DE102006052528B4

DE102006052528B4 - Faltenbalg und Spindelmotor

Info

Publication number: DE102006052528B4
Application number: DE102006052528.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Mertzlufft-Paufler Cornelius
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2026-11-07
Also published as: DE102006052528A1

Abstract

Faltenbalg (60), umfassend zumindest aus eine axial angeordnete Folge von Falten (2, 30, 42, 90), wobei zumindest eine Falte (2, 30, 42, 90) in einem Zustand erster Länge ein gleichgroßes Volumen umschließt wie in einem Zustand zweiter Länge, zwischen je zwei Falten (2, 30, 42, 90) der Folge eine Übergangsmuffe (43, 63, 71, 110) vorgesehen ist, wobei der Faltenbalg (60) gehäusebildend für eine Welle, Pleuelstange oder Zahnstange ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg (60) durch eine in seinem Inneren angeordnete Welle, Pleuelstange oder Zahnstange geführt und/oder gelagert ist und die Übergangsmuffen (43, 63, 71, 110) Mittel zur Lagerung oder Führung des Faltenbalgs (60) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Faltenbalg und einen Spindelmotor.
Aus der Publikation „Elektrozylinder Baureihe CMS” von SEW-Eurodrive, Ausgabe April 2006, sind Elektrozylinder bekannt, bei denen eine ausfahrbare Spindel von einem Faltenbalg in radialer Richtung schützend umschlossen wird. Der Faltenbalg ist gehäusebildend für die Spindel. Er umgibt diese also teilweise und schließt gemeinsam mit dem Gehäuse des Elektromotors des Elektrozylinders und an der Spindel angebrachten Muffen den Raum um die Spindel nach außen ab.
Generell finden Faltenbalge unter anderem Anwendung, wenn der Übergangsbereich zweier axial verbundener, zueinander in ihrer axialen Position verfahrbarer Bauteile mittels einer dichtenden Kapselung vor Staub und Schmutz geschützt werden soll.
Aus der DE 41 15 446 C1 ist ein Faltenbalg bekannt, der im maximal ausgefahrenen Zustand ein größeres Volumen als in der maximal eingefahrenen umschließt. Daraus resultiert ein Druckunterschied im umschlossenen Bereich, der das Eindringen von Schmutz und Wasser erleichtert und die Formstabilität des Faltenbalgs mindestens in ausgefahrenem Zustand beeinträchtigt. Dies vermindert sowohl die Schutzfunktion des Faltenbalgs, insbesondere die erzielte Schutzart der Verbindung, als auch die Funktionsfähigkeit des Balgs bei Expansion und Retraktion.
Aus EP 1 213 514 A2 ist ein Faltenbalg bekannt, bei dem ein zusätzlich angebrachtes Ventil für den nötigen Druckausgleich während jeder Längenveränderung des Faltenbalgs sorgt.
Aus der US 4 988 113 A ist ein Faltenbalg bekannt, der aus einem längenveränderlichen und einen radial veränderlichen Teil besteht, wobei letzterer den Volumenausgleich bei Expansion und Retraktion des ersteren bewirkt.
Aus der EP 0 359 253 B1 ist ein Schutzbalg mit einem aus elastischen Material bestehenden Gehäuse bekannt, wobei letzteres eine umfangseitig ausdehnbare und zusammenziehbare Flüssigkeitskammer bildet.
Aus der DE 198 301 84 C2 ist ein Faltenbalg mit geradlinigen Biegelinien bekannt, wobei die an der Faltung beteiligten Flächen in Form und Größen unverändert bleiben und nur an den Biegekanten geringe Biegekräfte auftreten.
Aus DE 689 20805 T2 ist ein Schutzbalg bekannt, bei welchem eine ringförmige Muffe außenseitig und freischwebend angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Faltenbalg oder allgemein ein gehäusebildendes Teil derart weiterzubilden, dass die Belastung der Dichtungen und der Gehäusewand beim Ausfahren verringert wird.
Unter Gehäuse wird allgemein eine physisch ausgebildete Oberfläche verstanden, die einen inneren Raumbereich von einem äußeren Raumbereich trennt.
Diese Aufgabe wird bei dem Faltenbalg nach den in Anspruch 1 und bei dem Spindelmotor nach den in Anspruch 19 angegebenen Merkmalen gelöst.
Der erfindungsgemäße Faltenbalg eignet sich ganz besonders zur Ummantelung von Kolbenmaschinen oder Spindelmotoren. Dabei können durch die erfindungsgemäße Formgestaltung hohe Schutzgrade gegen das Eindingen von Wasser und Schmutz, wie sie etwa in der Lebensmittelindustrie gefordert werden, kostengünstig erreicht werden.
Wichtige Merkmale einer Anwendung der Erfindung bei dem gehäusebildenden Teil sind, dass es entlang einer Achse längenveränderbar ist, wobei im Zustand einer ersten Länge das umschriebene, insbesondere umschlossene Volumen gleich ist dem umschriebenen, insbesondere umschlossenen Volumen im Zustand zumindest einer zweiten Länge. Umschrieben bedeutet dabei, dass einem gedachten oder mit Gegenständen, auch Luft, angefüllten, dreidimensionalen Raumbereich eine gedachte begrenzende Fläche zugeordnet ist, die auch den Aufenthaltsort des umschreibenden, physisch gegebenen Gegenstandes zumindest teilweise bezeichnet. Von Vorteil ist bei der Erfindung eines gehäusebildenden Teils, dass bei der Längenveränderung zwischen den beiden Zuständen kein Druck im Inneren des Gehäuses aufgebaut wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt insbesondere keine Dehnung oder Kontraktion eines Teils des gehäusebildenden Teils aufgrund von Druckunterschieden zur Umgebung. Denn selbst wenn die gehäusebildenden Oberflächen elastisch ausgebildet sind und so eine Dehnung oder Kontraktion ermöglicht ist, so bewirkt doch die immer vorhandene innere Spannung in den Oberflächen ein Abweichen von einem vollkommenen Druckausgleich zwischen innen und außen.
