DE10023795A1 - Rollbalg - Google Patents

Abstract

Rollbalg, insbesondere zur Abdichtung eines Drehgelenks, mit einem ersten Bund 25 mit einem größeren Durchmesser zur Festlegung, z. B. auf einem Gelenkaußenteil 12, und einem zweiten Bund 26 mit einem kleineren Durchmesser zur Festlegung, z. B. auf einer mit einem Gelenkinnenteil verbundenen Welle 14, und mit einer die Bunde 25, 26 verbindenden Wandung, wobei die Wandung zwei teilweise ineinanderliegende gekrümmte Ringabschnitte mit - im Längsschnitt fortlaufend betrachtet - entgegengesetztem Krümmungssinn umfaßt, von denen ein erster Ringabschnitt 21 mit dem ersten Bund 25 und ein zweiter Ringabschnitt 22 mit dem zweiten Bund 26 verbunden ist, und die von einem gekrümmten dritten Ringabschnitt 23 mit - im Längsschnitt betrachtet - kleinerem Krümmungsdurchmesser als dem der beiden vorgenannten Ringabschnitte 21, 22 verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rollbalg, insbesondere zur Abdich­ tung eines Drehgelenks, mit einem ersten Bund mit einem größeren Durchmesser zur Festlegung, z. B. auf einem Gelenkaußenteil, und einem zweiten Bund mit einem kleineren Durchmesser zur Festle­ gung, z. B. auf einer mit einem Gelenkinnenteil verbundenen Welle, und mit einer die Bunde verbindenden Wandung. Ein Roll­ balg dieser Art ist beispielsweise aus der DE 27 12 199 A1 be­ kannt. Dieser ist aufgrund seiner relativ direkten Verbindung von erstem Bund und zweitem Bund eher zum Ausgleich von Axialbe­ wegungen als zum Ausgleich von Winkelbewegungen zwischen einem Gelenkaußenteil und einer Welle geeignet. Ein anderer Rollbalg dieser Art ist aus der FR 1 265 040 bekannt. Hierbei ist ein erster außenliegender Ringteil mit verstärkter Wandstärke und im wesentlichen rein zylindrisch ausgebildet, so daß dieser am Aus­ gleich von Winkelbewegungen zwischen einem Gelenkaußenteil und einer Welle nur in geringem Maße teilnimmt.

Die Aufgabe eines Rollbalges der genannten Art in der Verwendung an einem Drehgelenk besteht darin, die Fettfüllung im Gelenk eingeschlossen zu halten und das Eindringen von Schmutz in das Gelenk zu verhindern. Hierbei muß der Rollbalg diese Aufgaben auch bei Abbeugen des Gelenks, d. h. bei einer Winkelstellung zwischen der Achse der Welle und der Achse des Gelenkaußenteils, und bei einem gleichzeitigen Rotieren der Teile erfüllen. In dieser Situation entsteht am Rollbalg eine umlaufende Verfor­ mung, die das Material des Rollbalges in einer Walkbewegung beansprucht. Diese Walkbewegung belastet die Materialfasern in periodischen Verformungen, wobei Zug- und Druckspannungen ent­ stehen. Die Größe der so entstehenden Spannungen entscheidet über die Lebensdauer des rotierenden Rollbalgs. Die Spannungen sind umso größer, je größer der Beugewinkel des umlaufenden Gelenks ist und je stärker die örtlichen Walkbewegungen auf bestimmte Ringabschnitte des Rollbalges konzentriert sind und je kleiner der Durchmesser der genannten Ringabschnitte ist. Mit Rollbälgen bekannter Art lassen sich nur relativ kleine Gelenk­ beugewinkel ausgleichen, die maximal bei etwa 15° liegen, wobei der Betriebsbeugewinkel bei rotierendem Drehgelenk sogar noch kleiner ist.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfinung die Aufgabe zugrunde, einen Rollbalg bereitzustellen, der große Beugewinkel ermöglicht und zu reduzierten Spannungen in den Materialfasern führt.

