EP1792098A1 - Luftfederrollbalg aus elastomerem werkstoff - Google Patents

Luftfederrollbalg aus elastomerem werkstoff

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Publication number
EP1792098A1
EP1792098A1 EP05716782A EP05716782A EP1792098A1 EP 1792098 A1 EP1792098 A1 EP 1792098A1 EP 05716782 A EP05716782 A EP 05716782A EP 05716782 A EP05716782 A EP 05716782A EP 1792098 A1 EP1792098 A1 EP 1792098A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bellows
air spring
fabric layers
layers
support arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05716782A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Thurow
Hubertus Gawinski
Christoph Bank
Paul Cerny
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Original Assignee
ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ContiTech Luftfedersysteme GmbH filed Critical ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Publication of EP1792098A1 publication Critical patent/EP1792098A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/02—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum
    • F16F9/04—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum in a chamber with a flexible wall
    • F16F9/0409—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum in a chamber with a flexible wall characterised by the wall structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
    • Y10T428/131—Glass, ceramic, or sintered, fused, fired, or calcined metal oxide or metal carbide containing [e.g., porcelain, brick, cement, etc.]
    • Y10T428/1314—Contains fabric, fiber particle, or filament made of glass, ceramic, or sintered, fused, fired, or calcined metal oxide, or metal carbide or other inorganic compound [e.g., fiber glass, mineral fiber, sand, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • Y10T428/24983—Hardness

Definitions

  • Air spring bellows made of elastomeric material
  • the invention relates to an air spring roller bellows made of elastomeric material for an air spring with or without an outer guide with a strength support arrangement made of rubberized cord fabric layers embedded in the bellows wall and extending over the entire bellows length Rolling folds changes suspension processes.
  • Air spring bellows have e.g. as vehicle suspensions, especially for cushioning the wheel axles of trucks and buses, in large. Proven scope.
  • the bellows are attached at one end to a rolling piston, which is usually made of metal or plastic. In the operating state, the piston moves within the rolling bellows, which is turned inside out and forms a rolling fold that rolls over the outer surface of the rolling piston.
  • the cord fabric layer preferably consists of fully synthetic fibers, such as polyamide.
  • the so-called cord fabric is made from the corct threads, which consists of a large number of cord drawers lying next to each other in parallel in the warp direction, which are loosely held together by a few thin threads in the weft direction.
  • This cord fabric layer is gummed with a suitable rubber mixture, such as, for example, polychloroprene mixture, and after the diagonal cutting is installed with two, four or six layers in the air spring roller hull so that the threads lie crosswise.
  • the cord threads form the two cordge webs each have a winding angle of approx. 40 ° to 80 ° to the circumferential direction. It is important for economical mass production that the angles of all fabric layers are mirror-symmetrical to the circumferential direction. If a fabric layer with the circumferential direction forms an angle of, for example, 60 °, the fabric layer crossing this fabric layer must also form an angle of 60 ° with the circumferential direction, the first winding angle being formed clockwise and the second winding angle counterclockwise from the circumferential direction ,
  • DE 4423 601 C2 describes an air spring bellows, in which the service life is to be improved by using a strength support arrangement with three fabric layers.
  • the structure of these three fabric layers is symmetrical to the center of the reinforcement arrangement.
  • the middle fabric layer has a strength which corresponds to the sum of the two strengths of the outer fabric layers, the outer fabric layers being arranged symmetrically to the middle layer and having the same strength members sen.
  • the use of three fabric layers increases the bond area between the rubber layers and the fabric, which results in an improved service life.
  • the invention is therefore based on the object of providing an air spring bellows which has a strength-supporting arrangement with a winding angle of the fabric layers which is mirror-symmetrical to the primary direction, in which the fabric layers experience a uniform load in the roll fold even at high operating pressures.
  • the air spring roller bellows has an asymmetrical reinforcement arrangement, in which the one outer fabric layer or the several outer fabric layers have a different force-elongation behavior compared to the one inner fabric layer or the several inner fabric layers.
  • the strength support arrangement has two different fabric layers.
  • This arrangement has the advantage that the bellows wall of the air spring bellows can be made very thin and flexible, thus improving the life of the bellows.
  • the fabric layers of the strength support arrangement of the air spring bellows have different thread materials. It is advantageous here that when using a high-strength thread for the outer fabric layer, the thread thicknesses of the two layers are approximately the same. A particularly thin bellows wall can also be reached in this way.
  • the fabric layers of the strength support arrangement of the air spring bellows have different thread thicknesses.
  • This arrangement has the advantage that the same material can be used for both fabric layers, whereby the same conditions of adhesion between the threads and the rubber material surrounding them can be set for both layers.
  • the arrangement of the strength member arrangements according to the invention ensures that the fabric layers can be optimally coordinated with one another.
  • stiffer or more flexible bellows walls of different thicknesses can be realized with a symmetrical winding angle of the fabric layers. This means that a long service life can be achieved even at high operating pressures.
  • the figure shows a portion of an air spring bellows wall 1 designed as a rolling fold of a bellows air spring.
  • the wall 1 has an outer cover rubber layer 2, an outer fabric layer 3, an inner fabric layer 4 and an inner rubber layer 5.
  • the fabric layers 3 and 4 are coated on the inside and outside with a rubber adhesive layer 6. All of the layers 2 to 6 mentioned are firmly vulcanized onto one another.
  • the outer fabric layer 3 Due to the use of a different material, the outer fabric layer 3 has a higher elongation than the inner fabric layer 4, which is designed such that the outer fabric layer 3 and the inner fabric layer 4 absorb the same load during operation in the roll fold, the outer fabric layer 3 is stretched more than the inner fabric layer 4.
  • the outer fabric layer 3 can be stretched more and thus the longer length necessary in the roll fold for the outer layers of the bellows wall 1 with the same load absorption as the inner fabric layer 4 to reach.
  • the vulcanized rubber adhesive layers 6 ensure the necessary cohesion of the fabric layers 3 and 4.
  • the inventive strength support arrangement of the air spring bellows wall 1 in the roll fold distributes the load to be borne evenly over the fabric layers 3 and 4, resulting in an increased bursting pressure and leads to an extended lifespan.

