DE19716250A1

DE19716250A1 - Tubular elastic air spring in vehicle

Info

Publication number: DE19716250A1
Application number: DE1997116250
Authority: DE
Inventors: Roland Dr Altsinger; Gerhard Thurow
Original assignee: ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Current assignee: ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1998-10-22

Abstract

The air spring is contained within a tubular elastic housing whose ends bend and roll through approximately 180 degrees to their anchorage points. The elastic housing has two sets of parallel rows of strengthening threads (21,22) forming a diamond pattern. The apex of the diamond pattern is directed along the longitudinal axis of the tube. Each set of threads describes an angle of between 65 and 75 degrees to the horizontal axis.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder mit einem in einer zylindrischen Außenführung angeordneten elastomeren Rollbalg, der mit zwei Festigkeitsträgerlagen aus parallel zueinander angeordneten Fäden versehen ist, wobei die Fäden der einzelnen Festigkeitsträgerlagen so angeordnet sind, daß sie sich relativ zu der Umfangsrichtung des Rollbalges in entgegengesetzten Winkeln erstrecken.The invention relates to an air spring with one in one cylindrical outer guide arranged elastomeric bellows, the one with two reinforcement layers parallel to each other arranged threads is provided, the threads of each Reinforcement layers are arranged so that they are relative to the circumferential direction of the bellows in extend opposite angles.

Wird bei beschränkten Einbauverhältnissen eine Erhöhung der Tragkraft einer Luftfeder angestrebt, können Luftfedern mit außen geführten Rollbälgen eingesetzt werden, die bei gleichem Bauraum eine Erhöhung der Tragkraft ermöglichen. Dieses ist bei dem Einsatz in Personenkraftwagen von großem Interesse, da hier die Bauraumbeschränkungen besonders deutlich sind.If the installation conditions are limited, an increase in Striving for an air spring can use air springs externally guided bellows are used, with the same Allow space to increase the load capacity. This is of great interest when used in passenger cars because here the space restrictions are particularly clear.

Weiter ist bei außen geführten Luftfedern der Einsatz von Rollbälgen möglich, die eine äußerst geringe Wanddicke aufweisen. Dies ergibt eine Verbesserung des Fahrkomforts, da bei geringeren Balgwanddicken sich das Phänomen der Federwertverhärtung bei kleinen Amplituden minimiert. Dieses unter dem Fachbegriff "Harshness-Verhalten" bekannte Phänomen ist ebenfalls bei dem Einsatz von Luftfedern in Personen kraftwagen von wesentlicher Bedeutung, da dort der Fahrkomfortaspekt eine wesentlichere Bedeutung hat als bei im rauhen Betrieb eingesetzten Nutzfahrzeugen.Next is the use of Roll bellows possible, which have an extremely small wall thickness exhibit. This results in an improvement in driving comfort because with smaller bellows wall thicknesses the phenomenon of Spring hardening minimized with small amplitudes. This phenomenon known under the technical term "harshness behavior" is also in the use of air springs in people motor vehicles essential since there the Driving comfort aspect is more important than in im rough operation used commercial vehicles.

Aus der DE-OS 21 18 857 ist eine Luftfeder bekannt, die einen außen geführten Rollbalg aufweist. Der Rollbalg weist entweder eine Festigkeitsträgerlage mit 90° oder zwei Festigkeitsträgerlagen mit 80° bis 90° entgegengesetzten Winkeln auf, wobei bei 90° Anordnung die Fäden in Achsrichtung der Luftfeder liegen. Es wurde erwartet, daß durch diese Winkelwahl eine verbesserte Biegelebensdauer und Ermüdungslebensdauer des Rollbalges erreicht wird.From DE-OS 21 18 857 an air spring is known, the one has outside bellows. The bellows either a reinforcement layer with 90 ° or two Reinforcement layers with opposite 80 ° to 90 ° Angles, with the threads in the axial direction at 90 ° arrangement the air spring. It was expected through this Angle choice an improved bending life and Fatigue life of the bellows is reached.

Diese Erwartung wurde nicht erfüllt. Ein Rollbalg mit den vorstehend ausgeführten Festigkeitsträgerlagen erzielte keine zufriedenstellende Lebensdauer.This expectation was not met. A bellows with the none of the above-mentioned reinforcement layers achieved satisfactory lifespan.

