NO124127B

NO124127B -

Info

Publication number: NO124127B
Application number: NO162533A
Authority: NO
Inventors: E Schwegler
Original assignee: Bauer Ag
Priority date: 1965-04-29
Filing date: 1966-04-12
Publication date: 1972-03-06
Also published as: FI51985C; NL146245B; DE1553294A1; GB1123935A; ES326501A1; FI51985B; BE680158A; US3412588A; DK128548B; NL6605721A; LU50982A1; AT260041B; CH449455A

Description

Oppblåsbar fjærenhet. Inflatable spring unit.

Foreliggende oppfinnelse angår fluidumsylindre og spesielt en sammenskyvbar luftsylinder-enhet under anvendelse av en rullemembran som kan skyves sammen. Som eksempel på gjenstanden for oppfinnelsen kan nevnes en meget sammentrengt selvstabiliserende fluidumsylinderenhet som kan anbringes på minst mulig plass og allikevel gi størst mulig støt-opptagende forskyvnings-slag når det kreves. Slike sylindre kan eksempelvis brukes i fjærende understøttelsesanordninger. The present invention relates to fluid cylinders and in particular to a collapsible air cylinder unit using a rolling membrane that can be pushed together. As an example of the object of the invention, a very compressed self-stabilizing fluid cylinder unit can be mentioned which can be placed in the smallest possible space and still provide the greatest possible shock-absorbing displacement stroke when required. Such cylinders can, for example, be used in springy support devices.

Det er tidligere gjort mange forsøk på Many attempts have been made in the past

å komme frem til en fluidumsylinder som både er økonomisk og effektiv. Den største mengde fluidumsylindre, f. eks. luft-fjærer som tidligere er kjent har brukt vanlige belg-membraner i forskjellige for-mer. Deres bære- og støtdempingsegen-skaper har vist seg å være direkte avhengig av deres størrelse. På grunn av deres be-grensede kapasitet er de ikke lett anven-delige for et stort område av belastnings-ferhold og de er utsatt for slitasje og svek-ning i løpet av forholdsvis korte perioder med hard påkjenning. to arrive at a fluid cylinder that is both economical and efficient. The largest amount of fluid cylinders, e.g. air springs that have previously been known have used ordinary bellows membranes in various forms. Their load-bearing and shock-absorbing properties have been shown to be directly dependent on their size. Due to their limited capacity, they are not easily applicable for a large range of load conditions and they are exposed to wear and tear during relatively short periods of severe stress.

Disse mangler er overvunnet i henhold These shortcomings are overcome accordingly

til oppfinnelsen. Det særegne ved en oppblåsbar fjærenhet som omfatter en rør-formet del av ettergivende material som er understøttet ved begge ender og kan folde seg sammen under fjærens sammentryk-kingsslag er at den rørformete del er tett og understøttet ved hver ende ved hjelp av to hetteformete holde-enheter som om- to the invention. The distinctive feature of an inflatable spring assembly comprising a tubular portion of compliant material which is supported at both ends and can fold during the compression stroke of the spring is that the tubular portion is sealed and supported at each end by means of two cap-shaped retainers -units as if-

gir endepartiene av den rørformete del og er innrettet til teleskop-bevegelse i forhold til en stiv begrensningsanordning som er provides the end portions of the tubular member and is adapted for telescoping movement relative to a rigid restraint device which is

forbundet med og omgir et parti av den rør-formete del mellom og i avstand fra holde-enhetene. connected to and surrounding a portion of the tubular portion between and spaced from the holding units.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere The invention shall be described in more detail

under henvisning til vedføyede tegninger. with reference to the attached drawings.

Fig. 1 viser et del-riss av den nye fjærenhet innpasset i en luftunderstøttelses-anordning for en tilhenger. Fig. 2 viser i perspektiv fjærenheten i Fig. 1 shows a partial view of the new spring unit fitted into an air support device for a trailer. Fig. 2 shows in perspective the spring unit i

henhold til fig. 1 i hviletilstand. according to fig. 1 at rest.

Fig. 3 viser i perspektiv membranele-mentet som anvendes i fjærenheten i struk- Fig. 3 shows in perspective the membrane element used in the spring unit in the structure

ket tilstand. ket condition.