Landscapes

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Abstract

Luftfederrollbalg aus elastomerem Werkstoff mit einer in der Balgwand (1) eingebetteten, sich über die gesamte Balglänge erstreckenden Festigkeitsträgeranordnung aus gummierten Cordgewebelagen (3, 4), der eine unsymmetrische Festigkeitsträgeranordnung aufweist, bei der die eine äußere Gewebelage (3) oder die mehreren äußeren Gewebelagen gegenüber der einen inneren Gewebelage (4) oder den mehreren inneren Gewebelagen ein unterschiedliches Kraft-Dehnungs-Verhalten aufweisen.

Description

ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Beschreibung
Luftfederrollbalg aus elastomerem Werkstoff
Die Erfindung betrifft einen Luftfederrollbalg aus elastomerem Werkstoff für eine Luftfe- der mit oder ohne Außenführung mit einer in der Balgwand eingebetteten, sich über die gesamte Balglänge erstreckenden Festigkeitstrageranordnung aus gummierten Cordgewebelagen, deren Cordfäden zur Balgumfangsrichtung spiegelsyrαmetrisch geneigt angeordnet sind und der im Betriebszustand eine sich bei Federungsvorgängen ändernde Rollfalte ausbildet.
Luftfederrollbälge haben sich z.B. als Fahrzeugfederungen, insfcesondere zur Abfederung der Radachsen von Lastkraftwagen und Autobussen, in großem. Umfang bewährt. Die Rollbälge sind dabei an einem Ende an einem Abrollkolben befestigt, der gewöhnlich aus Metall oder Kunststoff gefertigt ist. Im Betriebszustand bewegt sich der Kolben innerhalb des Rollbalges, der sich umstülpt und eine Rollfalte bildet, die über der Außenfläche des Abrollkolbens abrollt.
Die Festigkeitstrageranordnung nimmt die durch den Überdruck in dem Luftfederrollbalg entstehenden Kräfte auf. Die Cordgewebelage besteht bei Luftf^derbälgen vorzugsweise aus vollsynthetischen Fasern, wie z.B. Polyamid. Aus den Corctfäden wird das sogenannte Cordgewebe hergestellt, das aus einer Vielzahl parallel nebene nander liegender Cordladen in Kettrichtung besteht, die in größeren Abständen von wenigen dünnen Fäden in Schussrichtung lose zusammengehalten werden. Diese Cordgewebelage wird mit einer geeigneten l^utschukmischung, wie z.B. Polychloroprenmischung gun-tmiert und nach dem Schräg- schneiden mit zwei, vier oder sechs Lagen in den Luftfederrollh>alg eingebaut, so dass die Fäden kreuzweise liegen. Je nach Luftfedertyp bilden die Cordfäden der beiden Cordge webebahnen jeweils einen Wickelwinkel von ca. 40° bis 80° zur Umfangsrichtung. Dabei ist es für eine wirtschaftliche Massenfertigung wichtig, dass die Winkel aller Gewebelagen zur Umfangsrichtung spiegelsymmetrisch sind. Bildet also eine Gewebelage mit der Umfangsrichtung einen Winkel von beispielsweise 60°, muss auch die diese Gewebelage kreuzende Gewebelage mit der Umfangsrichtung einen Winkel von 60° bilden, wobei der erste Wickelwinkel im Uhrzeigersinn, der zweite Wickelwinkel gegen den Uhrzeigersinn von der Umfangsrichtung aus gebildet wird.
Die meisten Luftfederrollbälge für Straßenfahrzeuge werden üblicherweise mit zwei sich kreuzenden Gewebelagen hergestellt, um eine hohe Flexiblität der Balgwand des LuftfederroUbalges zu erreichen. Im Zuge höher werdender Nutzlasten der Fahrzeuge und immer kleiner werdenden Einbauräumen müssen Luftfedern heute immer höhere Drücke aushalten, beispielsweise im Bereich um 10 bar und mehr. Um den höheren Betriebsdrücken widerstehen zu können, wäre es an sich denkbar, vier oder sechs Cordgewebelagen in der Balgwand anzuordnen. Aufgrund der kleinen Bauweise des LuftfederroUbalges muss die verstärkende Festigkeitstrageranordnung aber sehr dünn sein, da ein äußerst geringer Abrollradius vorliegen muss.
Im Abrollradius entsteht aufgrund des Abstandes der Gewebelagen in der außen zu liegen kommenden Gewebelage eine höhere Zugbelastung als in der inneren Gewebelage. Bei hohen Drücken kann dies beispielsweise bei einer zweilagigen Fetigkeitsträgeranordnung dazu fuhren, dass die gesamte Luftfederlast nur noch von der äußeren Gewebelage getragen wird und die innere Gewebelage nicht mehr mitträgt. Dies führt zu gravierender Reduzierung des Berstdruckes des Balges und zu eine extremen Lebensdauerverkürzung.
Die DE 4423 601 C2 beschreibt einen Luftfederrollbalg, bei dem die Lebensdauer durch die Verwendung einer Festigkeitstrageranordnung mit drei Gewebelagen verbessert werden soll. Der Aufbau dieser drei Gewebelagen ist symmetrisch zur Mitte der Festigkeitstrageranordnung. Die mittlere Gewebelage weist eine Festigkeit auf, die der Summe der beiden Festigkeiten der äußeren Gewebelagen entspricht, wobei die äußeren Gewebelagen symmetrisch zur mittleren Lage angeordnet sind und die gleichen Festigkeitsträger aufwei sen. Durch den Einsatz dreier Gewebelagen vergrößert sich die Bindungsfläche zwischen Gummilagen und Gewebe, was eine verbesserte Lebensdauer zur Folge hat.
