ROLLING DIAPHRAGM FOR AIR SPRINGS

Abstract: 1. A rolling diaphragm for an air spring constructed as a double cone and providing at least two inserts having mutually crossing fibers, characterised in that in an unpressurised condition the diameters, changing along the generator, proceeding from the lower and upper edge regions of the diaphragm (2), and enlarging to mutually different degrees, define a profile in the form of a doubled truncated cone, and in that the value of the cord angle along the generator of the diaphragm profile changes continuously, the cord angle increasing in both directions from the maximum diameter of the diaphragm.

Description: Rollmembran für Luftfedern Die Erfindung betrifft eine Rollmembran bzw. einen Rollbalg für Luftfedern, gemäss den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, insbesondere für bei Lastkraftfahrzeugen, Autobussen, Sattelschleppern und ähnlichen Fahrzeugen zur Aufhängung verwendeten Luftfedern. Insbesondere bezieht sich die Erfindung einerseits auf die neuartige Gestaltung der Rollmembran, andererseits auf die Gestaltung der Winkelwerte der in der Bandrolle vorhandenen Kordfasern. Es ist bekannt, dass die Beanspruchung der Rollmembran einer Luftfeder bereits im Laufe der Auffüllung mit Luft anfängt. Die Höhe des im Inneren der Luftfeder sich ausgestaltenden Druckes wird sich demnach ändern, ob eine Ausoder Einfederung stattfindet. Im Laufe des Gebrauchs wird infolge der Deformation der Membran oder der Hystherese des Gummis ein Teil der Falt- und Deformationsarbeit in Wärme umgewandelt. Aus diesem Standpunkt heraus wird der Wandstärke der Membran grosse Bedeutung beigemessen, da bei einer dickeren Membranwand die infolge der Falt- und Deformationsarbeit auftretende Wärmebildung höher ist als bei einer dünneren Membranwand. Ein weiterer Zusammenhang kann zwischen der Längsabmessung bzw. dem Querschnitt und dem Mass der Erwärmung beobachtet werden. Unter gleichen Umständen und bei einem gleichen Innendruck wird sich eine Membran mit einem kleineren Durchmesser und/oder geringerer Länge - d.h. mit einem kleineren Luftraum - stärker erwärmen. Selbstverständlich wird die Deformation der Luftfedermembranen auch von den Wegverhältnissen bedeutend beeinflusst. Die Membranen sind auf einer Fahrstrasse von durchschnittlicher Qualität mehreren Tausend von Ein- und Ausfederungen während einer Stunde ausgesetzt. Die statistischen Prüfungen haben bestätigt, dass bei veränderlichen Weg-, Geschwindigkeits- und Belastungsverhältnissen nach dem Ablauf von 50 000 Km die Luftfedermembran 6,5 x 106 Faltzyklen unterworfen worden ist, d.h. dass die Membran während ihrer gesamten Lebensdauer das Vielfache dieses Wertes ertragen muss. Während des erwähnten Federspiels sind die festigkeitstragenden Kordfasern in der Membranwand einer Zug- und Druckbeanspruchung ausgesetzt. Die Druckbeanspruchung ist aber für die Kordfasern sehr schädlich. Aufgrunddessen muss nach einer Herabsetzung derselben gestrebt werden. Andererseits ist die Tatsache bekannt, dass im allgemeinen die Fahrzeughersteller neben der Sicherstellung der Federung auch die Forderung stellen, dass die Luftfederung zum Anheben eines entsprechenden Teiles der Aufhängung geeignet ist. Eine weitere Forderung besteht darin, - insbesondere, wenn eine leichte gegenüber Erschütterungen empfindliche Fracht in grossen Mengen transportiert wird dass in dem Fall, in dem eine vollkommene Belastung des Fahrzeugs praktisch nicht realisiert wird, die eine Achse (aus auf die Schwingungsdämpfung gerichteten Überlegungen) auch während des Betriebes angehoben wird, wodurch auch unter extremen Federungsverhältnissen annähernd gleiche Federungseigenschaften erreicht werden können. Bei zahlreichen Kraftfahrzeugen, Anhängern, Sattelschleppern