Fig. 4 viser et lengdesnitt gjennom fjærenheten under normale belastningsforhold. Fig. 5 viser et snitt i likhet med fig. 4, med fjærenheten i helt uttrukket utbalan- Fig. 4 shows a longitudinal section through the spring unit under normal load conditions. Fig. 5 shows a section similar to fig. 4, with the spring unit in fully extended balance

sert tilstand. severe condition.

Fig. 6 viser et snitt i likhet med fig. 4, med fjærenheten under maksimal belastning. Fig. 7 viser et lengdesnitt gjennom en Fig. 6 shows a section similar to fig. 4, with the spring assembly under maximum load. Fig. 7 shows a longitudinal section through a

fjærenhet i en endret utførelse. spring unit in a modified version.

Tegningene viser i fig. 1—6 en fore-trukket utførelsesform, nemlig en luftfjær for opphenging av et kjøretøy. Den består av en ettergivende teleskopisk rullemembran 1 som stort sett er utformet som et rør eller en sylinder med konvergerende-divergerende form. Endene av membranen er forsynt med innvendig vulst-partier 2 henholdsvis 2a. Over og rundt vulst-enden 2a av mambranen er det anordnet en holdehette 3 av et sterkt og stivt material. The drawings show in fig. 1-6 a preferred embodiment, namely an air spring for suspending a vehicle. It consists of a compliant telescopic roller membrane 1 which is generally designed as a tube or a cylinder with converging-diverging shape. The ends of the membrane are provided with internal bead sections 2 and 2a, respectively. A holding cap 3 of a strong and rigid material is arranged above and around the bead end 2a of the membrane.

En rund plate 4 er innstillbart festet til A round plate 4 is adjustably attached to

den indre overflate av hetten 3 ved hjelp av skruer 5. Omkretsen 6 av platen 4 er the inner surface of the cap 3 by means of screws 5. The circumference 6 of the plate 4 is

jevnt bøyet ut fra midtpartiet slik at det dannes et ringformet spor 7 som ligger overfor den indre overflate av hetten 3. Vulsten 2a på membranen er i inngrep i sporet 7 på platen 4 og ved innstilling av skruene 5 trekkes platen 4 innover på midten til inngrep med den indre overflate av hetten, idet vulsten 2a klemmes tettende mot hetten ved hjelp av omkretspartiet 6 av platen. evenly bent out from the central part so that an annular groove 7 is formed which lies opposite the inner surface of the cap 3. The bead 2a on the membrane engages in the groove 7 on the plate 4 and by adjusting the screws 5, the plate 4 is pulled inwards in the middle to engage with the inner surface of the cap, the bead 2a being clamped tightly against the cap by means of the circumferential portion 6 of the plate.

En fjærbærehette 8, i likhet med hetten 3, men med mindre ytre diameter er anbragt på og rundt den annen ende 2 av membranen. Vulsten ved enden 2 er tettende klemt mot den indre overflate av hetten 8 ved hjelp av en rund klemplate 9 med samme form som platen 4. Platen 9 gripes av hetten 8 ved hjelp av skruer 10 som trekker den forsenkede omkrets 11 på platen 9 mot vulsten på membranen slik at den tettes mot hetten. A spring bearing cap 8, similar to the cap 3, but with a smaller outer diameter is placed on and around the other end 2 of the membrane. The bead at the end 2 is tightly clamped against the inner surface of the cap 8 by means of a round clamping plate 9 of the same shape as the plate 4. The plate 9 is gripped by the cap 8 by means of screws 10 which pull the recessed circumference 11 of the plate 9 towards the bead on the membrane so that it seals against the cap.