Der eingangs beschriebene Nachteil, dass die äußere Gewebelage durch die Biegung des Balges in der Rollfalte eine größere Dehnung erfährt als die weiter innen liegenden Lagen, und damit im Verhältnis mehr Kraft aufnehmen muss, wird durch diesen Aufbau jedoch nicht beseitigt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Luftfederrollbalg zu schaffen, der eine Festigkeitstrageranordnung mit zur Urnfangsrichtung spiegelsymmetrischem Wickelwinkel der Gewebelagen aufweist, bei dem auch bei hohen Betriebsdrücken die Gewebelagen eine gleichmäßige Belastung in der Rollfalte erfahren.
Diese Aufgäbe wird dadurch gelöst, dass der Luftfederrollbalg eine unsymmetrische Fes- tigkeitsträgeranordnung aufweist, bei der die eine äußere Gewebelage oder die mehreren äußeren Gewebelagen gegenüber der einen inneren Gewebelage oder den mehreren inneren Gewebelagen ein unterschiedliches Kraft-Dehnungs- Verhalten aufweisen.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass jede Gewebelage des Balges optimal auf die jewei- lige Betriebsbelastung in der Rollfalte des LuftfederroUbalges abstimmbar ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Festigkeitstrageranordnung zwei unterschiedliche Gewebelagen auf.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Balgwand des LuftfederroUbalges sehr dünn und flexibel gestaltbar ist und damit die Lebensdauer des Balges verbessert wird.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weisen die Gewebelagen der Festigkeitstrageranordnung des LuftfederroUbalges unterschiedliche Fadenwerkstoffe auf. Vorteilhaft dabei ist, dass bei Verwendung eines hochfesten Fadens für die äußere Gewebelage die Fadenstärken beider Lagen annähernd gleich sind. Damit ist ebenfalls eine besonders dünne Balgwand erreichbar.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weisen die Gewebelagen der Festigkeitstrageranordnung des LuftfederroUbalges unterschiedliche Fadendicken auf. An dieser Anordnung ist vorteilhaft, dass für beide Gewebelagen der gleiche Werkstoff verwendet werden kann, wodurch für beide Lagen die gleichen Haftbedingungen zwischen den Fäden und dem sie umgebenden Gummiwerkstoff einstellbar sind.
Die erfindungsgemäße Anordnung der Festigkeitsträgeranordnungen gewährleistet, dass die Gewebelagen optimal aufeinander abgestimmt werden können. Je nach Anwendungsfall können steifere oder flexiblere Balgwände unterschiedlicher Dicke bei symmetrischem Wickelwinkel der Gewebelagen realisiert werden. Damit ist eine hohe Lebensdauer auch bei hohen Betriebsdrücken erzielbar.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Die Figur zeigt einen als Rollfalte einer Rollbalg-Luftfeder ausgebildeten Abschnitt aus einer Luftfeder-Balgwand 1. Die Wand 1 weist eine äußere Deckgummilage 2, eine äußere Gewebelage 3, eine innere Gewebelage 4 und eine Innengummilage 5 auf. Die Gewebelagen 3 und 4 sind jeweils innen und außen mit einer Gummi-Haftschicht 6 beschichtet. Alle genannten Lagen 2 bis 6 sind fest aufeinander vulkanisiert.
Die äußere Gewebelage 3 weist durch die Verwendung eines anderen Werkstoffes gegenüber der inneren Gewebelage 4 eine höhere Dehnung auf, die so ausgelegt ist, dass die äußere Gewebelage 3 und die innere Gewebelage 4 im Betrieb in der Rollfalte die gleiche Belastung aufnehmen, wobei die äußere Gewebelage 3 stärker gedehnt ist als die innere Gewebelage 4. Durch die Verwendung eines Fadenwerkstoffes mit höherer Dehnung in der äußeren Gewebelage 3 gegenüber der inneren Gewebelage 4 kann die äußere Gewebelage 3 stärker gedehnt werden und so die in der Rollfalte für die äußeren Lagen der Balgwand 1 notwendige größere Länge bei gleicher Lastaufhahme wie die innere Gewebelage 4 erreichen. Die zusammenvulkanisierten Gummi-Haftschichten 6 sorgen dabei für den notwendigen Zusammenhalt der Gewebelagen 3 und 4. Damit nimmt die erfindungsgemäße Festigkeitstrageranordnung der Luftfeder-Balgwand 1 in der Rollfalte die zu tragende Last gleichmäßig auf die Gewebelagen 3 und 4 verteilt auf, was zu einem erhöhten Berstdruck und einer verlängerten Lebensdauer führt.
Bezugszeichenliste
1 Balgwand eines LuftfederroUbalges
2 äußere Deckgummilage
3 äußere Gewebelage
4 innere Gewebelage
5 Innengummilage 6 Gummi-Haftschicht

