes nach der F i g. 2,

Fig.7 bis 9 weitere abgewandelte Ausführungsfors men des Eifindungsgegenstandes,

F i g. 10 und 11 verschiedene Gestaltungen der Rillen, F i g. 12 einen teilweisen Schnitt durch den Balg nach der F i g. 9 und
F i g. 13 und 14 weitere Abwandlungen des erfindungsgemäßen Luftfederbalges.

Der in F i g. 1 dargestellte Balg 1 (2) ist z. B. unter Anwenden von Wärme und Druck in allgemein bekannter Weise ausgefonnt worden. In der Wand 3, ULd zwar an beiden Enden sind ringförmige Metallringe oder Wulstringe 4 und 5 angeordnet Die Wulstringe 4 und 5 können auch in Form von Mehrfachwindungen eines Drahtstranges anstelle eines Ringes vorliegen. Der Balg besteht aus Kautschuk oder anderem Elastomeren, verstärkt mit einem Textilgut, wie Nylon oder Polyester, Die Textilschichten 6 und 7 sind um die Wulstringe 4 und 5 geführt und bilden ein Wulst- oder Textilgutwendeteil 8 unmittelbar benachbart hierzu. Da das Textilgutwendeteil 8 zwei Lagen Textilgut aufweist, die die Wulstringe 4 und 5 umgeben oder die zweifache Anzahl an Textilgutlagen oder Schichten im Vergleich zu denjenigen in dt.fl restlichen Teil des Balges 2 vorliegen, handelt es sich hierbei um ein steifes oder am schwierigsten durchzubiegendes Teil. Um den Umfang herum erstrecken sich Rillen (Vertiefungen) 9. Jede dieser Vertiefungen 9 erleichtert die Bewegung des Balges während des Betriebes. Es wurde gefunden, daß die Leichtigkeit der Bewegung besonders dann erreicht wird, wenn die Textilgutwendeenden 10 in einer der Vertiefungen 9 enden, und vorzugsweise würde dies die am weitesten von dem Wulstring 5 entfernt vorliegende Vertiefung 9 sein.

Der Balg im aufgepumpten Zustand bei der Benutzung unter Last ist in der F i g. 3 gezeigt, und zwar in der typischen Luftfederanordnung 11, wie sie normalerweise bei einer Kraftfahrzeugaufhängung angewandt wird. In der gezeigten Weise befindet sich der Balg zwischen dem oberen Halteelement 12 und dem unteren Halteelement 13 und ist hieran mittels der Wülste 8 befestigt Das untere Halteelement 13 paßt in einen glockenförmigen Kolben 14 in Form eines zylinderförmigen Metallteils und ist mittels der Bolzen 15 an einer Bodenplatte 16 befestigt, die z. B. das Achsenpolster eines Fahrzeugs sein kann. Das obere Halteelement 12 ist in ähnlicher Weise mit Bolzen 17 an

so der oberen Endplatte 18 befestigt, die z. B. der K raftfahrzeugrahmen sein kann. Das obere Halteelement 18 weist ebenfalls eine Luftarmatur 19 im Inneren einer der Bolzen 17 auf, um so ein Aufpumpen und Entleeren des Balges zu ermöglichen.

Sobald sich der Kolben 14 im Inneren des Balges bewegt, bewegen sich die Elemente 12 und 13 relativ zueinander und verändern die Konfiguration des Balges unter Erzeugen einer abrollenden Bewegung in dem wulstförmigen Teil 20 der Wand 3 in Richtung der in gestrichelten Linien gezeigten Bewegung.

Die Funktion und Aufbau der erfindungsgemäßen Vertiefungen sind insbesondere in den F i g. 3 und 4 dargestellt. Die sich um den Umfang herum erstreckenden Vertiefungen 9 werden normalerweise in die Wulst oder Textilgutwendeteile 8 während der Vulkanisation eingeformt und dringen in das Elastomere ein unter Ausbilden einer Einkerbung 21 in jeder der Textilgutschichten 6 und 7. Die Textilgutschichten 6 und 7 folgen