usw. trat die Verwendung der Luftfedern in den Vordergrund, da auf diese Weise eindeutig bessere Federungscharakteristiken erreicht werden konnten. Gleicherweise wird das Luftfedersystem vorteilhaft bei Silofahrzeugen, Behälterwagen usw. verwendet, da dadurch nicht nur die Qualität der Federung während der Leerfahrten verbessert werden kann, sondern das ganze Fahrzeug geschont wird. Desweiteren wird das Anheben der Räder in einen unbelasteten Zustand ermöglicht. Bei dem Betrieb der Kraftfahrzeuge kommt ein extremer Federungszustand recht oft vor, der darin besteht, dass der in der Luftfeder herrschende Luftdruck auf einen niedrigeren Wert abfällt. Während des Transports (Schifftransport, per Bahn) eines Fahrzeugs tritt auch ein Zustand ein, in dem kein Uberdruck in der Luftfeder gegeben ist. In diesem Zustand ist aufgrund des Anhebens des Fahrzeuges und der dadurch gegebenen Entlastung der jeweiligen Luftfeder der im Inneren der Membran herrschende Druek niedriger als der atmosphärische Druck, wodurch eine negative Krümmung in der Rollmembran entsteht, die beim Aufstellen des Fahrzeuges auf seine Räder zu schadhaften Deformationen und Einbeulungen führen kann. Ein ähnlicher kritischer Zustand entsteht bei einem in der Garagenposition vorgenommenen Radwechsel, d.h. bei allen Gelegenheiten bei denen die Karosserie plötzlich angehoben wird, da dadurch in der Membran ein verminderter überdruck und ein grosses Volumen entstehen. Es kann festgestellt werden, dass das Profil einer üblich ausgestalteten Rollmembran sich in den Extremfällen ändert, bei einer wiederholten Belastung sich ausbeult und leicht zerstört wird. Um diese Erscheinungen vermeiden zu können, wurden äussere Versteifungen, z.B. die Anwendung eines Metallmantels vor geschlagen. Die Lösung hatte jedoch nicht zu den gewünsch ten Resultaten geführt, da der Mantel leicht von der Roll membran abrutschte und deshalb nicht imstande war, seine Funktion zu erfüllen. Aus der HU-PS 167 387 ist eine Lösung bekannt, bei der zur Verminderung der oben geschilderten schadhaften Erschei zungen unter, zwischen oder über einem oder mehreren, mit ihren übereinander angeordneten Fasersysteflen Rhomben bil denden Stoffeinsätzen der Rollmembran, mindestens im Be reich eines Abschnittes der Mantelfläche des zylindrischen Teiles der Membran ein oder mehrere weitere Einsätze vor gesehen ist (sind), der (die) an den erst erwähnten Ein sätzen befestigt ist (sind) und dessen (deren) Fasersystem die erwähnten Fäserrhomben in Faserdreiecken unterteilt. Diese Lösung (sog. "Membran mit Gürteleinsatz") ergibt in den gegebenen Abschnitten eine gewisse Steifheit der Mem bran, die das Mass der Deformation und die schadhaften Ein flüsse verringert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Rollmembran für Luftfedern zu entwickeln, in deren Kordstruktur die Zugbeanspruchung dominiert und die Druckbeanspruchung re duziert wird. Darüber hinaus soll auf der Basis der oben beschriebenen Verstärkungswirkung eine äusserst günstige und entsprechend weiche Federung erreicht werden; weiter hin besteht die Forderung, dass bei einem niedrigen Druckwert eine Beulung.der Membran kein Schadhaftwerden hervorruft; der letzterwähnte Umstand verlängert die Lebensdauer der Membran ohne Erfordernis der Verwendung eines separaten äusseren Mantels oder eines zusätzlichen Einsatzes (Gürtels). Die Aufgabe wird bei einer Rollmembran der vorausgesetzten Art dadurch gelöst, dass in einem Zustand ohne Überdruck die Durchmesser des Hohl körpers der Rollmembran sich entlang der Erzeugenden ändern und zwar derart, dass von den unteren und oberen Flanschen der Rollmembran ausgehend die Durchmesser in einem unterschiedlichen Mass zunehmend das Profil eines Doppelstumpfkegels bestimmen und dass ferner die Rollmembran