Durch die Erfindung werden in zumindest zwei Zuständen gleiche Volumina umschlossen, also numerisch gleiche Rauminhalte, wodurch das Aufbauen einer Druckdifferenz vermieden wird. Dies entlastet vorteilhaft die Dichtungen, die am gehäusebildenden Teil vorgesehen sind. Somit ist eine höhere Schutzart erreichbar.
Außerdem ist vorteilhaft Bedienpersonal vor einer im Inneren des gehäusebildenden Teils drehenden Welle schätzbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Länge eine minimale Länge und/oder die zweite Länge eine maximale Länge. Von Vorteil ist dabei, dass die Zustände extremaler Länge bei Bewegungen als Umkehrpunkte und/oder Ruhezustände vorsehbar sind. In diesen Zuständen ist eine Belastung der Dichtungen des gehäusebildenden Teils besonders vorteilhaft reduzierbar durch die Erfindung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das gehäusebildende Teil entlang einer Achse längenveränderbar, wobei in einem Zustand minimaler Länge ein erster und ein zweiter räumlicher Bereich umschlossen wird, und in einem Zustand maximaler Länge mindestens ein dritter räumlicher Bereich umschlossen wird, wobei der dritte Bereich durch Streckung entlang der Achse aus dem ersten Bereich hervorgeht und durch die Längenveränderung des gehäusebildenden Teils der zweite Bereich verändert wird, wobei die Volumenzunahme des zweiten Bereichs bei Längenveränderung vom Zustand minimaler Länge in den Zustand maximaler Länge gleich ist der Differenz zwischen dem Volumen des dritten Bereichs und dem Volumen des ersten Bereichs. Von Vorteil ist dabei, dass in zwei Zuständen jeweils Rauminhalte umschlossen werden, wobei beim Übergang von einem in den anderen Zustand die Volumenabnahme eines Raumbereichs durch die Volumenzunahme eines anderen Raumbereichs ausgeglichen wird, dass also das Gesamt-Raumvolumen bei beiden Zuständen gleich ist. Dadurch ist ein Druckaufbau beim Zustandswechsel vermieden. Die Dichtungen und die Wandung des gehäusebildenden Teils werden somit vorteilhaft entlastet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Achse mathematisch, also insbesondere gedacht. Von Vorteil ist dabei, dass entlang der Achse eine Längenveränderung vorsehbar ist. Insbesondere führt die Achse die Bewegung der Längenveränderung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Achse physisch, insbesondere mit von Null verschiedenem Durchmesser, oder als Welle ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass durch das gehäusebildende Teil eine Welle oder dergleichen umschließbar ist, die mit hoher Schutzart gegen Umwelteinflüsse schätzbar ist, wobei die Beweglichkeit entlang einer Achse gegeben ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Achse zumindest teilweise vom gehäusebildenden Teil gehäusebildend umschlossen, insbesondere abgedichtet. Somit ist vorteilhaft eine hohe Schutzart für den Innenbereich erreichbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das gehäusebildende Teil eine diskrete Rotationssymmetrie um die Achse auf. Von Vorteil ist dabei, dass das Teil besonders einfach fertigbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das gehäusebildende Teil aus elastischem Material gearbeitet. Von Vorteil ist dabei, dass geringe Druckdifferenzen aufgrund von Fertigungstoleranzen ausgleichbar sind und dass ein Zusammenfalten bei Längenkontraktion bewirkbar ist. Außerdem wird vorteilhaft eine Flexibilität des Faltenbalgs erreicht.
