DE102021211459B3

DE102021211459B3 - Rollbalg für eine Luftfeder mit einem Fadenstrang aus mehreren Fäden und eine Luftfeder

Info

Publication number: DE102021211459B3
Application number: DE102021211459.8A
Authority: DE
Inventors: Adrian Ciotlos
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2021-10-11
Filing date: 2021-10-12
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2041-10-13

Abstract

Rollbalg (4) für eine Luftfeder (1) umfassend eine Festigkeitsträgerlage, welche eine Vielzahl an Fadensträngen (9) umfasst, wobei ein Fadenstrang (9) aus mehreren Fäden (10, 11, 12) zusammengesetzt ist, wobei der Fadenstrang (9) einen zentrischen Faden (10) umfasst, welcher von einer Vielzahl an ersten konzentrischen Fäden (11) umgegeben ist, wobei die Vielzahl an ersten konzentrischen Fäden (11) wiederum von einer Vielzahl an zweiten konzentrischen Fäden (12) umgeben ist, wobei eine Fadendicke des zentrischen Faden (10) größer ist als eine Fadendicke jedes einzelnen Fadens der ersten konzentrischen Fäden (11) und dass eine Fadendicke jedes einzelnen Fadens der ersten konzentrischen Fäden (11) kleiner ist als eine Fadendicke jedes einzelnen Fadens der zweiten konzentrischen Fäden (12).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rollbalg für eine Luftfeder eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Luftfeder mit solch einem Rollbalg.
Luftfedern oder Luftfederbeine, die zwischen einem Fahrwerk und einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges eingespannt werden und einen Rollbalg aufweisen, welcher wiederum zwischen einem Deckel und einem Abrollkolben befestigt ist, sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Die Luftfeder steht im Betrieb unter einem inneren Überdruck und der Rollbalg rollt unter Last und bei Federbewegungen unter Bildung einer Rollfalte auf der Außenfläche des Abrollkolbens ab. Zudem ist der Rollbalg aufgrund der kinematischen Achsbewegungen zwischen Deckel und Abrollkolben auch einer Torsionsbewegung ausgesetzt. Zwar können außengeführte Luftfedern eine axiale Federbewegungen gut ertragen, aber die darüberhinausgehende Torsionsbewegung (Verdrehung) ist schädlich für die Lebensdauer des Rollbalgs, insbesondere für die stark beanspruchten Rollfalte. Der mit Festigkeitsträgern verstärkte Rollbalg droht meist in der Rollfalte beschädigt zu werden. Dem wird versucht durch verschiedenste Ausgestaltungen der Festigkeitsträger entgegenzuwirken.
So ist aus der DE 10 2013 212 228 A1 ein Schlauchrollbalg für eine Luftfeder bekannt, wobei der Schlauchrollbalg eine Balgwand aus elastischem Material umfasst, in welche zwei aus monofilen oder polyfilen Festigkeitsträger bestehende Festigkeitsträgerlagen eingebettet sind, wobei die beiden Festigkeitsträgerlagen an Kreuzpunkten verbunden sind. Die Festigkeitsträger bestehen dabei unter anderen aus einem monofilen Kern und wenigstens einer konzentrisch angeordneten polyfilen Außenschicht. Auch sind darin Festigkeitsträger beschrieben, welche aus einem polyfilen Kern und einer Außenschicht aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt sind.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2015 215 564 A1 ein Balg für eine Luftfeder bekannt, welcher aus einem Elastomer besteht in den wenigstens ein Verstärkungsgewebe eingebettet ist und das Verstärkungsgewebe Kettfäden aufweist. Die Kettfäden bestehen wenigstens aus einem Garn, wobei das Garn wenigstens aus einer Faser besteht, welche ein Grundmatrixmaterial aufweist. Das Garn besteht bspw. aus sieben miteinander verdrillten Fasern, wobei die Fasern zusätzlich mit einem Haftvermittler versehen sind, welcher eine Verbindung des Garns mit dem Elastomer des Balgs ermöglicht.
Es ist Aufgabe der Erfindung einen robusten Rollbalg für eine Luftfeder bereitstellen, welcher Torsionseinwirkungen gut standhält.