mindestens zwei einander kreuzende Fasern enthaltende Einsätze aufweist, bei denen der Wert des Kordwinkels sich entlang der Erzeugenden des Hohlkörperprofils ständig ändert. Zweckmässige Ausgesta#ltungen der erfindungsgemässen Rollmembran ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen. Die erfindungsgemässe Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass durch die Modifizierung des Profils der Rollmembran aufgrund der gegenseitigen Stützwirkung des Doppelkegels und die derart erzeugten Kordwinkel die Membran ausgesteift und gegenüber Deformationen geschützt wird (in vergleichgarer Weise ist eine gerippte Platte steifer als eine plane), wodurch die aus dem Stand der Technik resultierenden Nachteile behoben werden. Die erfingungsgemässe Gestaltung ergibt - mit den bekannten Luftfedermembranen mit diagonaler Querverstärkung verglichen - eine Membran mit wesentlich vorteilhafteren Charakteristiken. Mit den eine äussere Stützanordnung umfassenden Lösungen verglichen, ist die erfindungsgemässe Lösung ebenfalls eine vorteilhafte Weiterentwicklung; in diesem Fall werden die Luftfedermembranen, die mit den mit der Bandrolle mitvulkanisierten peripheralen und in Richtung der Erzeugenden liegenden Verstärkungseinsätzen versteift sind, weiterentwickelt und deren Federungsparameter verbessert. Die Fig. 1 bis 3 stellen die Profile der bisher bekannten und allgemein verwendeten Rollmembranen dar. Die in Fig. 1 veranschaulichte, an dem zugehörigen Kolben rollende Rollmembran 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Mantel 1 versehen ist. Bezüglich der Gestaltung des Profils der Rollmembran ist festzustellen, dass die Höhe H der zylindrischen Membran dem Durchmesser D gleich ist oder diesen unterschreitet; d.h.dass das Verhältnis H/D gleich H/D - 1, vorzugsweise 0,65-1, ist. Bei dieser Lösung ist die Kordverstärkung aus mindestens zwei, einander kreuzenden Einsätzen gefertigt. Der Durchmesser der Membranen ändert sich während der-Federung, und zwar derart, dass der Durchmesser in dem Abschnitt unter dem Mantel 1 konstant bleibt, während in den Abschnitten ohne Verstärkung eine Zunahme beobachtet werden kann, wobei der Kordwinkel der Einsätze der vulkanisierten Membran zwischen 400 und 500 liegt. Das in Fig. 1 dargestellte Membranprofil kann auf einem verhältnismässig beschränkten Gebiet, nämlich ausschliesslich bei Autobussen verwendet werden. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass in dem ausgefederten (unbelasteten) Zustand der Mantel 1 oft von der Rollmembran 2 abrutscht, wodurch sowohl die Membran 2 als auch der Mantel 1 zerstört werden. Die in Fig. 2 gezeigte, in den Einsätzen unter einem sog. Gleichgewichtswinkel angeordneten Kordfasern enthaltende, ggf. einseitig konisch ausgestaltete Rollmembran 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Länge H der zylindrischen (oder einseitig konischen) Membran 2 dem Durchmesser D gleich ist oder diesen überschreitet, d.h., dass H = d und H - 1 - 2 D ist. Die Winkel des Membranprofils sind wie folgt: 1 1 und g2 = 900 oder g 1 = 900 und r 2 = 85 - 75 Auch in diesem Fall besteht die verwendete Kordverstärkung aus wenigstens zwei, einander kreuzenden Einsätzen, wobei unter Belastung und Überdruck die Kordfasern mit der Längsachse einen Winkel einschliessen, unter dem der Durchmesser sich nur gering verändert kann (Gleichgewichtswinkel). Diese Gestaltung ist zwar schon viel besser als die in der Fig. 1 veranschaulichte, mit dem Mantel 1 versehene Rollmembran 2, aber auch bei dieser Gestaltung kommt die Verdrückung in einem unbelasteten Zustand zustande. Die Fig. 3 stellt die Lösung nach der bereits zitierten HU-PS 167 387 dar; bei dieser Rollmembran 2 beträgt das Verhältnis Höhe (H) und durchschnittlicher Durchmesser D durchschnittlich