Als elastisches Material ist beispielsweise Kunststoff, Gummi, Textilmaterial, bedrucktes Textilmaterial oder Stahl einsetzbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das elastische Material Streben und/oder Streifen, die das gehäusebildende Teil stabilisieren und die bei axialer Längenveränderung das elastische Material auf- bzw. zusammenfalten. Somit wird vorteilhaft ein geführtes Falten des gehäusebildenden Teils bewirkt. Ein derart geführtes Falten ist vorteilhaft schnell ausführbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das elastische Material Falze auf, die bei fehlender Belastung das elastische Material in den zusammengefalteten Zustand überführen. Somit wird vorteilhaft ein geführtes Falten bewirkt, bei dem nur in eine Richtung – zum Auffalten – eine Kraft angelegt werden muss, während die Rückkehr in den zusammengefalteten Zustand allein durch Wegnehmen dieser Kraft bewirkbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die axiale Ausdehnung des zweiten Bereichs gleich der totalen radialen lichten Weite des ersten Bereichs. Von Vorteil ist dabei, dass die Volumengleichheit zwischen den beiden Zuständen durch eine einfache geometrische Ausgestaltung bewirkt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der zweite Bereich mindestens einen ersten trapezförmigen Querschnitt und der erste Bereich mindestens einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei insbesondere der zweite Bereich durch die Längenveränderung in einen Bereich mit einem zweiten trapezförmigen Querschnitt überführt wird, wobei die Abnahme des Flächeninhalts von erstem zu zweiten trapezförmigen Querschnitt gleich der Zunahme des Flächeninhalts des rechteckigen Querschnitts durch die über die Längenveränderung bewirkten Streckung ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Schar von alternativen, einfachen geometrischen Formen verfügbar sind, deren Elemente jeweils eine erfindungsgemäße Gleichheit von zwei Zuständen zugeordneten Rauminhalten bewirken.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Wandung mindestens eine Mehrzahl von Dreiecken und die Seitenwand eines Prismas, wobei die Drehsymmetrie bezüglich der Achse des gehäusebildenden Teils gleich der Drehsymmetrie des Prismas ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Oberfläche des Gehäuses aus einfachen Segmenten aufbaubar ist. Dies vereinfacht die Fertigung vorteilhaft.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die volle Symmetrie des gehäusebildenden Teils gleich der vollen Symmetrie des Prismas. Von Vorteil ist dabei, dass ein besonders einfacher Aufbau erreichbar ist und dass besonders übersichtliche Verhältnisse beim Faltvorgang erreichbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Seitenflächen aus Polygonen gebildet, wobei die Polygone derart verbunden sind, dass beim Auffalten lediglich in den Verbindungslinien liegende Biegedrehmomente auftreten, und dass die an der Faltung beteiligten Polygon-Flächen in Form und Größe im Faltvorgang unverändert bleiben. Von Vorteil ist dabei, dass ein kontrollierter Faltvorgang bewirkbar ist und dass das Material der Polygonflächen entlastet wird.
Wichtige Merkmale der Erfindung eines Faltenbalgs sind, dass zumindest eine axial angeordnete Folge von Falten umfasst wird, wobei zumindest eine Falte in einem Zustand erster Länge ein gleichgroßes Volumen umschließt wie in einem Zustand zweiter Länge. Von Vorteil ist dabei, dass bei Längenänderung des Faltenbalgs zwischen beiden Zuständen ein Druckdifferenz-Aufbau vermeidbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest eine Falte des Faltenbalgs als ein erfindungsgemäßes gehäusebildendes Teil ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass die Vorteile eines erfindungsgemäßen gehäusebildenden Teils für den Faltenbalg nutzbar und an andersartige Falten anschließbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Falten der Folge gleichartig ausgebildet. Von Vorteil sind dabei die einfachen und übersichtlichen Verhältnisse beim Faltvorgang sowie die verminderten Herstellungskosten.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei Falten der Folge unterschiedlich ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass der Faltenbalg an individuelle Anforderungen anpassbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen je zwei Falten der Folge eine Übergangsmuffe vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass die Falten stabil und sicher verbindbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verbindung der Falten der Folge stoffschlüssig ausgeführt, insbesondere durch Kleben oder Schweißen. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfach herstellbare Verbindung ausgebildet ist. Auch andere Verbindungen, wie beispielsweise Stecken, Verpressen, sind vorsehbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind je zwei Falten der Folge einstückig ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass eine stabile, billige Verbindung der Falten ausgebildet ist. Vorteilhaft ist die Folge von Falten einstückig durch Kunststoff-Guss oder aus Stahlblech herstellbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Übergangsmuffen Mittel zur Lagerung oder Führung des Faltenbalgs auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Faltvorgang geführt ausführbar ist. Diese Führungsmittel sind dabei im Inneren, beispielsweise in Form von Gleitlagern, oder am Äußeren des Faltenbalgs, beispielsweise durch seilgeführte Ösen, angeordnet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Faltenbalg gehäusebildend für eine Welle, Pleuelstange oder Zahnstange. Von Vorteil ist dabei, dass ein längenveränderliches Teil schüttbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Faltenbalg durch die in seinem Inneren angeordnete Welle, Pleuelstange oder Zahnstange geführt und/oder gelagert, insbesondere bei der Längenveränderung. Von Vorteil ist dabei, dass die zu schützenden längenveränderlichen Teile im Inneren des Faltenbalgs ein geführtes Falten bewirken.