Erfindungsgemäß wird ein Rollbalg für eine Luftfeder bereitgestellt, umfassend eine Festigkeitsträgerlage, welche eine Vielzahl an Fadensträngen umfasst, wobei ein Fadenstrang aus mehreren Fäden zusammengesetzt ist, wobei der Fadenstrang einen zentrischen Faden umfasst, welcher von einer Vielzahl an ersten konzentrischen Fäden umgegeben ist, wobei die Vielzahl an ersten konzentrischen Fäden wiederum von einer Vielzahl an zweiten konzentrischen Fäden umgeben ist, wobei eine Fadendicke des zentrischen Fadens größer ist als eine Fadendicke jedes einzelnen Fadens der ersten konzentrischen Fäden und dass eine Fadendicke jedes einzelnen Fadens der ersten konzentrischen Fäden kleiner ist als eine Fadendicke jedes einzelnen Fadens der zweiten konzentrischen Fäden. Bevorzugt ist die Fadendicke des zentrischen Fadens größer als die Fadendicke jedes einzelnen Fadens der zweiten konzentrischen Fäden.
Der Rollbalg für die Luftfeder umfasst zumindest die eine Festigkeitsträgerlage. Diese kann zwischen zwei Elastomerlagen eingebettet sein. Die Festigkeitsträgerlage umfasst dabei eine Vielzahl an Fadensträngen, welche in die gleiche Richtung ausgerichtet sind. Die Fadenstränge können dabei parallel zur Längsachse der Luftfeder ausgerichtet sein. Hierbei wird dann von einem Axialbalg gesprochen. Die Fadenstränge können aber auch in einem Winkel zur Längsachse der Luftfeder verlaufen. Ist bspw. noch eine zweite Festigkeitsträgerlage vorgesehen, deren Fadenstränge in einem anderen Winkel zur Längsachse der Luftfeder verlaufen, dann kreuzen sich die Fadenstränge der beiden Festigkeitsträgerlage. Sodann wird von einem Kreuzlagenbalg gesprochen.
Die einzelnen Fadenstränge der Festigkeitsträgerlage sind aus einer Vielzahl an Fäden zusammengesetzt. Solch ein Faden kann bspw. aus Polyamid hergestellt sein. Die Fäden sind dann in der beschriebenen Anordnung zu einem Fadenstrang zusammengefasst.
Der Vorteil eines Fadenstrangs mit einer zentrischer Fadenanordnung und einer ersten und zweiten Fadenanordnung mit einer Vielzahl von konzentrischen Fäden, wobei die Fadenanordnungen unterschiedliche Fadendicken aufweisen, liegt in einer längeren Beständigkeit gegen eine Torsionsbeanspruchung. Erfährt der Rollbalg eine Torsionsbeanspruchung bzw. Verdrehung, werden die einzelnen Fadenstränge der Festigkeitsträgerlage gedehnt. Dies kann zu einem Reißen und somit Versagen des Rollbalgs führen. Der Fadenstrang der beschriebenen Anordnung hat allerdings den Vorteil, dass die äußere zweite Fadenanordnung einen Großteil der Torsionsbeanspruchung aufnimmt. Denn die Vielzahl an ersten konzentrischen Fäden und die Vielzahl an zweiten konzentrischen Fäden sind derart beweglich zueinander angeordnet, dass ein Eindrücken eines einzelnen Fadens der zweiten konzentrischen Fäden in die Vielzahl an ersten konzentrischen Fäden eine Verschiebung der einzelnen Fäden der Vielzahl an ersten konzentrischen Fäden in eine Umfangsrichtung bewirkt. Die unter Torsionsbeanspruchung stehenden äußeren Fäden haben somit Platz nach innen zu wandern, wodurch sie nicht so schnell reißen.
Mit konzentrisch wird die symmetrische Anordnung der ersten und zweiten konzentrischen Fäden um eine gemeinsame Mitte, den zentrischen Faden, bezeichnet. Dabei weisen die Fadenanordnungen der ersten und zweiten konzentrischen Fäden unterschiedliche Radien auf. Mit der Fadendicke ist der Durchmesser eines einzelnen Fadens gemeint.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vielzahl an ersten konzentrischen Fäden gegenüber der Vielzahl an zweiten konzentrischen Fäden durch eine erste Ummantelung abgegrenzt. Die erste Ummantelung sorgt dafür, dass die ersten konzentrischen Fäden um den konzentrischen Faden herum angeordnet bleiben. Dabei sind die ersten konzentrischen Fäden mit einem derartigen Abstand zueinander in Umfangsrichtung um den zentrischen Faden angeordnet, dass genügend Platz für ein Eindringen der Fäden der zweiten konzentrischen Fäden besteht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Vielzahl an zweiten konzentrischen Fäden von einer zweiten Ummantelung umgeben. Die zweite Ummantelung ist dafür vorgesehen, dass die zweiten konzentrischen Fäden um die ersten konzentrischen Fäden herum angeordnet bleiben und damit eine Haftverbindung des Fadenstrangs zu den Elastomerlagen erzeugt wird.
Verwendung findet der Rollbalg in einer Luftfeder für ein Kraftfahrzeug, wobei der Rollbalg zwischen zwei Anschlussteilen (Deckel und Abrollkolben) der Luftfeder druckdicht eingespannt ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren.
Es zeigen:

