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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft geformte Luftbälge. Spezieller betrifft die
vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Konstruktion und Fertigung geformter
Luftbälge,
um eine gewünschte
Konstruktion am Ende des Luftbalgs zu erzielen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Luftbälge weisen
eine Gummi-Innenisolierung, zwei Lagen Kordgewebe und eine Gummiaußenschicht
auf. Diese Bälge
finden ihre größte kommerzielle
Nutzung auf dem Kraftfahrzeug-Hilfsfedermarkt, indem sie als Luftfedern
an Stoßdämpfern und Federbeinen
montiert sind. Andere Anwendungen umfassen Lastkraftwagen-Kabinenaufhängungsfedern,
Lastkraftwagenfahrersitzfedern, Kraftfahrzeug-Luftfedern und eine Vielfalt industrieller
Luftfedern.
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Die
Luftbälge
werden mit einer Vielfalt von Enden gefertigt, jedoch fallen diese
Enden unter zwei grundlegende Konstruktionen: diejenigen, wobei
das Ende der Kordlagen der Luft ausgesetzt ist (üblicherweise ein abgeschnittenes
Ende), und diejenigen, wobei die Enden der Kordlagen vollständig in
Gummi eingehüllt
sein müssen,
was ein "versiegeltes
Ende" genannt wird.
Für Bälge mit
versiegeltem Ende ist das Einhüllen
der Kordenden in Gummi sehr wichtig, wenn das Ende des Balgs der
Hochdruck-Luftkammer der Luftfeder ausgesetzt ist, wo freiliegende Kordlagenenden
aufgrund des Eintretens von Luft unter Hochdruck in die freiliegenden
Kordenden und Wanderns in den Körper
des Luftbalgs zu Balgversagen führen
können.
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Eine
andere übliche
Anforderung für
Luftbälge
ist, dass die Kordlagenenden innerhalb von 5,1 mm oder weniger (0,2'' oder weniger) des versiegelten Endes
des Teils liegen sollen. Diese Anforderung bezieht sich auf den
Bedarf des Luftdämpferherstellers
an der Vermeidung überschüssigen Materials jenseits
des Endes des Pressbefestigungselements, die Notwendigkeit, sehr
dicht am Ende des Teils zu pressen, und die Notwendigkeit, eine
gute Pressung zu haben, was erfordert, dass die Kordlagen sehr dicht
am Ende des Balgs enden.
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Jedoch
können
bei der Fertigung von Luftbälgen
mit versiegelten Enden mehrere Punkte auftauchen. Erstens erfordern
manche Luftbälge
mit versiegelten Enden nicht nur, dass die Kordenden innerhalb von
5,1 mm oder weniger (0,2'' oder weniger) des
Endes des Teils plaziert sein sollen, sondern erfordern auch einen
abgefasten Winkel am Ende des Teils von typischerweise 30° bis 60°, was die
Dicke des Endes des Teils um bis zu 50% verringert. Die kombinierte
Anforderungen, dass Korde dem Ende benachbart sein sollen, und die
abgefaste Form können
es aufgrund des Verlusts an abdeckendem Gummi aufgrund der Fase
sehr schwierig machen, die Kordenden während des Formvorgangs verläßlich zu versiegeln.
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Zweitens
kann, wenn der Formvorgang einen aufblasbaren Formbalg an einer
Seite des Teils und eine Metallform an der anderen Seite des Teils verwendet,
beim Aufblasen des Formbalgs eine signifikante Bewegung der Endbereiche
des Luftbalgs auftreten. Dies kann dazu führen, dass die Kordenden zu
einer Oberfläche
des Teils hin driften, während
das Elastomer weich und fließend
ist. Dies kan zu einer unzuverlässigen
Versiegelung der Kordenden führen.
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Drittens
müssen
manche Luftbälge
mit einem festen oder steifen Ende an dem Teil versehen werden.
Dieses Ziel könnte
schwierig erreichbar sein, wenn auch ein versiegeltes Ende, oder
ein versiegeltes und abgefastes Ende, erforderlich ist. Der Mangel
an sich vollständig
bis zu dem Ende des Teils erstreckenden Korden verringert die Steifigkeit,
und das Abfasen verringert die Steifigkeit signifikant.
