DE102022209488A1

DE102022209488A1 - Luftfeder mit elektrisch leitfähigem Element

Info

Publication number: DE102022209488A1
Application number: DE102022209488.3A
Authority: DE
Inventors: Harald Kranz
Original assignee: ContiTech Luftfedersysteme GmbH
Current assignee: Contitech Deutschland De GmbH
Priority date: 2022-09-12
Filing date: 2022-09-12
Publication date: 2024-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder (1) mit einem Gürtelbalg (2), aufweisend ein elastomeres Material (4) und einen Stahlgürtel (6), wobei der Gürtelbalg (2) wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element aufweist, wobei das elektrisch leitfähige Element ausgebildet ist, das elastomere Material (4) zu beheizen. Der Stahlgürtel (6) und bzw. oder wenigstens ein um den Stahlgürtel (6) gewickelter elektrisch leitfähiger Draht bildet das elektrisch leitfähige Element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder mit einem Gürtelbalg, aufweisend ein elastomeres Material und einen Stahlgürtel, wobei der Gürtelbalg wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element aufweist, wobei das elektrisch leitfähige Element ausgebildet ist, das elastomere Material zu beheizen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Schienenfahrzeug.
Die Eigenschaften von Bauteilen aus elastomerem Material können sich in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur verändern. Dies hängt unter anderem damit zusammen, dass insbesondere mit geringer werdender Temperatur, insbesondere unterhalb von Null Grad Celsius, eine Versteifung des elastomeren Materials zunimmt. Dies kann einen ungewünschten Einfluss auf die statischen und dynamischen Eigenschaften des Bauteils haben. Die Versteifung des elastomeren Materials kann insbesondere bei Temperaturen im zweistelligen Minusbereich so weit fortschreiten, dass eine Rissbildung im elastomeren Material einsetzt, was schlussendlich zu einem Bauteilversagen führen kann.
Es ist seit langem bei Schläuchen bekannt, zur Temperierung des Schlauches und bzw. oder des darin fließenden Mediums in der elastomeren Wandung des Schlauches elektrisch leitfähige Strukturen zu integrieren, die als Heizwiderstände dienen können. Eine derartige Anordnung beschreibt beispielsweise die DE 102 01 920 A1 , die einen flexiblen mehrschichtigen beheizbaren Schlauch betrifft, zwischen dessen Verstärkungsschicht und elastomerer Außenschicht elektrische Heizleiter, d.h. elektrische Widerstandsdrähte, vorgesehen sind. Diese Widerstandsdrähte können durch eine Spannungsquelle gespeist werden, so dass sie sich erwärmen und die Wärme an das die Widerstandsdrähte umgebende Schlauchmaterial abgeben. Hierdurch kann auch das Medium innerhalb des Schlauches erwärmt werden.
Insbesondere bei dynamisch hoch belasteten Luftfedern, die Witterungsbedingungen zumeist unmittelbar ungeschützt ausgesetzt sind, ist eine Rissbildung am Luftfederbalg in Folge einer Versteifung des elastomeren Materials bei tiefen Temperaturen häufig zu beobachten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder mit einem Gürtelbalg aus elastomerem Material bereitzustellen, wobei das elastomere Material des Gürtelbalgs seine flexiblen Eigenschaften auch bei tiefen Temperaturen beibehält. Insbesondere soll eine Versteifung des elastomeren Materials bei tiefen Temperaturen verringert oder vermieden werden können. Zusätzlich oder alternativ soll die Geometrie der Luftfeder nicht beeinflusst werden. Zusätzlich oder alternativ soll der Wechselintervall des Gürtelbalgs verlängert werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 durch eine Luftfeder mit einem Gürtelbalg, wobei der Stahlgürtel und bzw. oder wenigstens ein um den Stahlgürtel gewickelter elektrisch leitfähiger Draht das elektrisch leitfähige Element bildet. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich außerdem durch ein Schienenfahrzeug nach Anspruch 3.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass elektrische Leiter einen elektrischen Widerstand aufweisen, wobei die elektrischen Energieverluste bei Stromführung des elektrischen Leiters in thermische Energie umgewandelt werden.
Die Erfindung betrifft eine Luftfeder mit einem Gürtelbalg, aufweisend ein elastomeres Material und einen Stahlgürtel, wobei der Gürtelbalg wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element aufweist, wobei das elektrisch leitfähige Element ausgebildet ist, das elastomere Material zu beheizen. Der Stahlgürtel oder wenigstens ein um den Stahlgürtel gewickelter elektrisch leitfähiger Draht oder der Stahlgürtel und der um den Stahlgürtel gewickelte elektrisch leitfähige Draht bilden hierbei das elektrisch leitfähige Element.
Mit anderen Worten kann der Stahlgürtel und bzw. oder der um den Stahlgürtel gewickelte elektrisch leitfähige Draht an einer Spannungsquelle angeschlossen werden. Durch die zuvor beschriebenen Strom-Wärme-Verluste kann sich der Stahlgürtel und bzw. oder der um den Stahlgürtel gewickelte elektrisch leitfähige Draht erwärmen und als ein Heizelement des Gürtelbalgs dienen. Die Wärme kann durch den Stahlgürtel und bzw. oder den um den Stahlgürtel gewickelten elektrisch leitfähigen Draht unmittelbar an das umgebene elastomere Material abgegeben werden, wodurch sich das elastomere Material erwärmen kann.
Der um den Stahlgürtel gewickelte elektrisch leitfähige Draht weist einen geringeren Querschnitt als das Stahlgürtel auf. Der elektrische Widerstand des elektrisch leitfähigen Drahtes ist gegenüber dem Stahlgürtel größer, weshalb sich der elektrisch leitfähige Draht bei Stromführung schneller erwärmen kann. Durch die optionale Verwendung des um den Stahlgürtel gewickelten elektrisch leitfähigen Drahts kann eine besonders gleichmäßige Wärmeverteilung und bzw. oder eine schnelle Wärmeeinleitung in den Gürtelbalg gewährleistet werden.
Auf besonders vorteilhafte Weise kann das elastomere Material hierdurch, insbesondere bei geringen Umgebungstemperaturen, erwärmt werden, wodurch eine temperaturbedingte Versteifung des elastomeren Materials vermieden oder zumindest verringert werden kann.
Mit anderen Worten kann das elastomere Material durch eine Erwärmung des Stahlgürtels und bzw. oder des um den Stahlgürtel gewickelten elektrisch leitfähigen Drahts auch bei geringen Umgebungstemperaturen seine flexiblen Eigenschaften beibehalten. Es kann hierdurch besonders vorteilhaft eine Rissbildung in dem elastomeren Material bei tiefen Temperaturen vermieden werden. Aufgrund des dadurch bedingten geringeren Verschleißes des Gürtelbalgs kann durch die erfindungsgemäße Lösung der Wechselintervall der Luftfeder verlängert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Stahlgürtel und bzw. oder der um den Stahlgürtel gewickelte elektrisch leitfähige Draht einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) auf. Mit anderen Worten steigt der elektrische Widerstand mit steigender Temperatur. Es ergibt sich hieraus im optimalen Betriebspunkt des PTC-Widerstands eine hohe Wärmeabgabe.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Schienenfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Luftfeder. Die zuvor erläuterten Eigenschaften und Vorteile lassen sich so auf ein Schienenfahrzeug übertragen. Insbesondere bei Schienenfahrzeugen sind die an dem Gürtelbalg auftretenden dynamischen Belastungen groß, weshalb das Risiko einer Rissbildung im elastomeren Material des Gürtelbalgs bei niedrigen Temperaturen besonders hoch ist. Ein erfindungsgemäßer beheizbarer Gürtelbalg kann das Risiko eines verfrühten Bauteilversagens verringern und das Wechselintervall des Gürtelbalgs verlängern, wodurch sich für den Betreiber des Schienenfahrzeugs wirtschaftliche Vorteile ergeben können.
Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit der folgenden Figur schematisch dargestellt und näher erläutert. Darin zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Luftfeder gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels in einer Schnittdarstellung.