Wichtige Merkmale der Erfindung eines Spindelmotors sind, dass zumindest ein Elektromotor umfasst ist, mit dem eine Spindel aus- und einfahrbar ist, wobei zumindest ein Teil der Spindel von einem Faltenbalg nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche schützend, insbesondere gehäusebildend und/oder dichtend, umgeben ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Spindelmotor in hoher Schutzart ausbildbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein anderer oder der restliche Teil der Spindel vom Motorgehäuse dichtend umgeben. Von Vorteil ist dabei, dass der Faltenbalg gemeinsam mit dem ohnehin vorhandenen Gehäuse eine Schutzfunktion bewirkt, auch gegen Bedienpersonal. Dadurch ist eine kompakte, robuste Bauform eines Spindelmotors erreichbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind am Faltenbalg Mittel zur Lagerung an der Spindel und/oder Führung durch die Spindel vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass der Spindelmotor beim Verfahren der Spindel ein geführtes Falten des Faltenbalgs bewirkt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
Es zeigt
1a eine Falte eines erfindungsgemäßen Faltenbalgs im Zustand minimaler Länge,
1b die Falte aus 1a im Zustand maximaler Länge,
2a eine Falte eines weiteren erfindungsgemäßen Faltenbalgs im Zustand minimaler Länge,
2b eine Falte eines weiteren erfindungsgemäßen Faltenbalgs im Querschnitt im Zustand maximaler Länge,
3 ein Längsprofil einer Falte im Zustand minimaler und maximaler Länge,
4 einen Faltenbalg aus einer Reihenschaltung von erfindungsgemäßen Falten,
5a und 5b einen Spindelmotor mit Faltenbalg,
6 einen Längsschnitt durch einen Faltenbalg,
7 einen Längsschnitt durch eine Falte,
8 einen längenveränderlichen Flüssigkeitsbehälter,
9a zeigt schematisch ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines gehäusebildenden Teils,
9b zeigt die Falte aus 9a in Seitenansicht im Zustand minimaler axialer Länge,
9c in Seitenansicht im Zustand maximaler axialer Länge.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines gehäusebildendes Teils in Form einer Falte 2 eines Faltenbalgs mit Anschlussmuffen 1, links in Seitenansicht und rechts in axialer Draufsicht, beide im Zustand minimaler Länge. Über die Anschlussmuffen 1 ist die Falte 2 mit weiteren Falten oder mit weiteren Gehäuseteilen verbindbar.
Die Falte 2 ist diskret rotationssymmetrisch um die Achse, entlang der eine Längenveränderlichkeit vorgesehen ist. Insbesondere weist sie eine zwölfzählige Symmetrie auf. Sie weist weiter eine Breite z und einen Durchmesser 2·x + y auf. Gemäß der Erfindung gilt y = z. Das Maß x ist je nach gewünschter Ausfahrlänge, also je nach gewünschter Differenz zwischen minimaler und maximaler Länge, wählbar. Ist im Inneren der Muffen 1 ein durchgehender, koaxialer Gegenstand vom Durchmesser d, beispielsweise eine Welle, vorgesehen, so ist y = z + d zu wählen.
Die Falte 2 besteht aus einem elastisch biegbaren Material, in dem Falze (3, 7) und Streben (4, 6) vorgesehen sind. Die Streben (4, 6) sind im Wesentlichen nicht elastisch verformbar.
1b zeigt links die Falte 2 aus 1a in Seitenansicht im Zustand maximaler Länge. Infolge der Längenausdehnung der Falte ist die Seitenfläche 5 aus 1a nun gegen die Achse geklappt und teilweise zusammengefaltet, und der Umfang des Mittelstücks an der Verbindung der Seitenfläche 5 mit der Stirnseite der Falte 2 hat sich entsprechend verkleinert. Das überschüssige Material der Falte ist ins Innere gefaltet; die gepunktete Linie 10 verdeutlicht den Verlauf eines Falzes (3, 7) in diesem Zustand. Der Umfang an der Verbindung 8 von Anschlussmuffe 1 mit der Seitenfläche 5 der Falte 2 ist durch die Längenveränderung unbeeinflusst.
Es ist deutlich, dass die Längenveränderung zwischen den zwei extremalen Zuständen 2·x beträgt.
Rechts in 1b ist ein Schnitt entlang der Linie AB der linken Zeichnung dargestellt. Die Falze 3 sind ins Innere gefaltet. Das elastische Material der Falte 2 ist so geformt, dass die in 1b links dargestellte räumliche Anordnung vorzugsweise den entspannten Zustand darstellt. Dabei zeigt eingefaltetes Material 11 nach innen. Beim Übergang in den Zustand minimaler Länge richten sich die radialen Streben 4 der Seitenfläche 5 auf, wodurch mit dem überschüssigen, zusammengefalteten Material (10, 11) die im Zustand minimaler Länge größere Oberfläche der Falte aufgespannt wird, ähnlich der Funktionsweise eines Regenschirms.
Die Falte 2 umschließt im Zustand minimaler Länge einen ersten räumlichen Bereich, der zylinderförmig ist und in 1a durch die Maße y und z charakterisiert wird, und einen zweiten räumlichen Bereich, der hohlzylinder- oder ringförmig ist und der durch die Maße x und z charakterisiert wird. Im Zustand maximaler Länge, wie in 1 b dargestellt, umschließt die Falte einen dritten räumlichen Bereich, der zylinderförmig ist und durch die Maße x + z + x und y charakterisiert wird. Dieser dritte räumliche Bereich ergibt sich aus dem ersten räumlichen Bereich durch axiale Streckung, die durch die Längenveränderung bewirkt wird. Die Längenveränderung in axialer Richtung bewirkt zusätzlich ein Veränderung und volumenmäßige Verkleinerung des zweiten räumlichen Bereichs, der in 1b im Zustand maximaler Länge gänzlich verschwindet. Gleichheit der umschlossenen Volumina in den beiden extremalen Zuständen ergibt sich für die Wahl z = y, wobei x beliebig wählbar je nach angestrebten Verlängerungsverhältnis zwischen minimaler und maximaler Länge bleibt. x bezeichnet also das Maß für die axiale Ausdehnung des zweiten Bereichs, y das Maß für totale radiale lichte Weite des ersten Bereichs.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen weist die Falte eine andere diskrete Drehsymmetrie, also Zähligkeit, bezüglich der axialen Richtung auf als in 1a dargestellt. Insbesondere sind vier-, fünf-, sechs-, sieben-, acht-, zehn-, zwölfzählige Symmetrien oder Symmetrien mit einer höheren Zähligkeit als zwölf vorgesehen.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die Anschlussmuffe 1 stark verkürzt ausgebildet oder entfällt ganz.
Bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel entfallen die im Beispiel nach 1 im elastischen Material vorgesehenen Falze. Es wird in diesem Beispiel beim Ausziehen, also Verfahren in den Zustand maximaler Länge, der Falte kein Material weg- bzw. eingefaltet, sondern eine Verformung der nun hohlzylinderförmigen Stirnfläche und der hohlkegelstumpfförmigen Seitenflächen bewirkt.
2a zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Falte im Zustand minimaler Länge, 2b im Querschnitt im Zustand maximaler Länge. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 sind hier statt der Streben versteifte Streifen (21, 22) in das elastische Material eingearbeitet. Der Streifen 21 ist mit dem Streifen 22 derart beweglich verbunden, dass ein Knicken entlang der Verbindungslinie durchführbar ist, quer dazu jedoch nicht. Gleiches gilt für die Verbindung der Streifen 22 mit der Anschlussmuffe 1. Die Streifen bewirken daher bei axialer Längenänderung der Falte ein Auf- bzw. Zusammenfalten des elastischen Materials, das mittels vorgeformter Falten (23, 24) in eine vordefinierte Form faltet. Die Breite der Streifen bewirkt eine verbesserte Stabilisierung der Falte gegen axialer Verdrehung und Verbiegung aus der Achse und eine verbesserte Führung der Falte beim Faltvorgang gegenüber dem Ausführungsbeispiel von 1.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen weist die Falte eine größere oder kleinere Symmetriezähligkeit auf als in 2a und 2b dargestellt.
3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Falte. Dargestellt ist eine Hälfte eines axialen Schnitts, mit ausgezogener Linie im Zustand minimaler Länge und mit gestrichelter Linie im Zustand maximaler Länge. Die Falte 30 ist mit einer diskreten oder kontinuierlichen Drehsymmetrie um die angedeutete Symmetrieachse ausgebildet. Sie wird gebildet aus Seitenflächen 31, Stirnfläche 32 und Anschlussmuffe 33 und bildet ein Gehäuse für eine Spindel 34. Die Seitenflächen 31 bilden im Zustand minimaler bzw. maximaler Länge mit der Symmetrieachse einen Winkel α bzw. β.
Im Zustand minimaler Länge umschließt die Falte 30 gehäusebildend einen ersten Bereich 36 und einen zweiten Bereich 35, die sich rotationssymmetrisch um die Symmetrieachse erstrecken. Der erste Bereich 36 in 3 weist einen rechteckigen Querschnitt auf, der zweite Bereich 35 einen trapezförmigen. Beide Bereiche sind aufgrund der Rotationssymmetrie ringförmig, und die bezeichneten Bereiche (35, 36) wiederholen sich auf der anderen Seite der Symmetrieachse in gespiegelter Form. Ein Ausziehen der Falte 30, also eine Längenveränderung von einem Zustand minimaler Länge in einen Zustand maximaler Länge, bewirkt eine Streckung des ersten Bereichs 36 zu einem dritten Bereich, dessen axiale Ausdehnung 37 sich über die Distanz zwischen den Anschlussmuffen 33 erstreckt. Durch das Ausziehen wird weiter eine Veränderung des zweiten Bereichs 35 zu einem veränderten zweiten Bereich 35' bewirkt. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen nach 1 und 2 verschwindet der zweite Bereich 35 also nicht vollständig bei Ausziehen.
Das Maß x ist in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, dass gilt: x = ((cos(α))·(2y + L·sin(α)) – (cos(β))·(2y + L·sin(β)))/(sin(β) — sin(α)).
Dabei sind α, β, L und y vorgebbar. α, β und L bestimmen insbesondere, wie weit die Falte 30 ausziehbar ist. Somit wird erreicht, dass die Falte im Zustand minimaler Länge und maximaler Länge gleiche Volumina umfassen, abzüglich des von der Spindel 34 ausgefüllten Volumens. Es sind also die von der Falte umschlossenen von Luft ausgefüllten Volumina in beiden Zuständen gleich, und es tritt prinzipbedingt keine Druckdifferenz auf. Die Volumina sind also prinzipbedingt mit sehr großer Genauigkeit gleich groß.
Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip ist, dass eine Längenänderung, also ein Übergang aus einem Zustand erster Länge in einen Zustand zweiter Länge, eine geometrische Formveränderung über die Längenänderung hinaus bewirkt, wobei die geometrische Formveränderung so erfolgt, dass im ersten und zweiten Zustand jeweils ein gleichgroßer Rauminhalt umschrieben, insbesondere umschlossen wird. Es entstehen also keine Druckdifferenzen, die einen Ausgleich bewirken, oder zumindest sind derartige Druckunterschiede nicht funktionsnotwendig. Dadurch werden selbst kleinste Druckdifferenzen vermeidbar, die ansonsten, also nach dem Stand der Technik, durch Oberflächenspannungen und Materialelastizitäten, insbesondere Elastizitätsmoduln, bewirkt werden.