Et konvergerende-divergerende element 12 er anbrakt rundt membranen 1 midt på denne slik at det oppnås en klemvirkning på midten av denne. Hylsen 12 er på sitt trangeste parti innvendig forsynt med et ringformet fremspring 13. En smalt konvergerende-divergerende fjærholdebånd 14 er anordnet inne i membranen 1, radialt på linje med og overfor hylsen 12 utenpå denne. Fjærbåndet 14 er utformet i likhet med hylsen 12 og klemmer membranen mot den indre overflate av denne. Båndet 14 er forsynt med et utvendig ringformet spor 15 overfor fremspringet 13 i hylsen 12 slik at det ved hjelp av fremspringet 13 oppnås en fast og positiv anbringelse av membranen i sporet 15 i båndet 14. Diametrene for hylsen 12 er slik at den ende av hylsen som ligger nærmest hver av hettene 3 eller 8 er mindre enn hetten og kan passe teleskopisk inn i denne. Samtidig er hetten 8 mindre enn åpningen i hetten 3 slik at disse hetter vil skyve seg sammen til den hviletilstand for hettene og hylsen som er vist i fig. 6. På denne måten er det oppnådd en teleskopisk fjærenhet med tett rullemembran. Det riktige eller ønskete lufttrykk er selvsagt tilstede i fjærenheten inne i den tettende membran alt etter den bruk som skal gjøres av enheten. Dette kan oppnås på vilkårlig passende måte. A converging-diverging element 12 is placed around the membrane 1 in the middle of it so that a clamping effect is achieved in the middle of it. At its narrowest part, the sleeve 12 is internally provided with an annular projection 13. A narrow converging-diverging spring retaining band 14 is arranged inside the membrane 1, radially in line with and opposite the sleeve 12 outside it. The spring band 14 is designed in the same way as the sleeve 12 and clamps the membrane against the inner surface thereof. The band 14 is provided with an external annular groove 15 opposite the projection 13 in the sleeve 12 so that with the help of the projection 13 a firm and positive placement of the membrane is achieved in the groove 15 in the band 14. The diameters of the sleeve 12 are such that the end of the sleeve which is closest to each of the caps 3 or 8 is smaller than the cap and can fit telescopically into it. At the same time, the cap 8 is smaller than the opening in the cap 3 so that these caps will push together to the rest state for the caps and the sleeve shown in fig. 6. In this way, a telescopic spring unit with a tight roller diaphragm has been achieved. The correct or desired air pressure is of course present in the spring unit inside the sealing membrane depending on the use to be made of the unit. This can be achieved in any suitable way.

