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Die
Erfindung betrifft einen Rollbalg zum Abdichten zweier miteinander
drehender, gegeneinander abwinkelbarer und/oder gegeneinander axial
verschiebbarer Rotationsteile mit einer Längs- und Symmetrieachse A,
umfassend einen ersten Bund mit kleinerem Durchmesser zum Festlegen
auf einem ersten Rotationsteil kleineren Durchmessers, einen zweiten
Bund mit größerem Durchmesser
zum Festlegen auf einem zweiten Rotationsteil größeren Durchmessers, und eine
sich im Durchmesser vom kleineren ersten Bund zum größeren zweiten
Bund erweiternde Ringwand. Rollbälge
dieser Art bestehen je nach Verwendungszweck aus Gummielastomeren
oder Kunststoffthermoplasten oder bestimmten Mischungen hieraus.
Sie werden je nach Material durch Spritzgießen oder Blasformen hergestellt.
Bekannte Rollbälge
haben dabei im Zustand der Herstellung eine sich vom kleineren ersten
Bund zum größeren zweiten
Bund erstreckende konische Ringwand, die nach dem Entformen vom
größeren Bund her
derart zurückgeschlagen
wird, daß der
zweite größere Bund
axial relativ nah am kleineren ersten Bund liegt sowie radial außerhalb
der Ringwand, die damit teilweise radial doppelwandig liegt. Es
bildet sich ein halbtorusförmiges
Gebilde aus, das einen im wesentlichen C-förmigen Krümmungsscheitelpunkt (Apex)
im Längshalbschnitt
zeigt, der axial vom ersten Bund und zweiten Bund am weitesten entfernt liegt.
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In
zeichnerischen Darstellungen von Rollbälgen dieser Art wird davon
ausgegangen, daß die Krümmung im
eingebauten Zustand des Rollbalges im wesentlichen gleichförmig und
maximal ist, wenn die inneren Spannungen im Material minimiert sind.
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Aus
der
DE 102 31 075 der
Anmelderin ist zur Absenkung der inneren Spannungen eines Rollbalges
im montierten Zustand vorgeschlagen worden, die im Zustand der Herstellung
konische Ringwand zunächst
vollständig
von innen nach außen umzukrempeln
und dann von dieser Konfiguration ausgehend den größeren Bund
zum kleineren Bund hin zurückzuschlagen.
Auch hierbei wird in der zeichnerischen Darstellung davon ausgegangen,
daß ein gleichmäßig großer maximaler
Krümmungsradius des
Rollbalges entsteht.
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Tatsächlich ist
die zeichnerische Darstellungsweise von Rollbälgen, die nach der eingangs genannten
Methode hergestellt werden, idealisiert. Es bilden sich tatsächlich im
eingebauten Zustand ungünstigere
ungleichmäßige Krümmungsradien
an der Ringwand aus. Hinzu kommt, daß die statische Einbaukonfiguration
für die
Lebensdauer des Rollbalges weitgehend unerheblich ist, da diese
nur für
geringe Drehzahlen gilt. Unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften, die
für das
Belastungskollektiv derartiger Rollbälge typisch sind und überwiegen,
verformen sich bekannte Rollbälge
ganz ungünstig
in der Weise, daß ein
relativ scharfer Knick im Bereich des zweiten größeren Bundes ausgebildet wird,
der insbesondere bei gegeneinander abgewinkelten ersten und zweiten
umlaufenden Rotationsteilen zu erheblicher Walkarbeit in der Ringwand
führt,
wodurch die Lebensdauer des Rollbalgs begrenzt wird.
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Hiervon
ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rollbalg
der genannten Art vorzuschlagen, der unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften ein
günstigeres
Formbild aufweist und damit eine höhere Lebensdauer verspricht.
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Eine
erste Lösung
besteht darin, daß die Ringwand
im Zustand der Herstellung am nicht eingespannten Rollbalg im Längshalbschnitt
einen S-förmigen
Verlauf mit einer Innenwölbung
nächst dem
kleineren ersten Bund und einer Außenwölbung nächst dem größeren zweiten Bund hat. Der
hiermit beschriebene Rollbalg hat bereits im statisch eingebauten
Zustand gegenüber
Rollbälgen
nach dem Stand der Technik einen günstigeren vergrößerten Krümmungsradius
der Ringwand im Bereich des Krümmungsscheitelpunktes.