In einer aus der DE 36 43 073 A1 bekannten Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, daß zur Vermeidung einer Federverhärtung bei hohen Frequenzen und kleinen Amplituden die Festigkeitsträgerlage einlagig ist und ihre Verstärkungsfäden genau parallel in Achsrichtung des Balges angeordnet sind. Diese parallele Ausrichtung bedeutet, daß die Fäden exakt in einem Winkel von 90° zur Umfangsrichtung angeordnet sind.In a further development known from DE 36 43 073 A1 it is proposed that to avoid spring hardening at high frequencies and small amplitudes Reinforcement layer is single-ply and its reinforcing threads are arranged exactly parallel in the axial direction of the bellows. This parallel alignment means that the threads are exactly in are arranged at an angle of 90 ° to the circumferential direction.

Die Auslegung der bekannten Luftfedern mit außen geführtem Rollbalg und einem Fadenwinkel von 90° führte zwar aufgrund der einen Lage zu einer geringen Balgwanddicke und somit zu einem guten Komfortverhalten aber nicht zu zufriedenstellenden Lebensdauerwerten. Lebensdauer und Komfortoptimierung stehen im Zielkonflikt, da für eine geringe Federverhärtung die Balgwand so dünn wie möglich sein muß, aber für eine ausreichende Lebensdauer die Balgwand vergrößert werden müßte.The design of the known air springs with outside Roll bellows and a thread angle of 90 ° resulted in one layer to a small bellows wall thickness and thus too good comfort behavior but not satisfactory Lifetime values. Lifetime and comfort optimization are available in the conflict of objectives, because for a low spring hardening the Bellow wall must be as thin as possible, but for one sufficient lifespan the bellows wall would have to be enlarged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Federverhärtung bei kleinen Amplituden gering ist, aber die dennoch eine ausreichende Lebensdauer hat.The invention has for its object an air spring to create the type mentioned, the spring hardening at small amplitudes is low, but still one has sufficient lifespan.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fäden der beiden Festigkeitsträgerlagen unter einem Winkel von 65° bis 75°, bezogen auf die Umfangsrichtung des Rollbalges, sich kreuzend angeordnet sind.The object is achieved in that the threads of the two reinforcement layers at an angle of 65 ° up to 75 °, based on the circumferential direction of the rolling bellows are arranged crossing.

Durch die im Gegensatz zu der herrschenden Fachmeinung ausgeführte Luftfeder mit einem Rollbalg mit flacheren Fadenwinkeln wurde überraschenderweise die dynamische Lebensdauer erhöht. Durch den Zuwachs an dynamischer Haltbarkeit kann die Balgwand des Rollbalges noch dünner und damit noch komfortabler ausgelegt werden. Je dünner die Balgwand ist, desto besser ist das sogenannte "Harshness- Verhalten", d. h. die Verringerung der Federwertverhärtung bei höheren Frequenzen und kleinen Amplituden.In contrast to the prevailing specialist opinion executed air spring with a bellows with flatter Thread angles surprisingly became dynamic Lifespan increased. Due to the increase in dynamic Durability can make the bellows wall of the bellows even thinner and so that it can be designed even more comfortably. The thinner the Bellow wall, the better the so-called "harshness Behavior ", i.e. the reduction in the hardening of the spring value higher frequencies and small amplitudes.

Es wird angenommen, daß die sich durch die Fadenwinkel bildende Rautenstruktur erst bei kleineren Winkeln als 80° wirksam ausbildet und so die Haltbarkeit des Rollbalges erhöht. Eine Verkleinerung der Winkel unter den im Patentanspruch angegebenen Bereich hinaus würde in den Bereich des Gleichgewichtswinkels und damit zu einem selbsttragenden Rollbalg führen, der bekanntermaßen in seinen radialen Abmessungen für den beengten Einbauraum im Pkw sehr ungünstig ist.It is believed that the thread angle forming diamond structure only at angles smaller than 80 ° effectively trains and so the durability of the rolling bellows elevated. A decrease in the angle under the Claim specified area would be in the area of the equilibrium angle and thus to a self-supporting Lead bellows, which is known in its radial Dimensions for the cramped installation space in the car are very unfavorable is.