9a zeigt schematisch ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines gehäusebildenden Teils in Draufsicht entlang der Symmetrieachse, also entlang der Längsachse. Eine Falte 90 umgibt einen ersten Bereich 91 und wird gebildet aus Rechtecken 100 und Dreiecken 102, die miteinander entlang von Biegekanten 96, 98 verbunden sind. Die radial innen liegenden Kanten der Rechtecke 100 bilden ein Polygon 92, das als Schnittstelle, also Anschlussvorrichtung, zu einer nächsten Falte oder einem anderen Gehäuse ausgebildet ist. Entlang der Biegekanten 94 der Rechtecke 100 schließt sich in axialer Richtung ein Hohlprisma 104 an, dessen Grundfläche durch die Biegelinien 94 beschrieben wird. Die Längenverhältnisse der Kantenlängen 96, 98, und 94 sowie die Innenwinkel der Dreiecke 102 und die Kantenlängen der Rechtecke 100 sind wie in der DE 198 30 184 C2 beschrieben, damit beim Auffalten die Flächen der Rechtecke 100 und Dreiecke 102 keine Scherkräfte erfahren. Die Falte 90 weist dieselben Spiegel- und Drehsymmetrien auf wie das erwähnte Hohlprisma.
9b zeigt die Falte 90 aus 9a in Seitenansicht im Zustand minimaler axialer Länge, 9c in Seitenansicht im Zustand maximaler axialer Länge. Die Länge bezeichnet dabei den jeweiligen relativen Abstand zweier Muffen 110. Das Maß x bezeichnet die Höhe des erwähnten Hohlprismas 104, das Maß y die kleinste lichte Weite des Polygons 92, l₁ bzw. l₂ die minimale bzw. maximale axiale Länge der Falte 90 und d₁ bzw. d₂ den Abstand der diametral gegenüberliegenden Biegekanten 94 im Zustand minimaler bzw. maximaler axialer Länge der Falte 90. Durch das Ausziehen der Falte 90 verringert sich das Maß d₁ auf das Maß d₂, während die Maße x und y und die Längen der Biegekanten 94, 96, 98 unverändert bleiben.
Im Zustand minimaler Länge, 9b, definieren die Rechtecke 100, die Dreiecke 102, die Seitenwände des Hohlprismas 104 und die radiale Begrenzung des ersten Bereichs 91 einen zweiten Bereich. Dieser zweite Bereich wird durch das Ausziehen der Falte, also das Überführen in den Zustand maximaler Länge, in einen veränderten zweiten Bereich verformt.
Die Maße x und y sind so gewählt, dass die von der Falte umschlossenen Rauminhalte im Zustand minimaler und maximaler Länge gleich sind. Insbesondere ist das Maß x so gewählt, dass die Volumenabnahme beim Übergang vom zweiten Bereich in den veränderten zweiten Bereich durch die Volumenzunahme durch die Streckung des ersten Bereichs zu einem dritten Bereich kompensiert wird. Ist im Inneren der Falte 90, insbesondere auf der Symmetrieachse, eine zusätzliche Vorrichtung, etwa eine Spindel oder eine Schubstange oder eine Gleitstange, vorgesehen, so wird der erste Bereich 91 um den Rauminhalt dieser Vorrichtung vermindert, und zwar in beiden Zuständen extremaler axialer Länge.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die Falte ausschließlich aus Dreiecken und einem Hohlprisma zusammengesetzt und weist beispielsweise eine zwölfzählige Drehsymmetrie oder eine andere Drehsymmetrie um die Längsachse auf. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen weist die Falte anstatt der Drehsymmetrie eine oder mehrere Spiegelsymmetrien jeweils bezüglich einer Ebene, die die Symmetrieachse umschließt, für die die Symmetrieachse also jeweils eine Invariante darstellt.
4 zeigt schematisch die Seitenansicht eines Faltenbalgs 40, der aus einzelnen Falten 42 aufgebaut ist. Die Falten 42 sind jede für sich wie in den Ausführungsbeispielen nach 1 bis 3 ausgebildet und über Zwischenmuffen 43 miteinander verbunden. Diese Zwischenmuffe 43 ist in weiteren Ausführungsbeispielen auf einen die Falten 42 verbindenden Ring reduziert. Streben 44 bewirken eine axiale Führung und ein Auf- und Zusammenfalten der Falze 45 in den Falten beim axialen Ziehen oder Drücken auf die Anschlussmuffen 41, über die der Faltenbalg mit einem weiteren Gehäuseteil verbindbar ist. Statt der Streben 44 sind alternativ Streifen vorsehbar.
5a zeigt in schematischer, nicht-maßstäblicher Darstellung einen Spindelmotor 50 im Zustand minimaler Länge und 5b den Spindelmotor 50 ebenso im Zustand maximaler Länge.
Mittels eines Elektromotors 51 ist eine Spindel 54 aus- und einfahrbar. Das Gehäuse des Elektromotors 51 einerseits und das freie Ende der Spindel 54 andererseits ist jeweils über Anschlusselemente 52, 53 mit Muffen 59 eines Faltenbalgs verbunden. Der Faltenbalg weist eine diskrete Rotationssymmetrie bezüglich der Längsachse auf, die also eine Symmetrieachse ist. Das elastische Material des Faltenbalgs ist im Zustand maximaler Länge teilweise entlang von Falzen 56 eingefaltet. Streben 55 sorgen für die nötige Steifigkeit des Faltenbalgs, insbesondere durch die Ausgestaltung der Knickstellen im Verbindungsbereich 58 von der Muffe 59 zu einer Strebe 55 und im Verbindungsbereich 57 innerhalb der Strebe 55. Durch das Einfahren der Spindel 54 und damit durch den Übergang in den Zustand minimaler Länge werden die Streben 55 teilweise in radialer Richtung aufgestellt, und das elastische Material des Faltenbalgs wird aufgespannt.