Darüber
hinaus bewahrt sich dieser vergrößerte Krümmungsradius
im Bereich des Krümmungsscheitelpunktes
jedoch auch unter dem Einfluß von
Zentrifugalkräften,
d. h. also bei drehenden Rotationsteilen, so daß die Le bensdauer von Rollbälgen gemäß der Erfindung
deutlich erhöht
werden kann. Der im Längshalbschnitt
S-förmige
Verlauf wird im wesentlichen so angelegt, daß die Ringwand im Zustand der
Herstellung am nicht eingespannten Rollbalg etwa achsparallel zur
Längsachse
A an den kleineren ersten Bund anschließt und/oder daß die Ringwand
im Zustand der Herstellung am nicht eingespannten Rollbalg etwa
achsparallel zur Längsachse
A an den größeren zweiten Bund
anschließt.
Je nach Art der späteren
Beanspruchung bezüglich
gegenseitiger Abwinkelung der Rotationsteile bzw. gegenseitiger
Axialverschiebung der Rotationsteile kann der genannte S-förmige Verlauf des
Rollbalges im Zustand der Herstellung mehr oder weniger gestreckt
sein, d. h. die Ringwandlänge
in axialer Richtung kann an den Anwendungsfall angepaßt werden.
Bei gegebenen Beanspruchungskollektiven sind verkürzte Ringwandlängen im
Vergleich mit Rollbälgen
nach dem Stand der Technik möglich.
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Eine
zweite Lösung
besteht darin, daß die Ringwand
im Zustand der Herstellung am nicht eingespannten Rollbalg im Längshalbschnitt
einen C-förmigen
Verlauf mit einer Innenwölbung
zwischen dem kleineren ersten Bund und dem größeren zweiten Bund hat. Es
treten hier qualitativ die gleichen Wirkungen und Vorteile gegenüber Rollbälgen nach dem
Stand der Technik wie bei der ersten obengenannten Lösung auf.
Vorteilhaft ist die insgesamt einfachere Formgebung unter dem Gesichtspunkt
des Formenbaus und der Herstellung. Auch bei Rollbälgen dieser
Art ist der Krümmungsradius
im Bereich des Krümmungsscheitelpunktes
unter dem Einfluß von
Zentrifugalkräften
größer als
bei Rollbälgen
nach dem Stand der Technik.
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Nach
einer ersten günstigen
Ausführungsform
der zuletzt genannten Lösung
ist vorgesehen, daß die
Ringwand im Zustand der Herstellung am nicht eingespannten Rollbalg
etwa achsparallel zur Längsachse
A an den kleineren ersten Bund anschließt. Weiterhin ist bevorzugt
vorgesehen, daß die Ringwand
im Zustand der Herstellung am nicht eingespannten Rollbalg im Längshalbschnitt
unter einem spitzen Winkel zur Längsachse
A an den größeren zweiten
Bund anschließt.
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Durch
die insgesamt verringerte Walkarbeit aufgrund der größeren Krümmungsradien
werden unzulässige
Temperaturerhöhungen
in der Balgwand vermieden. Dies wirkt sich günstig für die Lebensdauer des Balges
ebenso wie für
die Lebensdauer der vom Balg eingeschlossene Fettfüllung aus.
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Nach
einer günstigen
Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß der kleinere erste Bund gegenüber der
Ringwand nach innen verdickt ist. Hiermit wird ein Kontakt der Ringwand
mit dem durchmesserkleinerem Rotationsteil bei Abwinkelung der Rotationsteile gegeneinander
vermieden. Eine weitere günstige Ausgestaltung
geht dahin, daß der
kleinere erste Bund außen
eine Ringnut zur Aufnahme eines Spannbandes hat. Hiermit läßt sich
eine Längsverschiebung
des ersten Bundes auf dem ersten Rotationsteil verhindern, wobei
bevorzugt auch eine Ringnut außen
auf dem ersten Rotationsteil vorgesehen werden kann.