Weiter wurde vorteilhaft festgestellt, daß bei der erfindungsgemäßen Luftfeder ein besserer Selbst reinigungseffekt eintritt. Zwischen der Balgwand und der Außenführung eingetretene Schmutzpartikel werden im Betrieb der Luftfeder herausgerieben. Dieser Effekt entsteht, weil sich beim Durchrollen der Balgwand durch die Falte der Fadenwinkel ändert und somit die Balgwand eine Längenänderung erfährt.It was also found advantageous that at air spring invention a better self cleaning effect occurs. Between the bellows wall and the Dirt particles that have entered the outside are in operation the air spring rubbed out. This effect arises because rolling through the fold of the bellows Thread angle changes and thus the bellows wall changes length experiences.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:An embodiment is shown below with the aid of the drawing the invention explained in more detail. It shows:

Fig. 1 eine Luftfeder mit außen geführtem Rollbalg im symmetrischen Halbschnitt, Fig. 1 shows an air spring with run outside the rolling bellows in the symmetrical half-section,

Fig. 2 in schematischer Darstellung einen ausvulkanisierten Rollbalg im gestreckten, drucklosen Zustand, Fig. 2 shows a schematic representation of a fully vulcanized rolling bellows in the extended, non-pressurized state,

Fig. 3 einen Meßvergleich hinsichtlich der dynamischen Tüchtigkeit zwischen einem Rollbalg mit einer einlagigen Festigkeitsträgerlage und einem Fadenwinkel von 90° sowie einem Rollbalg mit zwei Lagen eines Festigkeitsträgers und einem Fadenwinkel von sich kreuzenden 70°, Fig. 3 is a Meßvergleich in terms of the dynamic efficiency between a rolling bellows with a single-layer reinforcement layer and a thread angle of 90 ° as well as a rolling bellows having two layers of a reinforcement carrier and a cord angle of intersecting 70 °,

Fig. 4 einen Meßvergleich hinsichtlich der dynamischen Tüchtigkeit zwischen einem Rollbalg mit einer zweilagigen Festigkeitsträgerlage und einem Fadenwinkel von 80° sowie einem Rollbalg mit zwei Lagen eines Festigkeitsträgers und einem Fadenwinkel von sich kreuzenden 70°, Fig. 4 is a Meßvergleich in terms of the dynamic efficiency between a rolling bellows having a two-layer reinforcement layer and a thread angle of 80 ° as well as a rolling bellows having two layers of a reinforcement carrier and a cord angle of intersecting 70 °,

Fig. 5 Vergleichskurven für die in Fig. 3 verglichenen einlagigen und zweilagigen Rollbälge hinsichtlich ihres Federsteifigkeitsverhaltens. Fig. 5 comparison curves for the compared in Fig. 3 single-layer and two-layer bellows with regard to their spring stiffness behavior.

Die Luftfeder gemäß Fig. 1 weist ein oberes Befestigungsteil 11 und einen unteren Abrollkolben 12 auf, die an den gegeneinander abzufedernden Fahrzeugteilen fest angebracht sind. Ein wulstloser Rollbalg 13 ist mit seinen beiden Enden über Spannringe 15 und 16 an dem Befestigungsteil 11 einerseits und dem Abrollkolben 12 andererseits dicht befestigt. Der Rollbalg 13 liegt dicht an einer ihn umgebenden zylindrischen Außenführung 18 an und bildet im Bereich des Abrollkolbens 12 eine Rollfalte 19, die auf der Innenfläche der Außenführung 18 und der Außenfläche des Abrollkolbens 12 während der Federbewegungen abläuft.The air spring according to FIG. 1 has an upper fastening part 11 and a lower rolling piston 12 , which are fixedly attached to the vehicle parts to be cushioned against one another. A beadless rolling bellows 13 is tightly attached with its two ends via clamping rings 15 and 16 on the fastening part 11 on the one hand and the rolling piston 12 on the other hand. The bellows 13 bears tightly against a surrounding cylindrical outer guide 18 and forms in the region of the rolling piston 12 has a rolling lobe 19, which runs on the inner surface of the outer guide 18 and the outer surface of the rolling piston 12 during the spring movement.