allgemein der Umrißform der Vertiefungen 9 und weisen somit ein erhöhtes Teil 22 auf, das zwischen den Vertiefungen 9 ausgebildet wird Die Anzahl der erforderlichen Vertiefungen wird von dem speziellen Anwendungsgebiet abhängen, wobei jedoch gewöhnlich ein oder zwei Vertiefungen ausreichend sind. Bei vielen Anwendungsgebieten können jedoch mehr als zwei Vertiefungen erforderlich sein, um beste Ergebnisse zu erzielen. Die Größe der Vertiefungen wird natürlich unterschiedlich sein in Abhängigkeit von der Dicke dieses Teils des Körpers, in dem die Vertiefungen angeordnet werden sollen. Als allgemeine Regel wurde jedoch gefunden, daß die Breite jeder Vertiefung an deren breitester Stelle sich auf etwa das 6- bis 8fache der Tiefe derselben belaufen sollte und die Tiefe jeder Vertiefung sollte sich auf etwa 333 bis etwa 50% der Gesamtdicke der Fläche belaufen, in der dieselbe angeordnet ist Typische Abmessungen für jede Vertiefung eines Teils mit einer Wulstfläche oder Textilgutwendedicke von etwa 0,864 cm ist eine Breite von etwa 1,42 cm und eine Tiefe von etwa 0228 ecm. Es ist zweckmäßig, bei dem Ausbilden der Vertiefungen etwa 0,635 cm Abdeckdicke des vulkanisierten Elastomeren beizubehalten unter Verhindern irgendeines Eindringens der Textilgutschicht

In F i g. 3 ist die normale Arbeitslage angenähert an eine Zwischenstellung während des Zusammendruckhubes wiedergegeben. In dieser Lage neigen die Vertiefungen 9 dazu, sich zu schließen, um so Scharnierstellen auszubilden, wodurch das durchgebogene Teil 20 der Wand 3 des Teils 1 wesentlich leichter der Umrißform des glockenförmigen Kolbens 14 folgen kann. In dieser Weise wird ein Einschließen oder Einfangen von Straßenstaub oder anderen Fremdstoffen, die sich zwischen der äußeren Oberfläche der Wand 3 und der Oberfläche des Kolbens 14 festsetzen können verhindert oder wesentlich verringert. Sobald sich das wulstförmige oder durchgebogene Teil 20 längs des Kolbens 14 rieh unten in die unterste Lage bei dem Zusammendrückhub bewegt, verbleiben die Vertiefungen 9 in der gleichen relativen Lage, als wenn sich das durchgebogene Teil 20 in der Zwischenlage befindet. Zur Erläuterung ist die Umrißform der Wand 3 im nicht aufgepumpten Zustand gestrichelt wiedergegeben und durch das Pezugszeichen 3' gekennzeichnet, und die Vertiefungen 9 sind ebenfalls gestrichelt wiedergegeben und durch das Bezugszeichen 9' gekennzeichnet.

Die Lage des durchgebogenen Teils 20 während des Rückprall- oder AusfaliHiubes ist in der F i g. 4 wiedergegeben. In dieser Lage sind die Vertiefungen 9 im größtmöglichen Ausmaß geöffnet, und die Einkerbungen 21 und erhöhten Teile 22 der Textilgutschichten oder Lagen 6 und 7 neigen dazu, sich aus deren vorhergehender Lage, siehe die F i g. 3, geradezurichten, wodurch die in dem Textilgutwendeteil 8 vorliegenden Beanspruchungen verringert werden und sich der Balg freier durchbiegen oder Rückprall zeigen kann. In dieser Weise wird die Lebensdauer der Feder wesentlich verlängert. Die ausgeformte Umrißform der Wand 3 und der Vertiefungen 9 sind auch hier gestrichelt gezeigt und durch das Bezugszeichen 3' bzw. 9' wiedergegeben. Es sind natürlich viele Kolbenumrißformen möglich in Abhängigkeit von dem speziellen Anwendungsgebiet, und die genaue Stelle der Vertiefungen sollte größtenteils aufgrund der speziellen Kolbenform bestimmt er werden. Bei der in der Fi.™. 5 gezeigten abgewandelten Ausführungsform handelt ei- sich bei dem Kolben 23 um eine geradwandige AusfühiHing mit Vertiefung, wobei ein vorstehendes Schulterteil 24 benachbart zu der taschenartigen Vertiefung 25 vorliegt, in die die Wulstringe 5 und 8 eingebracht werden. In diesem Fall sind die Vertiefungen 9 in dem Teil des Balges angeordnet, das an dem Schulterteil 24 des Kolbens 23 vorbeigehen muß und entspricht ebenfalls der Umrißform des geraden Wandteils 26, während des Arbeitens der Feder.

In einigen Fällen kann es sich auch als zweckmäßig erweisen, Vertiefungen in beiden Textilgutwendeteilen an jedem Ende des Teils wie z. B. in der Federanordnung 27 nach der F i g. 6 vorzusehen, wo die glockenförmigen Kolben 28 und 29 an beiden Enden des Teils 30 einwirken. Die Anordnung 27 ist in ihrer ausgeformten Lage gezeigt und die wulstförmigen oder durchgebogenen Teile 31 und 32 (die Rollbewegung ist gestrichelt wiedergegeben) sind somit an jedem Ende des Teils 30 ausgebildet, und die benachbart zu den Wulstringen 34 und 35 vorgesehenen Vertiefungen 33 ermöglichen es, daß die durchgebogenen Teile ii bzw. 32 der Umrißform deren entsprechender Kolben 28 und 29 in der gleichen Weise folgen können, als wenn lediglich ein einziger Kolben angewandt wird. Die Vertiefungen 9 sind bei dieser Bauart insbesondere wichtig aufgrund der Neigung von Schmutz oder anderen unzweckmäßigen Substanzen sich festzusetzen, wenn das durchgebogene Teil 31 gegen den Kolben 28 rollt

Die Ausnehmungen oder Vertiefungen, wie sie erfindungsgemäß vorgesehen sind, sind ebenfalls für die Ausbildung von Scharnierstellen zweckmäßig bei Strömungsmittelfedern der Balgentype, wie z. B. in der F i g. 7 in der ausgeformten Form wiedergegeben.