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Nach
einer weiteren günstigen
Ausführungsform
ist vorgesehen, daß der
größere zweite
Bund als gerundeter Wulst ausgebildet ist. Dies ist insbesondere
günstig
im Zusammenwirken mit einer ringförmigen Anschlußkappe,
in die der zweite Bund eingebördelt
wird. Eine derartige Anschlußkappe
als zweites Rotationsteil bzw. als Übergangsstück zum zweiten Rotationsteil
hat bevorzugt vom zweiten Bund ausgehend zunächst eine zylindrische Form. An
die Innenwandung dieser Anschlußkappe
kann sich die Ringwand unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften teilweise
anlegen. Dies ist bei der beabsichtigten günstigen Ausbildung des Krümmungsradius der
Ringwand unter dem Einfluß von
Zentrifugalkräften
berücksichtigt.
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Es
wird weiterhin vorgeschlagen, daß am kleineren ersten Bund
innen ein Entlüftungskanal ausgebildet
ist, der sich aus gegeneinander umfangsversetzten Längsnuten
und einer diese verbindenden Umfangsnut zusammensetzt. In Ergänzung hierzu
kann vorgesehen werden, daß am
kleineren ersten Bund axial entgegengesetzt zur Ringwand eine dünnwandige
Schutzmanschette angeordnet ist, die an ihrem freien Ende den geringsten
Abstand zur Längsachse
A aufweist.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend
beschrieben.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Rollbalg
im Zustand der Herstellung in einer ersten Ausführung
a) im Längsschnitt
b)
in perspektivischer Ansicht;
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2 zeigt
den Rollbalg nach 1 im Längshalbschnitt
a) im Zustand
der Herstellung
b) in umgestülpter montierter Form zentrifugalkraftfrei
c)
in umgestülpter
montierter Form unter Zentrifugalkrafteinfluß;
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3 zeigt
einen erfindungsgemäßen Rollbalg
im Zustand der Herstellung in einer zweiten Ausführung
a) im Längsschnitt
b)
in perspektivischer Ansicht;
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4 zeigt
den Rollbalg nach 3 im Längshalbschnitt
a) im Zustand
der Herstellung
b) in umgestülpter montierter Form zentrifugalkraftfrei
c)
in umgestülpter
montierter Form unter Zentrifugalkrafteinfluß.
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Die
beiden Darstellungen der 1 werden nachstehend gemeinsam
beschrieben. Es ist ein erfindungsgemäßer Rollbalg 10 im
Stadium der Herstellung nach dem Entformen aus einer Form gezeigt.
Der Rollbalg ist ringsymmetrisch zu einer Längsachse A ausgebildet. Der
Rollbalg ist in seiner spannungsärmsten
sich selbst einstellenden Form dargestellt. An dem Rollbalg ist
ein erster Bund 11 mit kleinerem Durchmesser und ein zweiter
Bund 12 mit größerem Durchmesser
erkennbar. Beide werden von einer sich im Durchmesser vom ersten
Bund zum zweiten Bund erweiternden Ringwand 13 verbunden, die
einstückig
mit beiden hergestellt ist. An den ersten Bund 11 schließt sich
eine dünnwandige
Schutzmanschette 14 an, deren geringster Durchmesser an ihrem
freien Ende ausgebildet ist. Der erste Bund 11 ist zum
Festlegen auf einem ersten Rotationsteil, insbesondere einer Antriebswelle
vorgesehen. Er hat eine im wesentlichen innenzylindrische Sitzfläche 15 sowie
auf der Außenseite
eine Ringnut 16, in der ein Spannband axial festgelegt
werden kann. Ein Entlüf tungssystem
im Inneren des ersten Bundes 11 umfaßt zwei gegeneinander umfangsversetzte
Längsnuten 17, 18 und
eine axial dazwischenliegende mit beiden in Verbindung stehende
Umfangsnut 19. Hierdurch wird eine ständiger Gasdruckaustausch zwischen
dem Inneren des Rollbalgs und der Umgebung am montierten Rollbalg
sichergestellt. Die Schutzmanschette 14 verhindert ein
unmittelbares Eindringen von Schmutz in die Längsnut 17.
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Der
zweite Bund 12 ist im wesentlichen außen gerundet wulstförmig dargestellt
und ist auf diese Weise geeignet, in eine ringförmige Anschlußkappe eingebördelt zu
werden. Wie nachstehend zu erkennen sein wird, ist der hier gezeigte
Zustand der Herstellung nicht identisch mit dem Zustand des Gebrauchs
des Rollbalgs. Dies wird anhand von 2 erläutert.