Um die Gleichheit der in beiden extremalen Zuständen umschlossenen Luft-Volumina zu gewährleisten, ist 2·v = w gewählt. Dabei bezeichnet w das Maß für die axiale Ausdehnung des zweiten Bereichs, während das Maß für totale radiale lichte Weite des ersten Bereichs durch 2·v gegeben ist. Die totale radial lichte Weite ist die Summe aller Luft durchmessenden Strecken, die im ersten Bereich auf einer gedachten Gerade liegen, die senkrecht auf der Symmetrieachse steht und diese schneidet. Ein im Inneren befindlicher Körper, hier die Spindel 54, ist also für die Betrachtung der Luft-Volumina herauszurechnen.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen umfasst der Faltenbalg des Spindelmotors mehrere Falten gemäß 4.
6 zeigt einen derartigen Faltenbalg 60 im axialen Längsschnitt. Der Faltenbalg 60 bildet mit seiner Außenwand 61 ein Gehäuse für eine Spindel 62. Die einzelnen Falten umschließen jeweils einen ersten räumlichen Bereich 66 und einen zweiten räumlichen Bereich 65, die sich bei axialer Längenveränderung wie beschrieben verändern.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Variante sind statt der Streben oder zusätzlich zu den Streben Streifen nach 2a und 2b vorgesehen, und/oder der axiale Längsschnitt der Falten ist gemäß 3 ausgebildet.
7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Variante. Der eine Spindel 70 umgebende Faltenbalg weist an den Innenseiten seiner Zwischenmuffen 71 ringförmige Distanzstücke 72 auf, die über Lager 73 die Spindel 70 umfassen. Somit ist eine verbesserte Führung des Faltenbalges beim Auf- und Zusammenfalten erreichbar. Das Lager 73 ist als Gleitlager oder als Wälzlager oder als ein anderes Lager ausgebildet. Bei einer Variante entfällt das Lager 73.
8 zeigt einen Flüssigkeitsbehälter in einem Zustand minimaler Höhe 80 und einem Zustand maximaler Höhe 81. In den Behälter sind über eine Öffnung 82 Flüssigkeiten einfüllbar. Die eingefaltete Seitenwandung 84 umfasst nicht dargestelltes, weggefaltetes Material, dass im Zustand 80 zusätzlich Oberflächen in der Seitenwandung 83 bildet. Die Abmessungen sind analog zu 1 so gewählt, insbesondere die Breite der Seitenwandung 84 und der Durchmesser der Öffnung 82 und der Durchmesser der zusätzlichen Seitenfläche 87, dass der Flüssigkeitsbehälter in beiden Zuständen (80, 81) bis zum Eichstrich 88 die gleiche Flüssigkeitsmenge aufnimmt.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche des gehäusebildenden Teils mit ihrem Axialschnitt derart ausgebildet, dass bei Längenänderung über eine endliche, also nichtverschwindende, Längendifferenz hinweg ein konstanter Rauminhalt umschrieben, insbesondere umschlossen wird.
Bezugszeichenliste

1: Anschlussmuffe
2: Falte eines Faltenbalgs
3: Falz in der Stirnseite
4: Strebe in der Stirnseite
5: Seitenfläche
6: Radiale Strebe
7: Radialer Falz
8, 9: Verbindungsbereich
10: Eingefaltetes Material
11: Eingefaltetes Material im Querschnitt
21, 22: Streifen
23, 24: Falz
25: Seitenfläche
26: Eingefaltetes Material
30: Falte
31: Seitenfläche
32: Stirnfläche
33: Anschlussmuffe
34: Spindel
35: zweiter Bereich
35': veränderter zweiter Bereich
36: erster Bereich
37: dritter Bereich
40: Faltenbalg
41: Anschlussmuffe
42: Falte
43: Zwischenmuffe
44: Strebe
45: Falz
50: Spindelmotor
51: Elektromotor
52, 53: Anschlusselement
54: Spindel
55: Strebe
56: Falz
57, 58: Verbindungsbereich
59: Anschlussmuffe
60: Faltenbalg
61: Außenwand
62: Spindel
63: Verbindungsmuffe
65: zweiter Bereich
66: erster Bereich
70: Spindel
71: Zwischenmuffe
72: Distanzstück
73: Lager
81: Flüssigkeitsbehälter
82: Öffnung
83: Seitenwandung
84: Seitenwandung, eingefaltet
85: Boden
86: zusätzlicher Boden
87: zusätzliche Seitenfläche
88: Eichstrich
90: Falte
91: erster Bereich
92: Polygon
94, 96, 98: Biegekante
100: Rechteck
102: Dreieck
104: Hohlprisma
110: Muffe
u, v, w, x, y, z, L, l₁, l₂,d₁, d₂: Maße
α, β: Winkel

Claims

Faltenbalg (60), umfassend zumindest aus eine axial angeordnete Folge von Falten (2, 30, 42, 90), wobei zumindest eine Falte (2, 30, 42, 90) in einem Zustand erster Länge ein gleichgroßes Volumen umschließt wie in einem Zustand zweiter Länge, zwischen je zwei Falten (2, 30, 42, 90) der Folge eine Übergangsmuffe (43, 63, 71, 110) vorgesehen ist, wobei der Faltenbalg (60) gehäusebildend für eine Welle, Pleuelstange oder Zahnstange ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg (60) durch eine in seinem Inneren angeordnete Welle, Pleuelstange oder Zahnstange geführt und/oder gelagert ist und die Übergangsmuffen (43, 63, 71, 110) Mittel zur Lagerung oder Führung des Faltenbalgs (60) aufweisen.