Bezüglich der Federanordnung 36 dieses Beispiels weist ein flexibles Teil 37 ei.ien Körper 38 auf, der zwei hohle durchgebogene Teile 39 und 40 mit allgemeiner Wulstform besitzt mit im wesentlichen nicht ausdehnbaren Wulstringen 41 und 42 an jedem der Enden derselben. Es ist ein Haltering 43 zwischen den Teilen 39 und 40 um den Balg herum angeordnet unter Halten des mittlren Teils des flexiblen Teils 37 an Ort und Stelle während des Arbeitens der Federanordnung 36. Das Bauteil 37 ist an dem oberen winkelförmigen Festhalteelement 44 und dem unteren winkelförmigen Festhalteelement 45 vermittels der Wülste <1 bzw. 42 in allgemein bekannter Art befestigt Das obere Festhalteelement 44 ist an der oberen Endplatte 44Λ vermittels der Befestigungsbolzen 46 und das untere Festhalteelement 45 in ähnlicher Weise an der unteren Endplatte 47 vermittels Befestigungsbolzen 48 befestigt. Das Luftarmaturventil 49 dient dem Aufpumpen und Entleeren des Bauteils.

Bei dieser Federanordnung sind die Vertiefungen 50 benachbart zu den Wulstringen 51 und 52 in den Teilen 39 und 40 angeordnet. Wenn der Balg einer vollen zusammendrückenden Kraft unterworfen wird, ergibt sich eine Anordnung, wie sie gestrichelt in der F i g. 7 wiedergegeben ist. Wie anhand dieser Darstellung ersichtlich, bewegen sich in diesem Zustand die durchgebogenen Teile 39 und 40 um die Ecken der Halteelemente 44 bzw. 45 und die Vertiefungen 50 neigen sich zu schließen und werden scrrit Scharnierstellen, wodurch die eintretende Bewegung erleichtert wird. Diese Balgentype kann im Gegensatz zu dem vorher geschilderten Typ, dip. gewöhnlich lediglich einer senkrechten Belastung unterworfen werden, sowohl senkrechten als auch seitlichen Belastungen unterworfen werden. Es kann sich somit als zweckmäßig erweisen, bis zu drei Vertiefungen 50 benachbart zu den

Wulstringen 51 und 52 einzuformen.

Eine weitere zweckmäßige Anwendung des Erfindungsgegenstandes betrifft die Kombination aus einer Kolben- und Balgenfeder, und dies ist eine relativ neue technische Entwicklung. In der F i g. 8 ist die Kombinationsanordnung 53 unter Belastung in ihrer ausgeformten Lage gezeigt, wo ein modifizierter glockenförmiger Kolben 54 sich im Inneren des Balges 55 bewegt. Das obere Teil des Balges 55 liegt in Form eines durchgebogenen Teils 56 mit allgemeiner Wulstform vor, und das untere Teil liegt in Form einer typischen röhrenförmigen Hülse mit rollendem durchgebogenen Wulstteil 57 vor. Die obere Wulst 58 an einem Ende des Bauteils führt zu einer Druckdichtung an dem oberen Halteelement 59, das seinerseits an der oberen Endplatte 16 üblicherweise, wie weiter oben beschrieben, befestigt ist. Die untere Wulst 61 führt zu einer Druckdichtung an dem unteren Halteelement 62, das an der unteren Endplatte 63 in herkömmlicher Weise befestigt ist. Ein Ring 64 hält das mittlere Teil des Bolzens 55 an Ort und Stelle. Es sind um den Umfang herum verlaufende Vertiefungen 67 benachbart zu den Wulstringen 65 und 66 angeordnet, und vorzugsweise liegen dieselben in den Wulstteilen oder Textilgutwendeteilen 58 bzw. 61 an jedem Ende des Bauteils 55 vor. Die Vertiefungen 67 benachbart zu dem Wulstring 66 wirken in üblicher Weise unter Ausbilden von Scharnierstellen, die es dem wulstförmigen Teil oder durchgebogenen Teil 57 des Bauteils 55 ermöglichen, sich der Umrißform des Kolbens 54 anzupassen und ermöglicht das Durchbiegen des rollenden durchgebogenen Teils 57.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform (Fig.9 bis 11), die dazu dient, weiterhin das Durchbiegen des Balges zu erleichtern, sind eine Mehrzahl an relativ eng im Abstand vorliegenden Rillen in wenigstens der äußeren Oberfläche des Balges angeordnet, die der dynamischen Berührung mit den Elementen des unter Druck stehenden Systems während des Betriebes unterworfen ist. Die Rillen (Wellungen) liegen vorzugsweise einheitlich angeordnet entweder in Umfangsrichtung, in Schraubenform oder sogar sinusförmig über der äußeren Oberfläche verteilt vor.