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In 2 ist
der Rollbalg nach 1 im Längshalbschnitt dargestellt,
wobei die Längsachse A
ebenfalls gezeigt ist, Umfangskanten jedoch zur Vereinfachung der
Darstellung weggelassen sind. Mit der Darstellung a) soll gezeigt
werden, daß die
Ringwand 13 einen ersten Abschnitt 131 hat,
der im Längshalbschnitt
etwa achsparallel zur Achse A an den ersten Bund 11 anschließt und im
Längshalbschnitt
Innenwölbung
hat. Daran schließt
sich ein zweiter Abschnitt 132 an,
der im Längshalbschnitt etwa
achsparallel zur Längsachse
A an den zweiten Bund 12 anschließt und im Längshalbschnitt Außenwölbung hat.
Die Wand ist somit im Längshalbschnitt im
wesentlichen S-förmig
mit einem Krümmungswendepunkt
zwischen den beiden Abschnitten 131 und 132 .
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In
Darstellung b) ist der gleiche Rollbalg nunmehr erstmals in der
montierten Position im stationären
Zustand gezeigt. Auch hier ist wieder die Längsachse A dargestellt, darüber hinaus
ein erster zapfenförmiger
Rotationskörper 21 und
ein ringkappenförmiger
zweiter Rotationskörper 22,
von dem nur die zum Rollbalg gewandte Kontur gezeichnet ist. Auf den
ersten Bund 11 ist ein Spannband 23 aufgezogen,
das den ersten Bund 11 auf dem Wellenschaft 21 festspannt.
Das freie Ende der Schutzmanschette 14 liegt auf dem Wellenzapfen 11 auf.
Der erste Bund 11 sitzt in einer Umfangsnut 24 des
Wellenzapfens 21. Der Rollbalg ist im Bereich der Ringwand 13 umgestülpt, so
daß er
radial betrachtet doppelt liegt und der zweite Bund 12 axial
relativ nah zum ersten Bund 11 außerhalb des ersten Abschnitts 131 der Ringwand zu liegen kommt. Der
Rollbalg nimmt hierbei eine Krümmung
im Längshalbschnitt
an, die weitgehend in einem Sinne stetig ist, wobei ein Wendepunkt der
Krümmung
im Längshalbschnitt,
sofern vorhanden, nah an den zweiten Bund 12 herangewandert ist.
Als Raumkörper
bildet der Rollbalg nunmehr einen Halbtorus, dessen kleinster Krümmungsradius im
Längsschnitt
im Bereich des Apex 20 liegt.
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In
Darstellung c) ist der Rollbalg im eingebauten Zustand unter dem
Einfluß von
Zentrifugalkräften
dargestellt. Der zweite Abschnitt 132 liegt
hierbei weitgehend innen an dem zweiten Rotationskörper 22 an.
Der kleinste Krümmungsradius
liegt weiterhin im Bereich des Apex 20 und hat sich in
günstiger
Weise gegenüber
der in Darstellung b) dargestellten Form vergrößert. Insbesondere ist er nunmehr
größer als
bei Rollbälgen
nach dem Stand der Technik.
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Die
beiden Darstellungen der 3 werden nachstehend gemeinsam
beschrieben. Es ist ein erfindungsgemäßer Rollbalg 10 im
Stadium der Herstellung nach dem Entformen aus einer Form gezeigt.
Der Rollbalg ist ringsymmetrisch zu einer Längsachse A ausgebildet. Der
Rollbalg ist in seiner spannungsärmsten
sich selbst einstellenden Form dargestellt. An dem Rollbalg ist
ein erster Bund 11 mit kleinerem Durchmesser und ein zweiter
Bund 12 mit größerem Durchmesser
erkennbar. Beide werden von einer sich im Durchmesser vom ersten
Bund zum zweiten Bund erweiternden Ringwand 13 verbunden, die
einstückig
mit beiden hergestellt ist. An den ersten Bund 11 schließt sich
eine dünnwandige
Schutzmanschette 14 an, deren geringster Durchmesser an ihrem
freien Ende ausgebildet ist. Der erste Bund 11 ist zum
Festlegen auf einem ersten Rotationsteil, insbesondere einer Antriebswelle
vorgesehen. Er hat eine im wesentlichen innenzylindrische Sitzfläche 15 sowie
auf der Außenseite
eine Ringnut 16, in der ein Spannband axial festgelegt
werden kann. Ein Entlüftungssystem
im Inneren des ersten Bundes 11 umfaßt zwei gegeneinander umfangsversetzte
Längsnuten 17, 18 und
eine axial dazwischenliegende mit beiden in Verbindung stehende
Umfangsnut 19. Hierdurch wird eine ständiger Gasdruckaustausch zwischen
dem Inneren des Rollbalgs und der Umgebung am montierten Rollbalg
sichergestellt. Die Schutzmanschette 14 verhindert ein
unmittelbares Eindringen von Schmutz in die Längsnut 17.