1 eine Luftfeder mit einem Rollbalg gemäß dem Stand der Technik,
2 einen beispielsgemäßen Strang aus dem Rollbalg im Querschnitt, und
3 den beispielsgemäßen Strang unter Torsionseinwirkung.

Die 1 zeigt stark schematisiert eine bekannte Luftfeder 1 mit ihren wesentlichen Bauteilen. Als erstes Anbauteil dient ein Abrollkolben 2 zur Anbindung an einen Radträger und als ein zweites Anbauteil dient ein Luftfederdeckel 3 zur Anbindung an die Fahrzeugkarosserie. Zwischen Luftfederdeckel 3 und Abrollkolben 2 ist ein elastomerer Rollbalg 4 luftdicht eingespannt, wodurch ein mit Druckluft befüllter volumenelastischer Druckraum 5 begrenzt wird.
Schlauchförmiger Rollbalg 4 wird über jeweilige Klemmringe 6 an den Anbauteilen 2, 3 befestigt.
Weiterhin ist Rollbalg 4 von einer hülsenförmigen Außenführung 7 umschlossen, welche als ein Stützkorsett bei dünnwandigen Rollbälgen eingesetzt wird, um dem hohen Innendruck im Druckraum 5 entgegenzuwirken. Außenführung 7 erstreckt sich parallel zur Längsachse L von Luftfeder 1. Im dynamischen Fahrbetrieb rollt fadenverstärkter Rollbalg 4 unter Ausbildung einer Rollfalte 8 an der Außenwandung des Abrollkolbens 2 auf und ab.
Die 2 zeigt im Querschnitt einen Strang 9, welcher aus einer Vielzahl an Fäden zusammengesetzt ist. Mehre Fäden, welche in gleicher Richtung ausgerichtet sind, bilden eine Festigkeitsträgerlage, welche in zwei Elastomerlagen eingebettet ist. Der Rollbalg für eine Luftfeder besteht sodann zumindest aus diesen drei Lagen.
Fadenstrang 9 ist aus mehreren Fadenanordnungen zusammengesetzt. Eine erste Fadenanordnung umfasst einen zentrischen Faden 10. Diese erste Fadenanordnung ist von einer zweiten Fadenanordnung umgeben. Zweite Fadenanordnung ist eine Vielzahl an ersten konzentrischen Fäden 11. Somit ist zentrischer Faden 10 von der Vielzahl an ersten konzentrischen Fäden 11 umgeben. Diese zweite Fadenanordnung ist wiederum von einer dritten Fadenanordnung umgeben. Dritte Fadenanordnung ist eine Vielzahl an zweiten konzentrischen Fäden 12, welche die ersten konzentrischen Fäden 11 umgeben.
Beispielsgemäß hat zentrischer Faden 10 eine Fadendicke, welche größer ist als eine Fadendicke jedes einzelnen Fadens der ersten konzentrischen Fäden 11. Zudem haben die einzelnen Fäden der ersten konzentrischen Fäden 11 eine Fadendicke, welche kleiner ist als eine Fadendicke jedes einzelnen Fadens der zweiten konzentrischen Fäden 12. Des Weiteren ist die Fadendicke des zentrischen Fadens größer als eine Fadendicke jedes einzelnen Fadens der zweiten konzentrischen Fäden 12.
Weiterhin sind beispielsgemäß die ersten konzentrischen Fäden 11 durch eine erste Ummantelung 13 von den konzentrischen Fäden 12 abgegrenzt. Beispielsgemäß sind die zweiten konzentrischen Fäden 12 von einer zweiten Ummantelung 14 umgeben.
Verzugsweise sind die Fäden aller drei Fadenanordnungen aus Polyamid hergestellt. Die Fäden der einzelnen Fadenanordnungen können aber auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Also solche kommen noch Polyester oder Aramid in Betracht. Die erste und zweite Ummantelungen 13 und 14 werden aus einem Elastomer hergestellt. Zudem kann die zweite Ummantelung 14 mit einem Haftvermittler versehen sein.
In der 3 wird das Verhalten eines Fadenstrangs 9 bei einer Torsionsbeeinträchtigung gezeigt. Die Torsionsbeeinträchtigung ist mit T bezeichnet und sorgt für eine Verdrehung des Fadenstrangs 9. Dabei drückt sich ein einzelner Faden der zweiten konzentrischen Fäden 12 in die ersten konzentrischen Fäden 11 ein. Die Kraft, welche hierbei radial nicht innen wirkt, ist mit F bezeichnet. Das Eindrücken führt zu einer Verschiebung der ersten konzentrischen Fäden 11 in Umfangsrichtung. Dies wird dadurch ermöglicht, dass diese mit genügendem Abstand zueinander in Umfangsrichtung angeordnet sind. Dieses Verhalten führt zu einer längeren Torsionsbeständigkeit des Rollbalgs.
Bezugszeichenliste