Der Rollbalg 13 ist mit zwei übereinander angeordneten Festigkeitsträgerlagen aus parallel zueinander verlaufenden Fäden 21, 22 (Fig. 2) versehen. Die Fäden 21, 22 der Verstärkungseinlagen verlaufen unter einem Winkel in gekreuzter Anordnung. Die nachfolgenden Winkelangaben der Fäden der Gewebe lagen werden immer bezogen auf die Umfangsrichtung des Rollbalges angegeben. Die Fäden der Gewebelagen sind unter einem Winkel von 70° bezogen auf die Umfangsrichtung des Balges 13 angeordnet.The rolling bellows 13 is provided with two superimposed reinforcement layers made of threads 21 , 22 ( FIG. 2) running parallel to one another. The threads 21 , 22 of the reinforcing inserts run at an angle in a crossed arrangement. The following information on the angle of the threads of the fabric is always given in relation to the circumferential direction of the roll bellows. The threads of the fabric layers are arranged at an angle of 70 ° with respect to the circumferential direction of the bellows 13 .

Experimental example 1

Mehrere einlagige dünnwandige Luftfedern A mit einem Fadenwinkel von 90° wurden einem dynamischen Tüchtigkeitstest mit bestimmter Frequenz, Druck und Amplitude unterworfen. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, werden diese Luftfederbälge lediglich eine Lastwechselanzahl von ungefähr 1 bis 2 Mio aushalten.Several single-layer thin-walled air springs A with a thread angle of 90 ° were subjected to a dynamic efficiency test with a specific frequency, pressure and amplitude. As can be seen from FIG. 3, these air suspension bellows will only withstand a number of load changes of approximately 1 to 2 million.

Ein Rollbalg A wurde (Fig. 5) hinsichtlich seines Steifigkeitsverhaltens bei niedrigen Amplituden gemessen. Bei einer Frequenz von 1 Hz und einem Druck von 10 bar steigt die Steifigkeit bei kleinerwerdender Amplitude unter einem Millimeter signifikant an.A bellows A ( Fig. 5) was measured for its stiffness behavior at low amplitudes. At a frequency of 1 Hz and a pressure of 10 bar, the stiffness increases significantly as the amplitude decreases below one millimeter.

Experimental example 2

Die beiden Versuche wurden unter gleichen Versuchsbedingungen mit zwei erfindungsgemäßen dünnwandigen Rollbälgen durchgeführt, die jeweils eine zweilagige Festigkeitsträgerlage aufweisen, deren sich kreuzende Fäden unter einem Fadenwinkel von 70° liegen. Überraschenderweise zeigte sich (Fig. 3), daß der zweilagige 70°-Rollbalg eine um den Faktor von mindestens 3 höhere dynamische Tüchtigkeit aufweist. Auch in dem den Komfort bestimmenden Steifigkeitsverhalten ist diese Luftfeder B der Ausführung gemäß Stand der Technik (Luftfeder A) überlegen. Der Anstieg in dem Amplitudenbereich unter 1 mm ist weniger signifikant (Fig. 5) und hat darüber hinaus auch geringere absolute Werte.The two tests were carried out under the same test conditions with two thin-walled rolling bellows according to the invention, each of which has a two-layer reinforcement layer, the crossing threads of which lie at a thread angle of 70 °. Surprisingly, it was found ( FIG. 3) that the two-ply 70 ° roller bellows have a dynamic efficiency that is higher by a factor of at least 3. This air spring B is also superior to the version according to the prior art (air spring A) in the stiffness behavior that determines comfort. The increase in the amplitude range below 1 mm is less significant ( FIG. 5) and also has lower absolute values.

Auch gegenüber einer Luftfeder C mit zweilagigem Festigkeitsträger und 80°-Fadenwinkel ist die Luftfeder B überlegen (Fig. 4).The air spring B is also superior to an air spring C with a two-layer reinforcement and 80 ° thread angle ( FIG. 4).

Claims

Air spring with an elastomeric roller bellows arranged in a cylindrical outer guide, which is provided with two reinforcing layers of threads arranged parallel to one another, the threads of the individual layers being arranged such that they extend at opposite angles relative to the circumferential direction of the roller bellows, characterized in that that the threads ( 21 , 22 ) of the two reinforcement layers are arranged at an angle of 65 ° to 75 °, based on the circumferential direction of the rolling bellows ( 13 ), crossing one another.