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Der
zweite Bund 12 ist im wesentlichen außen gerundet wulstförmig dargestellt
und ist auf diese Weise geeignet, in eine ringförmige Anschlußkappe eingebördelt zu
werden. Wie nachstehend zu erkennen sein wird, ist der hier gezeigte
Zustand der Herstellung nicht identisch mit dem Zustand des Gebrauchs
des Rollbalgs. Dies wird anhand von 4 erläutert.
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In 4 ist
der Rollbalg nach 3 im Längshalbschnitt dargestellt,
wobei die Längsachse A
ebenfalls gezeigt ist, Umfangskanten jedoch zur Vereinfachung der
Darstellung weggelassen sind. Mit der Darstellung a) soll gezeigt
werden, daß die
Ringwand 13 im Längshalbschnitt
etwa achsparallel zur Achse A an den ersten Bund 11 anschließt und im Längshalbschnitt
Innenwölbung
hat. Die Ringwand 13 schließt sich im Längshalbschnitt
unter einem spitzen Winkel zur Längsachse
A an den zweiten Bund 12 an. Die Wand ist somit im Längshalbschnitt
im wesentlichen C-förmig.
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In
Darstellung b) ist der gleiche Rollbalg nunmehr erstmals in der
montierten Position im stationären
Zustand gezeigt. Auch hier ist wieder die Längsachse A dargestellt, darüber hinaus
ein erster zapfenförmiger
Rotationskörper 21 und
ein ringkappenförmiger
zweiter Rotationskörper 22,
von dem nur die zum Rollbalg gewandte Kontur gezeichnet ist. Auf den
ersten Bund 11 ist ein Spannband 23 aufgezogen,
das den ersten Bund 11 auf dem Wellenschaft 21 festspannt.
Das freie Ende der Schutzmanschette 14 liegt auf dem Wellenzapfen 11 auf.
Der erste Bund 11 sitzt in einer Umfangsnut 24 des
Wellenzapfens 21. Der Rollbalg ist im Bereich der Ringwand 13 umgestülpt, so
daß er
radial betrachtet doppelt liegt und der zweite Bund 12 axial
relativ nah zum ersten Bund 11 liegt und ein zweiter Abschnitt 132 außerhalb des ersten Abschnitts 131 der Ringwand zu liegen kommt. Als
Raumkörper
bildet der Rollbalg nunmehr einen verformten Halbtorus, dessen kleinster
Krümmungsradius
im Längsschnitt
im Bereich des Apex 20 liegt.
-
In
Darstellung c) ist der Rollbalg im eingebauten Zustand unter dem
Einfluß von
Zentrifugalkräften
dargestellt. Der zweite Abschnitt 132 liegt
hierbei teilweise an der Blechkappe 22 an. Der kleinste Krümmungsradius
liegt weiterhin im Bereich des Apex 20 und hat sich in
günstiger
Weise gegenüber der
in Darstellung b) dargestell ten Form vergrößert. Insbesondere ist er nunmehr
größer als
bei Rollbälgen
nach dem Stand der Technik.
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- 10
- Rollbalg
- 11
- erster
Bund
- 12
- zweiter
Bund
- 13
- Ringwand
- 14
- Dichtmanschette
- 15
- Sitzfläche
- 16
- Ringnut
- 17
- Axialnut
- 18
- Axialnut
- 19
- Ringnut
- 20
- Apex
- 21
- Wellenzapfen
- 22
- Ringkappe
- 23
- Spannband
- 24
- Ringnut
- A
- Längsachse