Fjærenheten kan eksempelvis benyttes for en tilhenger, slik som vist i fig. 1. Som vist der er den øvre fjærhette 3 forbundet med tilhenger-rammen 16 på vilkårlig passende måte, mens den nedre fjærholder-hette 8 er forbundet med en stang 17 som på et sted langs lengden er lagret på aks-len 18. Den annen ende av stangen 17 er hengselforbundet med tilhenger-rammen 16 ved hjelp av en stang 19 foran tilhenger-hjulet w. Fjærenheten danner en enhet som tar meget liten plass, men som allikevel har et langt utvidelsesslag uten å på-virke dens fullstendige balanse. Som vist i fig. 4 holder forbindelsen mellom hettene 3 og 8 den mellomliggende hylse 12 under normale belastningsforhold hettene i avstand fra hverandre i lengderetningen, med hver av dem delvis omsluttende en ende av hylsen 12. Denne anordning av hylsen 12 bevirker også at rulle-membranen 1 delvis omslutter endene av hylsen 12. Derved dannes ringformede trykklommer 20 og 21 til siden rundt hylsen 12 på grunn av at de to ender av hylsen divergerer. Den luft som er ført inn i den tette membran gir selvsagt et innvendig lufttrykk hvorved membranen holder seg rundt de to divergerende ender av hylsen 12 under normale belastningsforhold. De ringformede luftlommer 20 og 21 omslutter og demper de divergerende ender av hylsen 12 slik at det omsluttede mellomparti av membranen holdes i flytende utbalansert forhold til endene av membranen. På grunn av vinkel-anordningen av rullemembranen når den tilpasser seg den ytre divergerende form for hylsen 12 under last, ved sammensky-ving av hetteelementene 3 og 8 under va-rierende belastning på fjærenheten, oppnås balanse i sideretningen og aksialretning for det omsluttede parti av membranen under påvirkning av luftlommene 20 og 21 rundt dette. Det normale forhold med f jærelementene delvis inne i hverandre bevirker at hylsen 12 under maksimal belastning kommer helt inn i holdehettene 3 og 8. Dette er vist i fig. 6. Hylsen 12 holder sin flytende tilstand hele tiden og derved sikres en utbalansert fjærenhet med maksimale støtopptagende egenskaper. Et meget langt utvidelsesslag er oppnådd ved hjelp av denne oppbygning, slik som det fremgår klart av fig. 5. I dette tilfelle be-veges hettene 3 og 8 helt ute av hette-forhold til det omsluttende parti av membranen etterhvert som membranen strekkes til sine grenser. Det omsluttede mellomparti utøver da en stabiliserende og utba-lanserende virkning på f jærelementene for å bringe dem tilbake til sin hvilestilling når strekk-påvirkningen opphører hvorved rullemembranen igjen omslutter endene av hylsen 12. The spring unit can, for example, be used for a trailer, as shown in fig. 1. As shown there, the upper spring cap 3 is connected to the trailer frame 16 in any suitable manner, while the lower spring holder cap 8 is connected to a rod 17 which is supported somewhere along its length on the axle 18. The other end of the rod 17 is hinged to the trailer frame 16 by means of a rod 19 in front of the trailer wheel w. The spring unit forms a unit that takes up very little space, but still has a long expansion stroke without affecting its complete balance. As shown in fig. 4, the connection between the caps 3 and 8 the intermediate sleeve 12 under normal load conditions keeps the caps longitudinally spaced apart, with each of them partially enclosing one end of the sleeve 12. This arrangement of the sleeve 12 also causes the roller membrane 1 to partially enclose the ends of the sleeve 12. Thereby annular pressure pockets 20 and 21 are formed to the side around the sleeve 12 due to the fact that the two ends of the sleeve diverge. The air that is introduced into the tight membrane naturally provides an internal air pressure whereby the membrane stays around the two diverging ends of the sleeve 12 under normal load conditions. The annular air pockets 20 and 21 enclose and dampen the divergent ends of the sleeve 12 so that the enclosed intermediate part of the membrane is kept in a fluidly balanced relationship with the ends of the membrane. Due to the angular arrangement of the roller membrane when it adapts to the outer divergent shape of the sleeve 12 under load, by pushing together the cap elements 3 and 8 under varying load on the spring unit, balance is achieved in the lateral direction and axial direction for the enclosed part of the membrane under the influence of the air pockets 20 and 21 around it. The normal relationship with the spring elements partially inside each other causes the sleeve 12 under maximum load to enter completely into the retaining caps 3 and 8. This is shown in fig. 6. The sleeve 12 maintains its liquid state at all times and thereby ensures a balanced spring unit with maximum shock-absorbing properties. A very long expansion stroke has been achieved with the help of this structure, as is clear from fig. 5. In this case, the caps 3 and 8 are moved completely out of cap relation to the enclosing part of the membrane as the membrane is stretched to its limits. The enclosed intermediate part then exerts a stabilizing and balancing effect on the spring elements to bring them back to their rest position when the tensile effect ceases, whereby the rolling membrane again encloses the ends of the sleeve 12.

Det er således oppnådd en luftfjær-enhet ved bruk av en sammen-skyvbar, tettende rullemembran som i sideretningen holdes bare på et midtre begrenset parti som holdes i flytende utbalansert forhold tii endene av membranen under alle belastningsforhold. Derved blir det oppnådd en sammentrengt understøttelses- og støt-dempings-enhet med et langt utvidelsesslag og maksimale støtdempings-egenskaper på en høyst stabilisert måte. Innretningen kan brukes med stor effektivitet som opp-hengnings-fjærenhet eller i hvilken som helst annen egenskap hvor det trenges en stabil støtdemper. An air spring unit has thus been achieved by using a collapsible, sealing roller diaphragm which is laterally held only on a central limited portion which is held in a fluid balanced relationship at the ends of the diaphragm under all load conditions. Thereby, a compressed support and shock-absorbing unit is achieved with a long expansion stroke and maximum shock-absorbing properties in a highly stabilized manner. The device can be used with great efficiency as a suspension spring unit or in any other capacity where a stable shock absorber is needed.

