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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzmanschette für eine Luftfeder oder ein Luftfederbein umfassend einen ersten Faltenbalg mit einem ersten Faltenbalgabschnitt aus einem elastomeren Material und einen zweiten Faltenbalg mit einem zweiten Faltenbalgabschnitt aus einem elastomeren Material, die funktional miteinander in Reihe geschalten sind. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Luftfeder und ein Luftfederbein mit einer derartigen Schutzmanschette.
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Schutzmanschetten der eingangs genannten Art werden dazu verwendet, eine Luftfeder oder ein Luftfederbein vor Umwelteinflüssen zu schützen. Hierzu umgibt die Schutzmanschette zumindest abschnittsweise die Luftfeder oder das Luftfederbein.
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Während einer Ein- und Ausfederbewegung der Luftfeder oder des Luftfederbeins muss sich die Schutzmanschette an die Federwege anpassen können. Deshalb werden üblicherweise Schutzmanschetten mit einer Faltenkontur verwendet, die sich je nach Bedarf zusammenfalten oder auseinanderfalten lassen.
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EP 2 032 870 B1 offenbart eine Luftfeder mit einer Schutzmanschette, die einen inneren Faltenbalg und einen äußeren Faltenbalg aufweist, wobei der innere Faltenbalg einen geringeren Durchmesser als der äußere Faltenbalg aufweist. Bei Einfederung der Luftfeder wird der äußere Faltenbalg zusammengedrückt und der innere Faltenbalg auseinander gezogen. Dadurch kann die spezifische Biegebelastung der einzelnen Falten gering gehalten werden und die Anzahl von Falten erhöht werden, was mehr Bewegungsfreiheit und einen erhöhten Ein- und Ausfederweg zur Folge hat.
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EP 198 734 A1 offenbart eine Schutzmanschette für eine Stoßdämpferstange, die zwei oder mehrere Faltenbälge unterschiedlichen Durchmessers aufweist. Die Faltenbälge sind funktional miteinander in Reihe geschalten.
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Der zur Verfügung stehende Bauraum für eine Luftfeder oder ein Luftfederbein ist aufgrund anliegender Bauteile gewöhnlich eingeschränkt. Dies hat zur Folge, dass der Außendurchmesser einer herkömmlichen Schutzmanschette und dessen Blockmaß begrenzt sind. Zusätzlich sind aufgrund des begrenzten Bauraums die maximalen Ein- und Ausfederwege der Schutzmanschette eingeschränkt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Schutzmanschette für eine Luftfeder oder ein Luftfederbein, eine Luftfeder und ein Luftfederbein zu schaffen, die bei voller Einfederung eine geringe Veränderung des Außendurchmessers und gleichzeitig ein geringes Blockmaß aufweisen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schutzmanschette mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie eine Luftfeder mit den Merkmalen nach Anspruch 8 und ein Luftfederbein mit den Merkmalen nach Anspruch 9 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schutzmanschette werden in den Unteransprüchen beansprucht.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst die Schutzmanschette einen ersten Faltenbalg mit einem ersten Faltenbalgabschnitt aus einem elastomeren Material und einen zweiten Faltenbalg mit einem zweiten Faltenbalgabschnitt aus einem elastomeren Material, die funktional miteinander in Reihe geschalten sind, wobei wenigstens einer der Faltenbalgabschnitte eine den Durchmesser in Axialrichtung stetig verringernde Faltenkontur aufweist.
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Da wenigstens einer der Faltenbalgabschnitte eine den Durchmesser in Axialrichtung stetig verringernde Faltenkontur aufweist, weist die Schutzmanschette im voll eingefederten Zustand ein geringes Blockmaß sowie eine geringfügige Änderung des Außendurchmessers auf.