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DE-C-4342888
offenbart einen Luftbalg mit einer Röhrenform, entgegengesetzten
Balgenden und zumindest einer Verstärkungslage, die sich von einem
Balgende zu dem entgegengesetzten Balgende erstreckt. Die Verstärkungslage
umfasst Korde, die in eine Lagenüberzugverbindung
eingekapselt sind, wobei zumindest ein Ende der Verstärkungslage
in einem Balgende endet. Der Luftbalg umfasst auch Verstärkungsmittel,
die von dem Ende der Verstärkungslage
um einen Abstand beabstandet sind, der größer als die Dicke der Lagenüberzugverbindung
ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen Luftbalg und ein Verfahren zu
dessen Formen gerichtet, wie in den Ansprüchen definiert. Der Luftbalg
hat eine Röhrenform
mit entgegengesetzten Balgenden. Zumindst eine Verstärkungslage
erstreckt sich von einem Balgende zu dem entgegengesetzten Balgende; die
Verstärkungslage
weist Korde auf, die in einer Lagenüberzugverbindung eingekapselt
sind, und zumindest ein Ende der Verstärkungslage endet in einem Luftbalgende.
Das Verstärkungsmittel
ist vorzugsweise eine zusätzliche
Verstärkungslage
und ist von dem Ende der Verstärkungslage
um einen Abstand beabstandet, der größer als die Dicke der Lagenüberzugverbindung
ist.
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Das
Verstärkungsmittel
ist aus der aus faserverstärktem
Elastomer, gewebter Gewebelage, gewirkter Gewebelage, Spinnvlieslage
und kordverstärkter
Lage bestehenden Gruppe gewählt.
Wenn das Verstärkungsmittel
ein faserverstärkter
Gummi ist, enthält
das Elastomer 1,5 bis 10 ThK, vorzugsweise 6 ThK (Teile pro Hundert
Kautschuk) an Schnittfasern. Die Fasern haben eine nominelle Länge von
1,5 mm bis 6,5 mm (1/16 Zoll bis 1/4 Zoll).
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In
einem anderen Aspekt der offenbarten Erfindung sind beide entgegengesetzten
Enden des Luftbalgs mit dem Verstärkungsmittel versehen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird als Beispiel und unter Verweis auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, worin:
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1 einen
geformten Luftbalg mit dem Ende umgedreht und zur Montage in einem
Federbein/Stoßdämpfer bereit
illustriert;
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2 ein
pneumatisches Federbein mit einem Luftbalg illustriert; die
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3A–3C verschiedene
Ausführungen
des erfinderischen Luftbalgendes illustrieren;
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4 ein
Verfahren zum Zusammenbau eines Luftbalgs in Übereinstimmung mit der Erfindung illustriert;
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5 eine
Luftfeder illustriert;
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5A das
Ende des Luftfederbalgs in Übereinstimmung
mit der Erfindung zeigt; und
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6 ein
anderes Luftbalgende in Übereinstimmung
mit der Erfindung illustriert.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
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1 illustriert
einen Luftbalg 2 des zur Verwendung in einem pneumatischen
Stoßdämpfer oder Federbein
vorgesehenen Typs. Der Balg 2 ist mit einem Balgende 10 nach
oben gedreht positioniert, wobei der Balg 2 zur Montage
in einem Federbein oder Stoßdämpfer bereit
ist. Wenn der Balg 2 in einem Federbein 4 eingesetzt
wird, wird ein Balgende 6 in der innerhalb des Stoßdämpfers 4 erzeugten
Druckkammer 8 zurückgehalten,
während
das andere Balgende 10 außerhalb der Druckkammer 8 zurückgehalten wird,
wie in 2 illustriert.
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Konventionell
ist das außerhalb
der Druckkammer 8 zurückgehaltene
Balgende 10 ein abgeschnittenes Ende, während das innerhalb der Kammer 8 zurückgehaltene
Balgende 6 ein versiegeltes Ende ist.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird das versiegelte Ende des Luftbalgs 2 mit einer
zusätzlichen
Verstärkungslage 12 gebildet,
siehe 3A bis 3C. Die
Verstärkungslage 12A, 12B, 12C befindet
sich an dem Balgende und ist um einen Abstand t von dem Ende 26 der
Verstärkungslagen 18, 19 beabstandet.
Der Abstand t wird als der kleinste Abstand zwischen der Verstärkungslage 12 und
dem Ende 26 der Verstärkungslagen 18, 19 gemessen.
Der Abstand t ist größer als
die Dicke P des die Korde 27 der Verstärkungslagen 18, 19 bedeckenden
Lagenüberzugs.
Die Verstärkungslage 12 kann
in einer Vielfalt von Standorten in dem versiegelten Ende 6 des
Balgs 2 plaziert sein, und der genaue Standort und die
Konfiguration der Verstärkungslage 12 sind
nicht durch die wenigen spezifischen Illustrationen eingeschränkt. Die
zusätzliche Verstärkungslage 12 hilft
bei der Fertigung des Luftbalgs 2 und stellt die gewünschte Konfiguration
des Balgendes 6, wie auch eine zusätzliche Verstärkung an
dem Balgende 6, sicher.