1: Luftfeder
2: erstes Anbauteil/Abrollkolben
3: zweites Anbauteil/Luftfederdeckel
4: Rollbalg
5: Druckraum
6: Klemmring
7: Außenführung
8: Rollfalte
9: Fadenstrang
10: zentrischer Faden
11: erste konzentrische Fäden
12: zweite konzentrische Fäden
13: erste Ummantelung
14: zweite Ummantelung
T: Torsionskraft
F: Kraft

Claims

Rollbalg (4) für eine Luftfeder (1) umfassend eine Festigkeitsträgerlage, welche eine Vielzahl an Fadensträngen (9) umfasst, wobei ein Fadenstrang (9) aus mehreren Fäden (10, 11, 12) zusammengesetzt ist, wobei der Fadenstrang (9) einen zentrischen Faden (10) umfasst, welcher von einer Vielzahl an ersten konzentrischen Fäden (11) umgegeben ist, wobei die Vielzahl an ersten konzentrischen Fäden (11) wiederum von einer Vielzahl an zweiten konzentrischen Fäden (12) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fadendicke des zentrischen Fadens (10) größer ist als eine Fadendicke jedes einzelnen Fadens der ersten konzentrischen Fäden (11) und dass eine Fadendicke jedes einzelnen Fadens der ersten konzentrischen Fäden (11) kleiner ist als eine Fadendicke jedes einzelnen Fadens der zweiten konzentrischen Fäden (12).
Rollbalg (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadendicke des zentrischen Fadens (10) größer ist als die Fadendicke jedes einzelnen Fadens der zweiten konzentrischen Fäden (12).
Rollbalg (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl an ersten konzentrischen Fäden (11) gegenüber der Vielzahl an zweiten konzentrischen Fäden (12) durch eine erste Ummantelung (13) abgegrenzt sind.
Rollbalg (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl an zweiten konzentrischen Fäden (12) von einer zweiten Ummantelung (14) umgeben sind.
Luftfeder (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend einen Rollbalg (4) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.