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Vorteilhaft entspricht der Durchmesser des ersten Faltenbalgabschnitts auf der dem zweiten Faltenbalg abgewandten Seite in etwa dem Durchmesser des zweiten Faltenbalgabschnitts, wobei sich der Durchmesser des ersten Faltenbalgabschnitts in Richtung des zweiten Faltenbalgabschnitts stetig verringert. Vorliegend wird unter einer stetig verringernden Faltenkontur eine in Radialrichtung nach innen führende Faltenkontur verstanden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die den Durchmesser in Axialrichtung stetig verringernde Faltenkontur eine konische Hüllfläche auf.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weist der zweite Faltenbalgabschnitt eine den ersten Faltenbalg und den zweiten Faltenbalg miteinander verbindenden Verbindungsabschnitt auf, der verschwenkbar ausgebildet ist, wobei der Verbindungsabschnitt bei einer Einfederung der Schutzmanschette nach innen verschwenkt, um den ersten Faltenbalg in Radialrichtung nach innen zu führen.
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In Fertigungslage ist der Verbindungsabschnitt vorteilhaft in Radialrichtung nach innen und in Axialrichtung nach oben ausgerichtet. In Einbaulage ist die Schutzmanschette vorteilhaft bereits in einer voreingefederten Position. Der Verbindungsabschnitt ist durch die in Axialrichtung wirkende Druckvorspannung bereits in Radialrichtung nach innen und in Axialrichtung nach unten verschwenkt.
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Beim Einfedern erfährt die Schutzmanschette in Axialrichtung wirkende Druckkräfte. Diese Druckkräfte werden zuerst von dem ersten Faltenbalg und dem Verbindungsabschnitt aufgenommen. Dabei wird der erste Faltenbalg zusammengedrückt und der Verbindungsabschnitt in Axialrichtung nach unten gedrückt. Da der erste Faltenbalg mit dem radial inneren Ende des Verbindungsabschnitts verbundenen ist, wird der erste Faltenbalg von dem Verbindungsabschnitt in Radialrichtung nach innen geführt. Durch die stetige Verringerung des Durchmessers in Axialrichtung des ersten Faltenbalgabschnitts zum Verbindungsabschnitt hin ist die axiale Bewegung des ersten Faltenbalgabschnitts nicht durch den zweiten Faltenbalgabschnitt begrenzt, sondern kann sich innerhalb des zweiten Faltenbalgabschnitts erstrecken.
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Das radial äußere Ende des Verbindungsabschnitts ist vorteilhaft mit dem zweiten Faltenbalgabschnitt verbunden. Bei voller Einfederung faltet sich die Schutzmanschette in den Bereich zwischen einer Außenführung und einem Abrollkolben einer Luftfeder oder eines Luftfederbeins.
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Beim Ausfedern der Schutzmanschette wird der erste Faltenbalg auseinandergezogen und der Verbindungsabschnitt ebenfalls in Axialrichtung nach oben gezogen. Um einen möglichst weiten Ausfederungsweg zu gewährleisten, verschwenkt der Verbindungsabschnitt in Axialrichtung nach oben.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weist der erste Faltenbalgabschnitt erste Falten auf, die zackenförmig ausgebildet sind, wobei der zweite Faltenbalgabschnitt zweite Falten aufweist, die wellenförmig ausgebildet sind.
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Die zackenförmig ausgebildeten ersten Falten des ersten Faltenbalgabschnitts können im Gegensatz zu anderen Ausgestaltungen beim Ausfedern der Schutzmanschette besonders gut auseinandergezogen werden und beim Einfedern der Schutzmanschette besonders gut zusammengedrückt werden, was einen weiten Ausfederungsweg gewährleistet.
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Axial auf den ersten Faltenbalgabschnitt wirkende Druckkräfte, die nicht von dem ersten Faltenbalgabschnitt oder dem Verbindungsabschnitt aufgenommen werden können, werden über den Verbindungsabschnitt auf den zweiten Faltenbalgabschnitt übertragen. Zu diesem Zeitpunkt erstreckt sich der Verbindungsabschnitt und Teile des ersten Faltenbalgabschnitts innerhalb des zweiten Falbenbalgabschnitts. Der zweite Faltenbalgabschnitt ist mit der radial äußeren Seite des Verbindungsabschnitts verbunden, womit die Druckkräfte, die auf den ersten Faltenbalgabschnitt wirken, eine in Axialrichtung nach unten und in Radialrichtung nach innen wirkende Kraft auf den zweiten Faltenbalgabschnitt generieren.