Die Lösung hierfür besteht darin, daß die Wandung zwei teilweise ineinanderliegende gekrümmte Ringabschnitte mit - im Längs­ schnitt fortlaufend betrachtet - entgegengesetztem Krümmungssinn umfaßt, von denen ein erster Ringabschnitt mit dem ersten Bund und ein zweiter Ringabschnitt mit dem zweiten Bund verbunden ist, und die von einem gekrümmten dritten Ringabschnitt mit - im Längsschnitt betrachtet - kleinerem Krümmungsdurchmesser als dem der beiden genannten Ringabschnitte verbunden sind. Mit einem Rollbalg dieser Art wird bei gegebenen Anschlußmaßen von erstem Bund und zweitem Bund die Länge der Balgwandung im Längsschnitt betrachtet vergrößert, so daß zum einen erheblich größere Beuge­ winkel ermöglicht werden und zum anderen die Walkarbeit pro Materialeinheit reduziert bzw. die spezifischen Spannungen in den Materialfasern klein gehalten werden. Der Arbeitsbereich des Rollbalges wird auf 50° Beugewinkel erweitert und die Lebens­ dauer auch bei größeren Betriebsbeugewinkeln erhöht. Durch das Ineinanderliegen des ersten Ringabschnittes und des zweiten Ringabschnittes werden auch die Einbaumaße nur geringfügig ver­ größert. Um gegenseitige Bewegungen der Wandungsteile zu vermeiden, ist insbesondere vorgesehen, daß der erste Ringab­ schnitt und der zweite Ringabschnitt anschließend an den dritten Ringabschnitt zunächst - im Längsschnitt betrachtet - äquidi­ stant zueinander/parallelwandig verlaufen. In einer bevorzugten Konfiguration ist vorgesehen, daß im Anschluß an den dritten Ringabschnitt der erste Ringabschnitt auf seiner Außenseite konvex und der zweite Ringabschnitt auf seiner Außenseite konkav gekrümmt ist. Weitere Ausgestaltungsformen gehen dahin, daß der erste Ringabschnitt - im Längsschnitt betrachtet - mit einem Wendepunkt vom dritten Ringabschnitt bis zum ersten Bund ver­ läuft und daß der zweite Ringabschnitt - im Längsschnitt be­ trachtet - monoton gekrümmt vom dritten Ringabschnitt bis zum zweiten Bund verläuft. Eine besonders gleichmäßige Spannungsver­ teilung ergibt sich dann, wenn der dritte Ringabschnitt einen halben - insbesondere die innere Hälfte umfassenden - Kreistorus bildet. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, daß der Scheitelpunkt des dritten Ringabschnitts auf einem kleineren Durchmesser liegt, als die jeweils größten Umfangsmantellinien des ersten Ringabschnitts und des zweiten Ringabschnitts, jeweils bezogen auf die Längsachse des Rollbalgs.

Schließlich wird vorgeschlagen, daß in den dritten Ringabschnitt auf seiner konkaven Innenseite ein Versteifungsring aus Metall oder Kunststoff mit Flächenkontakt eingelegt ist. Hierdurch wird auch bei großen Beugewinkeln eine Formtreue des Rollbalges unter Vermeidung eines Einknickens oder Einfallens sichergestellt.

Um die Flexibilität zu erhöhen und die Walkarbeit pro Material­ einheit auf einem gleichmäßigen Niveau zu halten, ist insbeson­ dere vorgesehen, daß die Wandung zwischen den Bunden gleich­ bleibend dick ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figu­ ren dargestellt, die nachstehend im einzelnen beschrieben wer­ den.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rollbalg, an einem Dreh­ gelenk montiert, im Längsschnitt;

Fig. 2 zeigt den Faltenbalg nach Fig. 1 als Einzelheit in perspektivischer Ansicht mit einem weggeschnittenen vorderen Sektor;

Fig. 3 zeigt den Faltenbalg nach Fig. 1 in perspektivischer Ansicht mit einem weggeschnittenen vorderen Sektor und mit eingesetztem Versteifungsring;