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Die
nachfolgenden Beschreibungen sind in Bezug auf die wenigen spezifischen
Illustrationen des erfinderischen Luftbalgs 2 und das erfinderische Luftbalgende 6 vorgesehen.
In 3A ist die Verstärkungslage 12A eine
relativ dicke faserverstärkte Gummilage,
die von den Verstärkungslagen
um einen Abstand t beabstandet ist, der annähernd die Hälfte der Dicke der Verstärkungslage 12A beträgt. In 3B ist
die Verstärkungslage 12B eine
dünne kordverstärkte Lage.
Die Verstärkungslage 12B befindet
sich entlang der Oberfläche
des Balgendes 6. In 3C ist
die Verstärkungslage 12C eine
faserverstärkte
Gummilage, die innerhalb des Balgendes 6 einbegriffen ist.
Wie aus diesen spezifischen Illustrationen des erfinderischen Luftbalgs
hervorgeht, kann die Verstärkungslage 12 aus
verschiedenen Materialien konstruiert sein und kann in einer Vielzahl von
Kombinationen in dem Balgende plaziert werden, die andere als nur
die spezifischen illustrierten Beispiele sind. Andere Konfigurationen
können
auch das Einschlagen des gesamten Endes 6 des Balgs 2 (d.h.
U-förmiger
Umschlag, um das Ende zu bedecken) und Erstreckenlassen der Verstärkungslage 12 nur
entlang einer Seite des Balgs umfassen.
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Der
erste Schritt bei der Fertigung der flexiblen geformten Luftbälge 2 ist
das Bauen eines unausgehärteten
röhrenförmigen Vorformlings.
Jedes effiziente Verfahren zum nach oben Umschlagen der Lagen des
röhrenförmigen Vorformlings
ist geeignet. Ein bevorzugtes automatisiertes Verfahren ist in dem US-Patent Nr. 3,794,538
offenbart und ist in 4 illustriert. In dem illustrierten
Verfahren werden zwei Bälge
gleichzeitig auf einem rotierbaren Wickeldorn 14 hergestellt,
wobei die Länge
des Wickeldorns größer als
zweimal die Länge
des hergestellten Luftbalgs 2 ist. Die einzelnen Komponenten
des Luftbalgs 2 werden auf das Förderband 16 gelegt,
das die Materialhandhabung während
des Balgaufbaus erleichtert. Entsprechend sind die auf das Band 16 gelegten
Komponenten auch von einer Länge,
die zweimal die erforderliche Länge
eines einzigen hergestellten Luftbalgs 2 beträgt. Die
auf das Band 16 gelegten konventionellen Komponenten sind
zumindest eine Verstärkungslage 18, 19 und
eine Abdecklage 20. Benachbart zu der Abdecklage 20 befindet sich
die Verstärkungslage 12,
die auf dem Förderband 16 zentral
angeordnet ist. Die Breite der Verstärkungslage 12 beträgt zweimal
die für
jedes Ende des zu fertigenden Luftbalgs 2 erforderliche
Breite.
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Beim
Bauen des Vorformlings wird die innerste Gummischicht 24 in
einem getrennten Arbeitsgang extrudiert, etwas ausgedehnt und über den
rotierbaren Wickeldorn 14 geschoben. Die erste Lage 18 wird
mittels des rotierenden Wickeldorns 14 und des Förderbands 16 spiralförmig auf
dem Wickeldorn 14 angebracht, wobei sie über der
innersten Gummischicht 25 liegt. Die zweite Lage 19 wird
in einem entgegengesetzten Sinn spiralförmig über die erste Gewebelage 18 gewickelt.
Ihre Gewebelagen 18, 19 enthalten diagonal geschnittene
Korde, deren Korde in entgegengesetzten Richtungen verlaufen. Die
Korde der Lagen 18, 19 sind in einer Lagenüberzugverbindung
eingekapselt, um die Lagen 18, 19 zu bilden. Es
versteht sich, dass der röhrenförmige Vorformling aus
jedem beliebigen einer großen
Vielfalt von Textilkorden, oder sogar Geweben, falls gewünscht, bestehen
kann, und dass die besonderen Diagonalwinkel der Korde in den Lagen 18, 19 durch
den gefertigten Luftbalgtyp 2 bestimmt werden. Die Abdecklage 20 aus
kalandertem Gummi wird über
den darunterliegenden Lagen 24, 18, 19 angebracht.