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Die wellenförmig ausgebildeten zweiten Falten des zweiten Faltenbalgabschnitts sind aufgrund ihrer Ausgestaltung nur in vergleichsweise geringem Maße zusammendrückbar oder auseinanderziehbar, allerdings gut verschwenkbar.
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Durch die Wellenform des zweiten Faltenbalgabschnitts und die Bewegung des Verbindungsabschnitts und des ersten Faltenbalgabschnitts in Axialrichtung nach unten wird der zweite Faltenbalgabschnitt abschnittsweise, Falte für Falte, in Radialrichtung nach innen und in Axialrichtung nach unten verschwenkt. Somit kann die axiale Ausdehnung des zweiten Faltenbalgabschnitts reduziert werden. Bei voller Einfederung der Schutzmanschette ist mindestens die Hälfte aller zweiten Falten des zweiten Faltenbalgabschnitts in Radialrichtung nach innen und in Axialrichtung nach unten verschwenkt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weisen die ersten Falten des ersten Faltenbalgabschnitts eine größere Faltenhöhe, als die Faltenhöhe der zweiten Falten des zweiten Faltenbalgabschnitts auf.
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Je größer die Faltenhöhe der einzelnen Falten des ersten Faltenbalgabschnitts ist, desto größer ist der Ausfederungsweg des ersten Faltenbalgabschnitts. Ein vollständiges Auseinanderziehen der Falten ist aus Gründen der durch das Ziehen auf die Falten wirkenden Biegebelastung üblicherweise nicht vorgesehen, kann aber bei je nach Anwendungen durch die Dimensionierung der Schutzmanschette umgesetzt werden.
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Zum Maximieren des Ausfederungswegs kann entweder die Faltenhöhe der Falten maximiert werden oder die Anzahl der Falten maximiert werden. Eine Erhöhung der Anzahl der Falten geht mit einer Erhöhung des minimalen axialen Ausmaßes in einem eingefederten Zustand der Schutzmanschette einher. Je nach baulichen Voraussetzungen kann deshalb die ideale Konfiguration aus Höhe und Anzahl der Falten des ersten Faltenbalgs gewählt werden.
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Die zweiten Falten des zweiten Faltenbalgabschnitts können eine geringere Faltenhöhe als die ersten Falten des ersten Faltenbalgabschnitts aufweisen, da die Hauptfunktion des zweiten Faltenbalgabschnitts das abschnittsweise Verschwenken des zweiten Faltenbalgabschnitts beim Einfedern der Schutzmanschette ist. In gewissem Maße lassen sich die zweiten Falten trotzdem beim Ausfedern der Schutzmanschette auseinanderziehen und tragen deshalb auch zur Maximierung des Ausfederungswegs der Schutzmanschette bei.
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Allerdings kann ein effizientes Verschwenken der einzelnen zweiten Falten nur bei einer vergleichsweise geringen Faltenhöhe des zweiten Faltenbalgabschnitts realisiert werden, was den Einfluss des zweiten Federbalgabschnitts auf den maximalen Ausfederungsweg einschränkt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weist der zweite Faltenbalgabschnitt eine glockenförmige Kontur auf.
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Die glockenförmige Kontur ermöglicht einen ausreichenden Freigang zum Luftfederbalg beim Ausfedern. Die Form der Kontur des zweiten Faltenbalgabschnitts kann auch eine andere Grundform aufweisen, solange dadurch die beschriebene Funktionalität gewährleistet werden kann.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist der erste Faltenbalgabschnitt bei voller Einfederung der Schutzmanschette von dem zweiten Faltenbalgabschnitt umgeben.