Fig. 4 zeigt einen Faltenbalg nach Fig. 1, montiert an einem Drehgelenk, in abgewinkelter Stellung.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Faltenbalg 11 gezeigt, der zur Abdichtung eines Drehgelenkes an einem Gelenkaußenteil 12 zum einen und an einer mit dem Gelenkinnenteil verbundenen Welle 13 zum anderen verbunden ist. Der Faltenbalg hat einen ersten außenliegenden Ringabschnitt 21 mit nach außen im wesentlichen konvexer Krümmung, einen zweiten, im ersten einliegenden Ring­ abschnitt 22 mit zu seiner Außenseite konkaver Krümmung und einen dritten, die beiden ineinanderliegenden Abschnitte verbin­ denden Ringabschnitt 23 mit zur Außenseite konvexer Krümmung. Der Krümmungsradius dieses dritten Ringabschnitts 23 im Längs­ schnitt ist deutlich kleiner als die Krümmungsradien der genann­ ten ersten und zweiten Ringabschnitte 21, 22. Hierbei liegt der Scheitelpunkt 29 dieses dritten Ringabschnitts 23 auf einem kleineren Durchmesser, bezogen auf die Wellenachse 14, als die größten Durchmesser des ersten Ringabschnitts 21 und des zweiten Ringabschnitts 22. Insbesondere ist hierbei der dritte Ring­ abschnitt 23 so ausgerichtet, daß er als innere Hälfte eines Kreistorus betrachtet werden kann. Der erste Ringabschnitt 21 geht mit einem Wendepunkt 24 in einen ersten Bund 25 über, der auf dem Gelenkaußenteil 12 aufgezogen ist und mit einem Spann­ band 15 auf dem Gelenkaußenteil festgelegt ist. Der zweite Ring­ abschnitt 22 geht ohne Wendepunkt in einen zweiten Bundabschnitt 26 über, der mit einem Spannband 16 auf der Welle 13 festgelegt ist. Hierbei greift der Bund 25 in eine Nut 27 auf dem Gelenk­ außenteil und der Bund 26 in eine Nut 28 auf der Welle 13 ein. Die Wand des Rollbalges ist von Bund zu Bund von etwa gleich­ bleibender Wandstärke. Der erste Ringabschnitt 21 und der zweite Ringabschnitt 22 verlaufen von dem verbindenden Ringabschnitt 23 bis etwa zum Wendepunkt 24 des ersten Ringabschnitts 21 äqui­ distant bzw. parallelwandig. Die genannten geometrischen Ver­ hältnisse beziehen sich auf die gezeigte Konfiguration bei ge­ strecktem Gelenk.

In Fig. 2 ist der Rollbalg 11 nach Fig. 1 als Einzelheit ge­ zeigt, wobei ein vorne liegender Sektor von ca. 60° Umfangs­ winkel weggeschnitten ist. Gleiche Einzelheiten sind mit glei­ chen Ziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. Auf die Beschreibung der Fig. 1 wird insoweit Bezug genommen.

In Fig. 3 ist der Rollbalg 11 nach Fig. 1 als Einzelheit ge­ zeigt, wobei ein vorne liegender Sektor von ca. 60° Umfangs­ winkel weggeschnitten ist. Gleiche Einzelheiten sind mit glei­ chen Ziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. Auf die Beschreibung der Fig. 1 wird insoweit Bezug genommen. In die konkave Innenfläche des dritten Ringabschnitts 23 ist hierbei ein Verstärkungsring 30 eingelegt, der im Bereich des genannten weggeschnittenen Sektors des Rollbalges vollständig und ungeschnitten gezeigt ist. Dieser Verstärkungsring kann aus Kunststoff oder Metall bestehen. Er erfüllt die Aufgabe, daß bei höherer Drehzahl des Gelenks diese im Bereich des dritten Ringabschnitts 23 im Quer­ schnitt kreisrund gehalten wird. Hiermit wird ein Auswandern des Ringabschnitts mit damit verbundener Verzerrung der Falten­ balgwand und ein Aneinanderscheuern der Faltenbalgwände des ersten und zweiten Ringabschnitts verhindert, ebenso wie ein Einknicken der Halbtoruskonfiguration des dritten Ringabschnitts 23.