Eine in 1 dargestellte Luftfeder 1 weist einen Gürtelbalg 2 aus einem elastomeren Material 4 auf. Der Gürtelbalg 2 ist luftdicht mit einer Oberplatte 8 und einer Unterplatte 10 verbunden, wobei das durch Gürtelbalg 2, Oberplatte 8 und Unterplatte 10 gebildete Volumen mit einem Fluid, vorzugsweise mit Luft befüllt ist. Die Unterplatte 10 ist im Beispiel einer Schienenfahrzeuganwendung an ein Fahrwerk angebunden. Die Oberplatte 8 steht mit einem Fahrzeugaufbau in Verbindung. Die Luftfeder 1 ist demnach in der vertikalen Richtung als Richtung der Gewichtskraft zwischen dem Fahrwerk und dem Fahrzeugaufbau angeordnet und dient als Feder- und Dämpfungselement, wobei Schwingungen und bzw. oder Stöße vom Fahrwerk durch die Luftfeder 1 gedämpft und so von dem Fahrzeugaufbau ferngehalten werden können.
In dem elastomeren Material 4 des Gürtelbalgs 2 ist ein Stahlgürtel 6 eingebettet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stahlgürtel 6 mit einem elektrisch leitfähigen Draht umwickelt. Der Stahlgürtel 6 verleiht dem Gürtelbalg 2 eine zusätzliche Festigkeit, sodass der Gürtelbalg 2 unter Beaufschlagung eines Luftdrucks seine Form beibehält.
Ein erstes Ende und ein zweites Ende des elektrisch leitfähigen Drahts sind mit einer Spannungsquelle 12 verbindbar. Das Anlegen einer Spannung an den elektrisch leitfähigen Draht, der einen elektrischen Widerstand aufweist, bewirkt, dass aus dem elektrischen Widerstand resultierende Stromverluste in Wärme umgewandelt werden, die den Stahlgürtel 6 sowie das Stahlgürtel 6 und den elektrisch leitfähigen Draht umgebende elastomere Material 4 erwärmen. Die Höhe der Wärmeverluste kann durch ein Einstellen der am elektrisch leitfähigen Draht anliegenden Spannung beeinflusst werden, sodass der Grad der Erwärmung des elastomeren Materials 4 einstellbar ist.
Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)

1: Luftfeder
2: Gürtelbalg
4: Elastomeres Material
6: Stahlgürtel
8: Oberplatte
10: Unterplatte
12: Spannungsquelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10201920 A1 [0004]

Claims

Luftfeder (1) mit einem Gürtelbalg (2), aufweisend ein elastomeres Material (4) und einen Stahlgürtel (6), wobei der Gürtelbalg (2) wenigstens ein elektrisch leitfähiges Element aufweist, wobei das elektrisch leitfähige Element ausgebildet ist, das elastomere Material (4) zu beheizen, dadurch gekennzeichnet, dass das der Stahlgürtel (6) und/oder wenigstens ein um den Stahlgürtel (6) gewickelter elektrisch leitfähiger Draht das elektrisch leitfähige Element bildet.
Luftfeder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahlgürtel (6) und/oder der um den Stahlgürtel (6) gewickelte elektrisch leitfähige Draht einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) aufweist.
Schienenfahrzeug mit einer Luftfeder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2.