En endret utførelse av enheten er vist i fig. 7 hvor det er vist en sammenskyvbar rullemembran 31 som er utformet sylindrisk av ettergivende material slik at avsnitt som følger etter hverandre etter tur nedsettes i diameter. Som vist er den øvre ende av membranen 31 forsynt med en innvendig vulst 32. En hette 33 ligger over den øvre ende av membranen og har en plate 34 innstillbart forbundet med den indre overflate ved hjelp av skruer 36. Platen har et ringformet spor 35 i den flate som vender mot den indre overflate av hetten 33. Skruene 36 trekker platen 34 mot denne idet vulsten 32 på membranen griper inn i sporet 35 i platen hvorved det oppnås en tetning mot den indre overflate av hetten 33. Hetten 33 omslutter det øvre avsnitt av membranen som har størst diameter. Det nederste avsnitt av membranen har minst diameter og er forsynt med en innvendig ombretning 39 ved enden. En f jærhette 37 med en indre diameter tilsvarende det nederste avsnitt av membranen omslutter dette. Vulsten 39 på membranen er klemt mot den indre overflate av hetten 37, midt på denne ved hjelp av en plate 38 som er innstillbart forbundet med hetten 37 ved hjelp av skruer 36. Platen 38 har et ringformet spor 40 som opptar vulsten 39 slik at det oppnås tetning mot hetten 37. Den indre overflate av hetten 37 i nærheten av den åpne ende av hetten er forsynt med et ringformet spor 41. En holdering 42 inne i membranen klemmer membranen mot hetten 37 inn i sporet 41 i denne. En sylindrisk hylse 43 er anbrakt rundt det midtre parti av membranen som har en midlere diameter. Hylsen 43 har et innvendig ringformet spor 44 i nærheten av den øvre ende. En holdering 45 er anordnet inne i membranen som klemmer denne inn i sporet 44 i hylsen 43 slik at hylsen holdes midt i membranen. Da sylinderen 43 i motsetning til hylsen 12 i fig. 4, 5 og 6 ikke er istand til å centrere seg selv vertikalt i enheten, anvendes hjelpeinnretninger, f. eks. skruefjæren 46 for å bære vekten av sylinderen og holde den i ønsket stilling, men fritt bevegelig aksialt etter behov ved belastnings-påvirkning på sylinderen. A modified embodiment of the unit is shown in fig. 7, where a collapsible roller membrane 31 is shown, which is designed cylindrically from a yielding material so that sections that follow each other in turn are reduced in diameter. As shown, the upper end of the membrane 31 is provided with an internal bead 32. A cap 33 lies above the upper end of the membrane and has a plate 34 adjustably connected to the inner surface by means of screws 36. The plate has an annular groove 35 in the surface that faces the inner surface of the cap 33. The screws 36 pull the plate 34 towards it as the bead 32 on the membrane engages in the groove 35 in the plate whereby a seal is achieved against the inner surface of the cap 33. The cap 33 encloses the upper section of the membrane that has the largest diameter. The lowermost section of the membrane has the smallest diameter and is provided with an internal embossment 39 at the end. A f spring cap 37 with an inner diameter corresponding to the bottom section of the membrane encloses this. The bead 39 on the membrane is clamped against the inner surface of the cap 37, in the middle of this by means of a plate 38 which is adjustably connected to the cap 37 by means of screws 36. The plate 38 has an annular groove 40 which accommodates the bead 39 so that seal against the cap 37 is achieved. The inner surface of the cap 37 near the open end of the cap is provided with an annular groove 41. A retaining ring 42 inside the membrane clamps the membrane against the cap 37 into the groove 41 therein. A cylindrical sleeve 43 is placed around the middle part of the membrane which has an average diameter. The sleeve 43 has an internal annular groove 44 near the upper end. A retaining ring 45 is arranged inside the membrane which clamps it into the groove 44 in the sleeve 43 so that the sleeve is held in the middle of the membrane. Since the cylinder 43, in contrast to the sleeve 12 in fig. 4, 5 and 6 are not able to center themselves vertically in the unit, auxiliary devices are used, e.g. the coil spring 46 to carry the weight of the cylinder and keep it in the desired position, but freely movable axially as required by load-influence on the cylinder.