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Dadurch, dass der erste Faltenbalgabschnitt eine den Durchmesser in Axialrichtung stetig verringernde Faltenkontur aufweist, ist bei voller Einfederung der Schutzmanschette der erste Faltenbalgabschnitt vollständig von dem zweiten Faltenbalgabschnitt umgeben und somit das Blockmaß der Schutzmanschette minimiert.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weist der erste Faltenbalg einen ersten Befestigungsabschnitt zum Befestigen des ersten Faltenbalgs an einem Abrollkolben auf und der zweite Faltenbalg weist einen zweiten Befestigungsabschnitt zum Befestigen des zweiten Faltenbalgs an einer Außenführung auf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Luftfeder mit einer Schutzmanschette vorgeschlagen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Luftfederbein mit einer Schutzmanschette.
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Nachfolgend wird die Schutzmanschette sowie weitere Merkmale und Vorteile anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Figuren schematisch dargestellt ist. Hierbei zeigen:
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1a eine Schutzmanschette in Fertigungslage;
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1b die Schutzmanschette aus 1a in Einbaulage;
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1c die Schutzmanschette aus 1a im voll eingefederten Zustand;
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1d die Schutzmanschette aus 1a im voll ausgefederten Zustand; und
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2 eine Luftfeder, die mit der Schutzmanschette aus 1a versehen ist.
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Die in den 1a bis 1d gezeigte Schutzmanschette dient zum Schutz einer in 2 gezeigten Luftfeder 34 oder eines nicht dargestellten Luftfederbeins.
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Die Schutzmanschette 10 weist einen ersten Faltenbalg 12, der einen ersten Faltenbalgabschnitt 14 aus einem elastomeren Material mit einem ersten Befestigungsabschnitt 16 umfasst, einen zweiten Faltenbalg 18, der einen zweiten Faltenbalgabschnitt 20 aus einem elastomeren Material mit einem zweiten Befestigungsabschnitt 24 umfasst, und einen die beiden Faltenbalgabschnitte 14, 20 funktional miteinander verbindenden Verbindungsabschnitt 22 auf. Die beiden Faltenbalgabschnitte 14, 20 sind in Axialrichtung A über den Verbindungsabschnitt 22 in Reihe geschalten.
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Der erste Faltenbalgabschnitt 14 umfasst mehrere erste Falten 26, die zackenförmig ausgebildet sind. Der zweite Faltenbalgabschnitt 20 umfasst mehrere zweite Falten 28, die wellenförmig ausgebildet sind.
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1a zeigt die Schutzmanschette 10 in Fertigungslage, also in der Form, in der sie den Fertigungsprozess verlässt. Der Verbindungsabschnitt 22 ist in Radialrichtung R nach innen und in Axialrichtung A nach oben ausgerichtet. Diese Form weist die Schutzmanschette 10 auf, wenn in Axialrichtung A keine Kräfte auf die Schutzmanschette 10 wirken.
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1b zeigt die Schutzmanschette 10 in Einbaulage, also in der Form in der sie eingebaut wird. Der Verbindungsabschnitt 22 wird im Zuge des Einbaus in Axialrichtung A nach unten verschwenkt, sodass der Verbindungsabschnitt 22 in Radialrichtung R nach innen und in Axialrichtung A nach unten ausgerichtet ist. Das Verschwenken des Verbindungsabschnitts 22 in die gezeigte Form resultiert aus einer axialen Druckvorspannung, mit der die Schutzmanschette 10 eingebaut wird.
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In der Einbaulage ist der erste Faltenbalgabschnitt 14 teilweise von dem zweiten Faltenbalg 18 umgeben und der Verbindungsabschnitt 22 ist vollständig von dem zweiten Faltenbalg 18 umgeben.