EMI7.1 durchschnittlich; H/D durchschnittlich = 0,65 - 2 Ferner ergibt sich: 1 g 2 1 ¯ D2 i D3; D1 D2 D3 Unter Zuhilfenahme des Versteifungssystems des Abschnitts 1 ist es gelungen, bei dieser Lösung das Beulen zu vermindern; eine vollkommene Beseitigung konnte aber nicht erreicht werden. So weist diese im übrigen recht vorteilhafte Lösung noch immer den Nachteil auf, dass das Einsaugen der Membranwand bei der Ausfederung (in einem unbelasteten Zustand) nicht eliminiert werden konnte; dabei kann die bei den einvulkanisierten Gürtelenden entstehende, die Spannung ansammelnde Linie ein Schadhaftwerden der Membran hervorrufen. Es ist weiterhin eine Gummimembran-Profilgestaltung bekannt, bei der der Flansch der Membran sich nach aussen biegt und mit einer einspannenden Metallstruktur unlösbar verbunden ist. Auch in diesem Fall ist der arbeitende Abschnitt der Membran zylindrisch ausgestaltet. Die bekannten Nachteile konnten auch hier nicht beseitigt werden. Im Sinne der erfindungsgemässen Lösung werden die Nachtei-le der bekannten Gestaltungen dadurch beseitigt, dass eine Membran verwendet wird, die in dem Grundzustand (d.h. ohne Überdruck) durch sich entlang der Erzeugenden des Hohlkörpers ändernden Durchmesser charakterisiert werden kann, wobei die Durchmesser von den unteren bzw. oberen Flanschen der Membran ausgehend und in einem voneinander abweichenden Mass zunehmend das Profil eines doppelten Stumpfkegels bestimmen. Das Verstärkungssystem der erfindungsgemässen Rollmembran kann dadurch gekennzeichnet werden, dass es aus mindestens zwei, einander kreuzenden Fasern enthaltenen Einsätzen besteht, bei der der Wert des Kordwinkels (unter dem Kordwinkel wird ein Winkel verstanden, der in einer durch den geprüften Punkt der Membran gelegten zu der Hauptdrehachse der Membran senkrechten Ebene liegt und von der zu dem geprüften Punkt gezogene Tangente und der Kordfaser umschlossen wird, verstanden) sich entlang der Membranerzeugenden ständig ändert, und zwar, von dem grössten Durchmesser ausgehend (wo der Kordwinkel 25 - 40 beträgt), in der einen Richtung bis 40 - 450, in der anderen Richtung bis 50 - 60 . Die erfindungsgemässe Lösung ist näher in der Fig. 4 dargestellt. Diese zeigt die Rollmembran 2 im unbelasteten Zustand, in dem die Durchmesser entlang der Erzeugenden des Hohlkörpers von dem oberen und unteren Flansch der Rollmembran ausgehend, nach der Mitte tendierend, zunehmen, und zwar in unterschiedlichen Massen, bis sie einen gemeinsamen maximalen Durchmesser erreichen. Die Höhe H der erfindungsgemässen Rollmembran 2 entspricht zweckmässig etwa dem 0,5 - 2,5 des Durchmessers, wobei der Durchmesser sich entlang der gesamten Erzeugenden ändert. Zwischen den beiden Flanschen nimmt der Durchmesser den Randwert D max. an. Die Konizität der beiden mit ihrer Basis zusammenfallenden Stumpfkegel ist unterschiedlich. Dies bedeutet, dass der Winkel, der von der zur Längsachse des Hohlkörpers parallelen und die Erzeugende am grössten Durchmesser tangier enden Geraden und von der Erzeugenden des Mantels des jeweiligen Stumpfkegels umschlossen ist, bei dem oberen Stumpfkegel #1 und dem unteren Stumpfkegel # 2 ist, wobei #1 = 1 - #O, g22= 2 - 100 und 2 2 2 1 g 2- Der Grundwerkstoff der erfindungsgemässen Rollmembran kann natürlicher oder synthetischer Kautschuk sein. Die Bandrolle wird aus Kunstseide, Polyamid, Glas- bzw. Stahlfaser hergestellt. Das oben beschriebene Membranprofil und der entlang der Erzeugenden sich ändernde Winkelwert der Verstärkungseinsätze beeinflussen auf eine einfache, jedoch vorteilhafte Weise den Betrieb der Rollmembran. Die Ermüdung der Bandrolle wird vermindert. Gleichzeitig wird die Beständigkeit gegen über den ungünstigen Einflüssen der extremen Zustände erhöht, wobei alle die erwähnten Vorteile ohne die Anwendung der akzessorischen Einsätze, bzw. eines verstärkenden Mantels und ohne die Erhöhung der Wandstärke erreicht werden. Wenn die erfindungsgemässe Rollmembran unter Druck gesetzt wird und eine Federung stattfindet, nimmt der Durchmesser nur bis zu einem gewissen Mass zu, wobei auf der nicht rollenden Fläche die Zunahme des Durchmessers geringer und in dem ausgefederten Zustand die Position stabiler ist. Schadhafte Verwindungen, Einbeulungen bzw. Deformationen treten nicht auf. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Rollmembran liegt darin, dass die schadhafte Druckbeanspruchung bedeutend verringert werden kann, da in erster Linie die Zugbeanspruchung dominiert; gleichzeitig ist die Wandstärke der erfindungsgemässen Rollmembran (mit den bekannten Lö sungen'verglichen) geringer, wodurch die von der Falt- und Druckdeformation hervorgerufene Erwärmung und deren schädliche Auswirkungen vermieden werden. Dadurch, dass entlang der Erzeugenden des Profils der Rollmembran die Durchmesser sich ständig ändern, wird eine äusserst günstige Verstärkung erreicht, da die in den Verstärkungseinsätzen sich ergebenden Kordwinkel sich ebenfalls ändern, und zwar, von dem grössten Durchmesser ausgehend, in beiden Richtungen asymmetrisch. Auf diese Weise kann das Anwendungsgebiet der erfindungsgemässen Luftfeder bedeutend erweitert werden. Die die erfindungsgemässe Rollmembran enthaltende Luftfeder kann in unterschiedlichen Kraftfahrzeugen, vom Autobus bis zum Sattelschlepper, verwendet werden. Sie sichert eine optimale Federung, Selbstschwingungszahl und einen als Hebel wirkenden Betrieb, ohne dass ein separater Mantel, Gürtel oder ein sonstiges (zusätzliches) Element nötig wäre.

Claims: Patentansprüche: 1. Rollmembran für Luftfedern, die als rotationssymmetri scher Hohlkörper mit im wesentlichen senkrecht zu des sen Achse verlaufenden oberen und unteren Anschluss flanschen ausgebildet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass in einem Zustand ohne Überdruck die Durchmesser des Hohlkörpers der Rollmembran (2) sich entlang der Erzeugenden ändern, und zwar derart, dass von den unteren und oberen Flanschen der Rollmem bran (2) ausgehend die Durchmesser in einem unterschied lichen Mass zunehmend das Profil eines Doppelstumpfke gels bestimmen, und dass ferner die Rollmembran (2) min destens zwei einander kreuzende Fasern enthaltende Ein sätze aufweist, bei denen der Wert des Kordwinkels sich entlang der Erzeugenden des Hohlkörperprqfils ständig ändert. 2. Rollmembran nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass sie mindestens zwei einander kreuzende Fasern enthaltende Einsätze aufweist, bei denen der Wert des Kordwinkels sich entlang der Erzeu genden des Hohlkörperprofils ständig ändert, und zwar derart, dass von dem maximalen Durchmesser - bei dem der Wert 25 - 40 beträgt - ausgehend, der Wert des Kord winkels in der einen Richtung bis 40 - 500 und in der anderen Richtung bis 50 - 60 zunimmt. 3. Rollmembran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Winkel, der von der zu der Längsachse des Hohlkörpers parallel verlau fenden und die Erzeugende am grössten Durchmesser tangierenden Geraden und der verlängerten Mantellinie des jeweiligen Kegels umschlossen ist, bei dem obe ren Kegels1 und dem unteren Kegel t2 ist, wobei #1 = 1-5 , und #2 = 2 - 10 und #2 = 2# 1. #1 # #2. 4. Rollmembran nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Höhe den 0,5 - 2,5fachen des Durchmessers ent spricht und das Verhältnis der Höhe (H) und des Durchmessers (D3 EMI13.1 erfüllt.

Inventors: FARKAS, OTTO, DIPL.-MASCH., FEJERDI, ISTVAN, DIPL.-CHEM., Fejérdi, István, Dipl.-Chem.
Applicants: TAURUS GUMIIPARI VALLALAT
Application year: 1981
Main classification: F16F9
IPC codes: B60G11, F16F9