In Fig. 4 ist eine Anordnung gemäß Fig. 1 bei abgewinkeltem Gelenk gezeigt. Die Achse 14 der Welle 13 ist hierbei gegenüber einer Achse 17 des Gelenkaußenteils 12 in einem Gelenkmittel­ punkt M abgewinkelt. Das Gelenk läßt hierdurch noch ein Gelen­ kinnenteil 18, einen Kugelkäfig 19 und eine drehmomentübertra­ gende Kugel 20 erkennen. Der Rollbalg 11 ist hierbei auf der Winkelinnenseite eingerollt. Der Rollbalg ist dagegen auf der Winkelaußenseite so gestreckt, daß der parallelwandige Verlauf von erstem Ringabschnitt 21 und zweitem Ringabschnitt 22 ganz aufgehoben ist.

Bezugszeichenliste

11

Rollbalg

12

Gelenkaußenteil

13

Welle

14

Achse

15

Spannband

16

Spannband

17

Achse

18

Gelenkinnenteil

19

Käfig

20

Kugel

21

erster Ringabschnitt (konvex)

22

zweiter Ringabschnitt (konkav)

23

dritter Ringabschnitt (konvex)

24

Wendepunkt (

21

)

25

erster Bund

26

zweiter Bund

27

erste Nut

28

zweite Nut

29

Scheitelpunkt (

23

)

30

Versteifungsring

Claims (10)

1. Rollbalg, insbesondere zur Abdichtung eines Drehgelenks, mit einem ersten Bund (25) mit einem größeren Durchmesser zur Festlegung, z. B. auf einem Gelenkaußenteil (12), und einem zweiten Bund (26) mit einem kleineren Durchmesser zur Festlegung, z. B. auf einer mit einem Gelenkinnenteil (18) verbundenen Welle (14), und mit einer die Bunde (25, 26) verbindenden Wandung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung zwei teilweise ineinanderliegende gekrümmte Ringabschnitte mit - im Längsschnitt fortlaufend betrachtet - entgegengesetztem Krümmungssinn umfaßt, von denen ein erster Ringabschnitt (21) mit dem ersten Bund (25) und ein zweiter Ringabschnitt (22) mit dem zweiten Bund (26) ver­ bunden ist, und die von einem gekrümmten dritten Ringab­ schnitt (23) mit - im Längsschnitt betrachtet - kleinerem Krümmungsdurchmesser als dem der beiden vorgenannten Ring­ abschnitte (21, 22) verbunden sind.

2. Rollbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ringabschnitt (21) und der zweite Ringab­ schnitt (22) anschließend an den dritten Ringabschnitt (23) zunächst - im Längsschnitt betrachtet - äquidistant zuein­ ander/parallelwandig verlaufen.

3. Rollbalg nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den dritten Ringabschnitt (23) der erste Ringabschnitt (21) auf seiner Außenseite konvex und der zweite Ringabschnitt (22) auf seiner Außenseite konkav gekrümmt ist.

4. Rollbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ringabschnitt (21) - im Längsschnitt betrach­ tet - mit einem Wendepunkt vom dritten Ringabschnitt (23) bis zum ersten Bund (25) verläuft.

5. Rollbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ringabschnitt (22) - im Längsschnitt be­ trachtet - monoton gekrümmt vom dritten Ringabschnitt (23) bis zum zweiten Bund (26) verläuft.

6. Rollbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Ringabschnitt (23) einen halben - insbeson­ dere die innere Hälfte umfassenden - Kreistorus bildet.

7. Rollbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitelpunkt des dritten Ringabschnitts (23) auf einem kleineren Durchmesser liegt, als die jeweils größten Umfangsmantellinien des ersten Ringabschnitts (21) und des zweiten Ringabschnitts (22), jeweils bezogen auf die Längs­ achse des Rollbalgs (11).

8. Rollbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den dritten Ringabschnitt (23) auf seiner konkaven Innenseite ein Versteifungsring (30) aus Metall oder Kunst­ stoff mit Flächenkontakt eingelegt ist.

9. Rollbalg nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung im äquidistant zueinander verlaufenden Bereich gleichbleibende Dicke aufweist.

10. Rollbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung zwischen den Hunden (25, 26) gleichbleiben­ de Dicke aufweist.