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Die Schutzmanschette 10 erfährt während der Ein- und Ausfederbewegung unter anderem in Axialrichtung A wirkende Druckkräfte. Je größer diese in Axialrichtung A wirkenden Druckkräfte sind, desto mehr wird die Schutzmanschette 10 in Axialrichtung A zusammengedrückt. Zum einen werden die erste Falten 26 des ersten Faltenbalgabschnitts 14 zusammengedrückt und zum anderen wird der erste Faltenbalg 12 und der mit dem ersten Faltenbalg 12 verbunden Verbindungsabschnitt 22 in Axialrichtung A nach unten gedrückt. Der ebenfalls mit dem Verbindungsabschnitt 22 verbundene zweite Faltenbalgabschnitt 20 erfährt demnach ebenfalls die in Axialrichtung A nach unten wirkende Kraft. Aufgrund ihrer Wellenform können die zweiten Falten 28 des zweiten Faltenbalgabschnitts 20 nur in vergleichsweise geringem Maße zusammengedrückt werden.
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Der Verbindungsabschnitt 22 und Teile des ersten Faltenbalgabschnitts 14 erstrecken sich bereits innerhalb des zweiten Faltenbalgabschnitts 20. Demnach wirkt über den Verbindungsabschnitt 22 eine in Radialrichtung R nach innen und in Axialrichtung A nach unten wirkenden Kraft auf den zweiten Faltenbalgabschnitt 20. Mit steigender in Axialrichtung A nach unten wirkender Kraft werden einzelne zweite Falten 28 in Radialrichtung R nach innen und in Axialrichtung A nach unten verschwenkt. Dieser Vorgang führt sich solange fort bis die Schutzmanschette 10 ihre volle Einfederung erreicht.
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1c zeigt die Schutzmanschette 10 in voller Einfederung. Auf die Schutzmanschette 10 wirken hierbei in Axialrichtung A die für den Arbeitsbereich der Schutzmanschette 10 vorgesehenen maximalen Druckkräfte. Die ersten Falten 26 des ersten Faltenbalgabschnitts 14 sind in dieser Position maximal zusammengedrückt. Der Verbindungsabschnitt 22 ist in Radialrichtung R nach innen und in Axialrichtung A nach unten angeordnet. Der zweite Faltenbalgabschnitt 20 umfasst einen oberen Wellenabschnitt 30 und einen unteren Wellenabschnitt 32, wobei der obere Wellenabschnitt 30 in Radialrichtung R nach innen und in Axialrichtung A nach unten verschwenkt ist. Der erste Faltenbalgabschnitt 14 ist vollständig von dem zweiten Faltenbalg 18 umgeben. Der Verbindungsabschnitt 22 und der in Radialrichtung R nach innen und in Axialrichtung A nach unten verschwenkte obere Wellenabschnitt 30 des zweiten Faltenbalgabschnitts 20 bilden eine Linie, an dessen Innenseite sich der zusammengedrückte erste Faltenbalgabschnitt 14 erstreckt. Der erste Befestigungsabschnitt 16 ist von dem zweiten Befestigungsabschnitt 24 in einer Länge voneinander beabstandet, die in etwa der Länge des nicht verschwenkten unteren Wellenabschnitts 32 des zweiten Faltenbalgabschnitts 20 entspricht.
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Während des Betriebs erfährt die Schutzmanschette 10 auch in Radialrichtung R wirkende Ziehkräfte. Je größer diese in Axialrichtung A wirkenden Ziehkräfte sind, desto mehr wird die Schutzmanschette 10 in Axialrichtung A auseinandergezogen. Dabei werden die ersten Falten 26 des ersten Faltenbalgabschnitts 14 auseinandergedrückt und der erste Faltenbalg 12 und der mit dem ersten Faltenbalg 12 verbunden Verbindungsabschnitt 22 werden in Axialrichtung A nach oben gezogen. Dadurch wird der Verbindungsabschnitt 22 in Axialrichtung A nach innen und in Radialrichtung R nach oben verschwenkt. Der ebenfalls mit dem Verbindungsabschnitt 22 verbundene zweite Faltenbalgabschnitt 20 erfährt ebenfalls die in Axialrichtung A nach oben wirkende Kraft. Ausgehend von einer vollen Einfederung werden mit steigender Kraft einzelne zweite Falten 28 in Radialrichtung R nach innen und in Axialrichtung A nach unten wieder in ihre Ausgangslage verschwenkt. Dieser Vorgang führt sich solange fort bis die Schutzmanschette 10 ihre volle Ausfederung erreicht.