Schließlich wird
die Verstärkungslage 22 zentral
auf die Abdecklage 20 gewickelt. Nachfolgend an die Montage
auf dem rotierbaren Wickeldorn 14 wird der Vorformling von
dem Wickeldorn 14 abgenommen und wird der Vorformling in
zwei Hälften
geschnitten, um zwei getrennte Vorformlinge zu bilden.
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Nach
dem in zwei Hälften
Schneiden des Vorformlings weist ein Vorformlingende die zusätzliche Verstärkungslage 22 auf,
während
das entgegengesetzte Vorformlingende diese nicht aufweist. Während dies
nicht illustriert ist, können
beide Vorformlingenden mit der zusätzlichen Verstärkungslage 22 versehen
werden. Für
eine solche Konstruktion können
zusätzliche
Verstärkungslagen 22 auf
das Förderband 16 neben
die zentrale Verstärkungslage 22 gelegt
werden oder können
in jedem anderen vernünftigen
Verfahren angebracht werden. Nach dem Zusammenbauen und Zuschneiden
des Vorformlings auf die richtige Länge, wobei die Verstärkungslage 22 sich
zumindest an einem der Vorformlingenden befindet, wird der Vorformling
ausgehärtet,
um den Luftbalg 2 zu bilden.
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Alternative
Verfahren des Konstruierens des Vorformlings umfassen, sind jedoch
nicht begrenzt auf, Umschlagen der zur Fertigung nur eines Balgs erforderlichen
Materialien, Anbringen der Verstärkungslage 22 an
dem rotierbaren Wickeldorn 14, bevor die innerste Gummilage 24 an
dem Wickeldorn 14 angebracht wird, oder Anbringen der Verstärkungslagen 22 nur
an den Enden des Vorformlings von doppelter Länge.
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Die
Verstärkungslage
kann aus einer Vielzahl verschiedener Materialtypen verschafft werden. Wie
in den 3A und 3C gezeigt,
ist die Verstärkungslage 12A, 12C ein
faserverstärktes
Elastomer. Die Elastomergrundlage wird aus Elastomeren gewählt, die
konventionell bei der Fertigung von Luftbälgen verwendet werden, einschließlich, jedoch nicht
beschränkt
auf, Elastomere wie etwa Polychloropren, Poly-Epichlorhydrin, Polyisobutylen,
halogeniertes Polyisobutylen, Naturkautschuk, Polyisopren, Polybutadien,
Styrol-Butadien,
und Gemische solcher Elastomere. Jedes Elastomer, das gut an der Abdecklage 20 haftet,
wird zufriedenstellend für
die Elastomergrundlage der Verstärkungslage 12A, 12C sein.
Vorzugsweise gehört
die Elastomergrundlage zu derselben Familie wie das zur Bildung
der Abdecklage 20 verwendete Elastomer, sodass die Verstärkungsschicht 12A, 12C beim
Aushärten
des Vorformlings zur Bildung des Luftbalgs 2 flott eine
Bindung mit der Abdeckschicht 20 eingehen wird. Das Elastomer
ist mit 1,0 bis 10 ThK Fasern, vorzugsweise 1,5 bis 6,0 ThK, versehen,
mit einer bevorzugten Verstärkung
von 6,0 ThK. Die Fasern sind Kurzfasern mit einer nominellen Länge, die
sich von 1,5 mm bis auf 6,5 mm (1/16 Zoll bis 1/4 Zoll) beläuft, mit
einer bevorzugten Länge
von 4,75 mm (3/16 Zoll). Die Fasern können entweder in der Verstärkungslage 12A, 12C orientiert
sein oder nicht. Die Fasern bestehen aus jedem konventionellen Verstärkungsfasermaterial,
wie etwa Baumwolle, Nylon, Rayon, Polyester, Aramid, Glas, Metall,
Stahl oder Kohlenstoff.
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Wie
in 3B illustriert, kann die Verstärkungslage 12B auch
aus einer Gewebe- oder Kordlage gebildet sein. Wenn die Verstärkungslage 12B eine
Gewebelage ist, so kann sie aus Materialien, wie etwa Rayon, Nylon,
Polyester, Aramid oder Baumwolle, oder einer Kombination solcher
Materialien gewebt, gewirkt oder vliesgesponnen sein. Vorzugsweise
hat das Gewebe eine geringe Dicke. Oder die Verstärkungslage 12B kann
eine aus denselben Materialien wie eine Gewebelage geformte, kalanderte Kordlage
sein. Eine Klebeschicht kann auf konventionelle Weise an der Verstärkungslage 12B angebracht
sein, sodass die Lage 128 an jedem Beschichtungsgummi oder
dem Gummi des Luftbalgs 2 haften wird.