Luft eller annet oppblåsingsmiddel un- Air or other inflating agent un-

der et forut bestemt trykk føres inn i den tettede membran for å opprette en normal balanse hvor hetten 33, hylsen 43 og hetten 37 er i sammenskjøvet tilstand i forhold til hverandre slik som vist i fig. 7. I denne tilstand omslutter rullemembranen partier av den midtre sylindriske hylse 43 og den åpne ende av den nedre hette 37 slik at det dannes ringformede luftlommer om dem. Membranen er utført av slikt material at den midtre hylse 43 flyter i balan-sert stabiliserende forhold til de omsluttede ender av membranen. Den omsluttede normale tilstand av elementene gir en sammentrengt fjærenhet som har et forholdsvis langt utvidelses- og støtdempings-slag som er stadig utbalansert ved hjelp av den balanserende midtre teleskopisk flytende hylse 43. Det skal bemerkes at når anvendelsen krever det kan den enhet som er vist i fig. 7 brukes med fjærholde-innretninger som ligger i radial avstand fra hetten 37 og i sammenheng med hylsen 43 for øket belastningsevne for enheten, where a predetermined pressure is introduced into the sealed membrane to create a normal balance where the cap 33, the sleeve 43 and the cap 37 are in a pushed together state in relation to each other as shown in fig. 7. In this state, the roller membrane encloses parts of the middle cylindrical sleeve 43 and the open end of the lower cap 37 so that annular air pockets are formed around them. The membrane is made of such material that the middle sleeve 43 floats in a balanced, stabilizing relationship with the enclosed ends of the membrane. The encased normal state of the elements provides a compressed spring assembly having a relatively long expansion and damping stroke that is continuously balanced by means of the balancing central telescopic floating sleeve 43. It should be noted that when the application so requires the assembly shown may in fig. 7 is used with spring holding devices located at a radial distance from the cap 37 and in conjunction with the sleeve 43 for increased load capacity for the unit,

men dette gjelder bare for helt spesielle anvendelser. Det er klart at de forskjellige deler er vist i god avstand fra hverandre på tegningen, men at det er å fore-trekke at det bare er nominell avstand mellom de teleskopiske elementer slik at det oppnås sammentrengthet og nedsatt slitasje på membranen. but this only applies to very special applications. It is clear that the various parts are shown at a good distance from each other in the drawing, but that it is preferable that there is only a nominal distance between the telescopic elements so that compression and reduced wear on the membrane is achieved.

Claims

1. Inflatable spring unit, comprising a tubular part of compliant material which is supported at both ends and can fold during the compression stroke of the spring, characterized in that the tubular part (1) is tight and supported at each end by means of two cap-shaped holding units (3, 8; 33, 37) which surround the end portions of the tubular part (1) and are adapted for telescoping movement relative to a rigid limiting device (12) which is connected to and surrounds a portion of the tubular part between and at a distance from the holding units.

2. Spring unit as stated in claim 1, characterized in that the two cap-shaped parts (3, 8; 33, 37) are arranged so that the interior of one cap faces the interior of the other cap, while the side walls of the caps surround nearby end parts of the tubular so that they engage with these at a certain pressure inside the tubular part, while the rigid limiting device (12) is designed as a sleeve so that a part of the tubular part between each end of the sleeve and the corresponding hood can always fold freely so that flexible annular chambers (20, 21) can be formed.

3. Spring unit as stated in claim 1 or 2, characterized in that the rigid limiting device (12) comprises a narrowed part between its end parts so that a corresponding narrowing of the tubular part (1) is formed.

4. Spring unit as stated in claim 3, characterized by an inner retaining ring (14) which engages from the inside with the part of the tubular part (1) which is limited by the narrowed part of the rigid limiting device.

5. Spring unit as stated in claim 1 or 2, characterized in that the rigid limiting device (43) is cylindrical.

6. Spring unit as stated in claim 5, characterized by a ring part (45) which is arranged inside the part of the tubular part (1) which is limited by the rigid limiting part (43) and presses the adjacent part of the latter tubular part into a groove in the rigid limiting device.

7. Spring unit as stated in claim 5 or 6, characterized by a coil spring (46) which resiliently supports the rigid limiting device (43).

8. Spring unit as stated in claims 1-7, characterized in that the holding units (3, 8; 33, 37) or the caps which enclose the end parts of the tubular part (1) have mutually different diameters.

9. Spring unit as stated in claims 1-8, characterized in that each of the end parts of the tubular part (1) is provided with a bottom with an opening whose edge part forms a bead (2, 2a; 35, 39), while two inner disk-shaped parts (4, 9; 34, 40) engage with each of these beads and close the relevant opening as they are attached to the holding units or caps whereby the beads are clamped against the holding units or caps so that the ends of the tubular part are sealed certainly.