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1d zeigt die Schutzmanschette 10 in voller Ausfederung. Auf die Schutzmanschette 10 wirken hierbei in Axialrichtung A die für den Arbeitsbereich der Schutzmanschette 10 vorgesehenen maximalen Zugkräfte. Die ersten Falten 26 des ersten Faltenbalgabschnitts 14 sind in dieser Position maximal auseinandergezogen. Der Verbindungsabschnitt 22 ist in Radialrichtung R nach innen und in Axialrichtung A nach oben angeordnet. Die zweiten Falten 28 des zweiten Faltenbalgabschnitts 20 werden aufgrund ihrer Wellenform nur in vergleichsweise geringem Maße auseinandergezogen.
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2 zeigt eine Luftfeder 34 mit einer Schutzmanschette 10 in Einbaulage. Die Luftfeder 34 umfasst einen Abrollkolben 36, einen Rollbalg 38, einen Topf 40 und eine untere Schutzmanschette 42.
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Der Rollbalg 38 ist an einem ersten Ende 44 an dem Abrollkolben 36 und an einem zweiten Ende 46 an dem Topf 40 befestigt. Der Rollbalg 38 wird durch eine Außenführung 48 radial außenseitig gestützt.
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Der Abrollkolben 36 umfasst einen ringförmigen Befestigungsabschnitt 50. Die Schutzmanschette 10 verbindet das obere Ende der Außenführung 48 mit dem Befestigungsabschnitt 50. Somit ist der Rollbalg 38 durch den Topf 40, die Außenführung 48 und die Schutzmanschette 10 von äußeren Einflüssen geschützt.
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Während des Betriebs bewegt sich der Abrollkolben 36 abwechselnd auf den Topf 40 zu und von dem Topf 40 weg, wodurch sich der durch den Rollbalg 38 einschließende Raum verengt beziehungsweise vergrößert. Die Schutzmanschette 10 passt sich den in Axialrichtung A ändernden Ausmaßen der Luftfeder an, um einen sicheren Schutz des Rollbalgs 38 vor äußeren Einflüssen in jeder Betriebssituation zu gewährleisten.
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Bei der gezeigten Ausgestaltung der Schutzmanschette 10 führt ein volles Einfedern der Schutzmanschette 10 zu einer kleinen Veränderung des Außendurchmessers der Schutzmanschette 10. Gleichzeitig kann durch die Aufnahme des ersten Faltenbalgabschnitts 14 und des Verbindungsabschnitts 22 in den zweiten Faltenbalg 20 ein besonders niedriges Blockmaß erreicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schutzmanschette
- 12
- erster Faltenbalg
- 14
- erster Faltenbalgabschnitt
- 16
- erster Befestigungsabschnitt
- 18
- zweiter Faltenbalg
- 20
- zweiter Faltenbalgabschnitt
- 22
- Verbindungsabschnitt
- 24
- zweiter Befestigungsabschnitt
- 26
- erste Falten
- 28
- zweite Falten
- 30
- oberer Wellenabschnitt
- 32
- unterer Wellenabschnitt
- 34
- Luftfeder
- 36
- Abrollkolben
- 38
- Rollbalg
- 40
- Topf
- 42
- untere Schutzmanschette
- 44
- erstes Ende
- 46
- zweites Ende
- 48
- Außenführung
- 50
- ringförmiger Befestigungsabschnitt
- A
- Axialrichtung
- R
- Radialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2032870 B1 [0004]
- EP 198734 A1 [0005]