In der F i g. 9 ist im einzelnen der Balg mit 68 (69) und die Wand mit 70 bezeichnet. Es sind ebenfalls Wulstring 71 und 72 vorgesehen, und die Rillen sind mit 73 bzw. 73' und 73" bezeichnet. Während des Zusammendrückhubes des Durchbieg^zyklus läßt sich bei Einwirken des Kolbens 74 auf den Balg 68 und die Erzeugung der Rollbewegung in dem wulstförmigen oder durchgebogenen Teil 75 in der folgenden Weise beschreiben.

(1) In dem Abschnitt A werden längs der relativ geradlinigen Wand 70 die Wellungen 73 zusammengedrückt.

(2) In dem Abschnitt B, und zwar in dem wulstförmigen Teil 75, nähern sich die Wellungen 73 der ausgeformten Ganghöhe, siehe die F i g. 9, und

(3) in dem Abschnitt C, wo das wulstförmige Teil 75 des Bauteils 68 gegen den Kolben 74 rollt, werden die Wellungen 73 über die ausgeformte Ganghöhe

ίο hinaus gereckt oder gestreckt, siehe die F i g. 9. wodurch sich eine Verringerung der größten in dieser Fläche erzeugten Belastungen ergibt.

F i g. 13 zeigt einen weiteren Balgentyp 76 (77). In der

Wand 78 sind zwei wulstförmige Balgenteile 79 und 80 und ein Festhalte- oder Umgürtelungsring 81 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform sind die Wellungen 82 in der äußeren Oberfläche jedes durchgebogenen 1 eiis 79 und 80 unmittelbar benachbart zu dem Ring 81 angeordnet, da dies die Flächen sind, die dem größten Durchbiegen und der stärksten dynamischen Berührung unterliegen. Die Wellungen 82 in dem Abschnitt D, die mit dem Ring 81 in Berührung kommen, weisen im wesentlich deren ausgeformte Umrißform auf, da dieselben im wesentlichen durch den Ring 81 an Ort und Stelle gehalten oder daran gehindert werden, sich auszudehnen. Die Wellungen 82 in dem Abschnitt F, die nicht direkt in Berührung mit dem Ring 81 kommen, dehnen sich über derer; ausgeformte Umrißform aus, wobei diejenigen Wellungen 8z mit der größten Entfernung von dem Ring 81 um den größten Betrag ausgedehnt werden. In dieser Weise wird das Durchbiegen des Balges sehr stark erleichtert und hierdurch die Lebensdauer erhöht. Es kann sich ebenfalls als zweckmäßig erweisen, die Wellungen 82 über die gesamte äußere Oberfläche jedes Balgcntcjls 79 ür.d SO verlaufen zu lassen, da die dynamische Berührung ebenfalls während eines vollständigen Zusammenpressens eintreten wird, sobald die Enden des Balges benachbart zu den Wulstringen 83 und 84 vorliegen und sich gegen die oberen und unteren Festhalteelemente 85 bzw. 86, siehe die gestrichelte Linie in der Fig.7, bewegen.

Die Fig. 14 zeigt schließlich noch einen Balg 87 (88) mit in Umfangsrichtung verlaufenden Vertiefungen 89 benachbart zu dem Wulstring 90 sowie einer Mehrzahl Wellungen 91 in der Wand 8Z In dieser Weise ist das durchgebogene Teil 93 des Balges 88 in der Lage, sich eng an die Umrißform des Kolbens 94 anzupassen und

ebenfalls leichter an der Kolbenoberfläche 95 abzurollen. Hierdurch wird die Biegelebensdauer erheblich erhöht

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Luftfederbalg, der zwei Wulstringe aufweist, die seiner dichten Befestigung an gegeneinander beweglichen starren Bauteilen dienen, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Luftfederbalges an den Flächen, mit denen er an starren Bauteilen abrollt, sich in Umfangsrichtung erstrekkende Rillen (9,82) vorgesehen sind.

2. Luftfederbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen schraubenförmig am Umfang angeordnet sind.

3. Luftfederbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen wellenförmig am Umfang angeordnet sind.

4. Luftfederbalg nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen einen einheitlichen Abstand voneinander aufweisen.