Claims

Patentansprüche
1. Luftfederrollbalg aus elastomerem Werkstoff mit einer in der Balgwand (1) eingebette- ten, sich über die gesamte Balglänge erstreckenden Festigkeitstrageranordnung aus gummierten Cordgewebelagen (3, 4), deren Cordfäden zur Balgumfangsrichtung spiegelsymmetrisch geneigt angeordnet sind, und der im Betriebszustand eine sich bei Federungsvorgängen ändernde Rollfalte ausbildet dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfederrollbalg eine unsymmetrische Festigkeitstrageranordnung aufweist, bei der die eine äußere Gewebelage (3) oder die mehreren äußeren Gewebelagen gegenüber der einen inneren Gewebelage (4) oder den mehreren inneren Gewebelagen ein unter- schiedüches Kraft-Dehnungs-Verhalten aufweisen.
2. Luftfederrollbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeitstrageranordnung zwei unterschiedliche Gewebelagen (3, 4) aufweist.
3. Luftfederrollbalg nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebelagen (3, 4) der Festigkeitstrageranordnung des LuftfederroUbalges unterschiedliche Fadenwerkstoffe aufweisen.
4. Luftfederrollbalg nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebela- gen (3, 4) der Festigkeitstrageranordnung des LuftfederroUbalges unterschiedliche Fadendicken aufweisen.
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