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Manche
Aushärte-/Formprozesse
verwenden einen aufblasbaren Formbalg an einer Seite des Balg- Vorformling und eine
Metallform an der anderen Seite des Balgs. Der Vorformling wird
unter Verwendung eines aufblasbaren Formbalgs und einer Metallform
ausgehärtet.
Der Vorformling wird über
dem aufblasbaren Formbalg plaziert und dann in der Metallform plaziert.
Oder der Vorformling wird über
dem Äußeren einer
Metallform plaziert und dann in einem druckverformend aufblasbaren
Formbalg plaziert. Die Metallform weist solche Konturen auf, dass
eine gewünschte
Konfiguration des Balgs 2 und der Balgenden 6, 10 beim
Aushärten
zum Formen des Balgs 2 verschafft wird. Der aufblasbare
Formbalg presst den Vorformling gegen die mit Konturen versehene Metallform
und in die mit Konturen versehenen Gebiete der Form, die die Balgenden 6, 10 formen. Wenn
der Formbalg sich aufbläht,
findet wegen der Verstärkungslage 12 ein
sehr begrenzter bis kein Fluss der Elastomere an dem Luftbalgende 6 statt.
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Die
Faser innerhalb der Verstärkungslage 12,
seien es nun die Schnittfasern des faserverstärkten Elastomers 12A, 12C oder
die Fasern der Gewebe- oder Kordlage 12B, versieht die
Verstärkungslage 12 mit
einer größeren Fließbeständigkeit
als die Fließmerkmale
eines nicht-faserverstärkten Elastomers
der innersten Gummischicht 24 oder der Abdecklage 20.
Wenn der Balg 2 ausgehärtet
ist, so behält
die Verstärkungslage 12 ihren
Standort am Balgende 6, und das Balgende 6 behält die gewünschte Form,
und jede Bewegung der Kordenden 26 wird im Wesentlichen
verringert.
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Die
Verstärkungslage 12 verschafft
dem Balgende 6 auch eine größere Stärke und Steifigkeit. Wenn das
Balgende 6 formbehandelt ist, um ein verjüngtes Ende
zu bilden, so erhöht
die Verstärkungslage 12 sowohl
die Steifigkeit des verjüngten
Balgendes 6 und unterstützt
auch die Aufrechterhaltung der verjüngten Form des Balgendes 6 während der Formbehandlung
des Balgs 2.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gefertigte Luftbälge sind auch gebrauchsgeeignet
bei Luftfedern 30, wie in 5 illustriert.
Der Luftfeder-Luftbalg 32 wird an einem Ende 34 von
einem oberen Rückhalteelement 36 gesichert,
und das entgegengesetzte Ende 38 wird zwischen einem unteren
Rückhalteelement 40 und
einem Kolben 42 gesichert. Beide Luftbalgenden 38, 34 haben
eine definierte formbehandelte Konfiguration. Das zwischen dem unteren
Rückhaltelement 40 und
dem Kolben 42 gesicherte Ende 38 ist in 5A deutlicher
illustriert. Das Balgende 38 hat eine verjüngte Konfiguration und
die Kordenden 44 der Verstärkungslagen 46 enden
kurz vor dem eigentlichen Ende des Luftbalgendes 38. Das
Balgende 38 ist dargestellt, wobei die Verstärkungslage 12 ein
faserverstärktes
Elastomer 48 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist, wie oben erörtert. 6 illustriert
ein komplexer geformtes Luftbalgende 50, das auch einen Vorteil
daraus ziehen kann, wenn es unter Anwendung des vorangehend offengelegten
erfinderischen Verfahrens geformt wird. Der Endbereich 52 ist
aus einem faserverstärkten
Elastomer in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung geformt. Die mit einfacheren Konturen
versehenen Balgenden, wie in 5A illustriert,
können
unter Verwendung einer gewebe-/kordverstärkten Lage
geformt sein; während
es besser ist, das faserverstärkte
Elastomer für komplexer
konfigurierte Balgenden, wie in 6 illustriert,
zu verwenden, um die gewünschte
Konfiguration zu erzielen.
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Die
Verwendung einer Verstärkungslage
an den Enden von Luftbälgen
gestattet, den Rest des Luftbalgs aus hochwalkbeständigen Verbindungen zu
konstruieren, die eine größere Tendenz
haben, während
des Formens zu fließen,
während
sie die erforderliche Stärke
und Kordrandschutz am Ende des Luftbalgs verschaffen. Somit werden
keine Abstriche an der Luftbalgleistung gemacht.