Faltenbalg (60) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Falten (2, 30, 42, 90) der Folge gleichartig ausgebildet sind.
Faltenbalg (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Falten (2, 30, 42, 90) der Folge unterschiedlich ausgebildet sind.
Faltenbalg nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Falten (2, 30, 42, 90) der Folge stoffschlüssig ausgeführt ist, insbesondere durch Kleben oder Schweißen.
Faltenbalg nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Falten (2, 30, 42, 90) der Folge einstückig ausgebildet sind.
Faltenbalg nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg durch die in seinem Inneren angeordnete Welle, Pleuelstange oder Zahnstange bei der Längenveränderung geführt und/oder gelagert ist.
Faltenbalg (60) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer Falte (2, 30, 42, 90) als ein gehäusebildendes Teil, das entlang einer Achse längenveränderbar ist, wobei in einem Zustand minimaler Länge ein erster räumlicher Bereich (36, 66, 91) und ein zweiter räumlicher Bereich (35, 65) umschlossen sind, und in einem Zustand maximaler Länge mindestens ein dritter räumlicher Bereich umschlossen wird, wobei der dritte Bereich durch Streckung entlang der Achse aus dem ersten Bereich (36, 66, 91) hervorgeht und durch die Längenveränderung des gehäusebildenden Teils der zweite Bereich (35, 35') verändert wird, wobei die Volumenabnahme des zweiten Bereichs (35, 65) bei Längenveränderung vom Zustand minimaler Länge in den Zustand maximaler Länge gleich ist der Differenz zwischen dem Volumen des dritten Bereichs und dem Volumen des ersten Bereichs (36, 66, 91), dass der zweite Bereich (35, 66) mindestens einen ersten trapezförmigen Querschnitt aufweist und der erste Bereich (36, 66, 91) mindestens einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei der zweite Bereich (35, 65) durch die Längenveränderung in einen Bereich (35') mit einem zweiten trapezförmigen Querschnitt überführt wird und wobei die Abnahme des Flächeninhalts vom ersten zum zweiten trapezförmigen Querschnitt des zweiten Bereichs (35, 35') gleich der Zunahme des Flächeninhalts des rechteckigen Querschnitts durch die über die Längenveränderung bewirkte Streckung ist.
Faltenbalg (60) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer Falte (2, 30, 42, 90) als ein gehäusebildendes Teil, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse mathematisch, also insbesondere gedacht, ist.
Faltenbalg (60) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer Falte (2, 30, 42, 90) als ein gehäusebildendes Teil, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse physisch mit von Null verschiedenem Durchmesser oder als Welle ausgebildet ist.
Faltenbalg (60) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer Falte (2, 30, 42, 90) als ein gehäusebildendes Teil, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse zumindest teilweise vom gehäusebildenden Teil gehäusebildend abgedichtet umschlossen ist.
Faltenbalg (60) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer Falte (2, 30, 42, 90) als ein gehäusebildendes Teil, dadurch gekennzeichnet, dass das gehäusebildende Teil (2, 30, 42, 90) eine diskrete Rotationssymmetrie um die Achse aufweist.
Faltenbalg (60) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer Falte (2, 30, 42, 90) als ein gehäusebildendes Teil, dadurch gekennzeichnet, dass das gehäusebildende Teil (2, 30, 42, 90) aus elastischem Material gearbeitet ist.
Faltenbalg (60) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer Falte (2, 30, 42, 90) als ein gehäusebildendes Teil, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material Streben (44) und/oder Streifen umfasst, die das gehäusebildende Teil stabilisieren und die bei axialer Längenveränderung das elastische Material auf- bzw. zusammenfalten.
Faltenbalg (60) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer Falte (2, 30, 42, 90) als ein gehäusebildendes Teil, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material Falze aufweist, die bei fehlender Belastung das elastische Material in den zusammengefalteten Zustand überführen.
Faltenbalg (60) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer Falte (2, 30, 42, 90) als ein gehäusebildendes Teil, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausdehnung des zweiten Bereichs (35, 35', 65) gleich der totalen radialen lichten Weite des ersten Bereichs (36, 66, 91) ist.
Faltenbalg (60) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer Falte (2, 30, 42, 90) als ein gehäusebildendes Teil, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen aus Polygonen gebildet wird, wobei die Polygone derart verbunden sind, dass beim Auffalten lediglich in den Verbindungslinien liegende Biegedrehmomente auftreten, und dass die an der Faltung beteiligten Polygon-Flächen in Form und Größen im Faltvorgang unverändert bleiben.
Spindelmotor, umfassend zumindest einen Elektromotor, mit dem eine Spindel aus- und einfahrbar ist, wobei zumindest ein Teil der Spindel von einem Faltenbalg (60) gehäusebildend und dicht umgeben ist. dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg (60) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Spindelmotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein anderer oder der restliche Teil der Spindel vom Motorgehäuse dicht umgeben ist.
Spindelmotor nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass am Faltenbalg (60) Mittel (41, 43, 63, 71, 72, 110) zur Lagerung an der Spindel und/oder Führung durch die Spindel vorgesehen sind.