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Gewellter Balg, insbesondere Dichtungsbalg Die Erfindung bezieht sich
auf einen gewellten Balg, insbesondere Dichtungsbalg, dessen Ränder zum Anschluß
an zwei im Abstand voneinander angeordneten und mit Bezug aufeinander beweglichen
Teilen bestimmt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Balg so auszugestalten,
daß er der Bewegung der Teile einen möglichst geringen Widerstand entgegensetzt,
gleichgültig wie die gegenseitige Bewegung der Teile verläuft. Insbesondere soll
der Balg bei einer gegenseitigen Verschiebung der Teile in beliebiger Richtung oder
bei gegenseitiger Kippbewegung um beliebig gelegene Achsen im wesentlichen nur auf
Biegung unter Ausschluß erheblicher Scherkräfte beansprucht werden.
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Bekannt ist ein gewellter Balg, dessen Ränder zum Anschluß an zwei
im Abstand voneinander angeordneten und mit Bezug aufeinander beweglichen Teilen
bestimmt sind und dessen membranartige Zone harmonikaartig gefaltet ist. Die beweglichen
Teile bestehen aus einem inneren Ring und einem diesen umgebenden äußeren- Ring,
und die Falten verlaufen zwischen diesen beiden Ringen in radialer Richtung. Die
Breite jeder Falte nimmt dabei von innen nach außen zu. Dabei wird jede Falte von
ebenen Flächen gebildet. Wie die Speichen eines Rades verhindern daher die Falten
eine gegenseitige Verschiebung der Ringe in Durchmesserrichtung.
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Es ist auch ein gewellter Balg bekannt, dessen Ränder zum Anschluß
an zwei im Abstand voneinander gleichachsig angeordneten und mit Bezug aufeinander
beweglichen Teilen bestimmt sind und der die Gestalt eines Rotationskörpers hat,
der gleichachsig zu diesen beiden Teilen angeordnet ist. Dieser Rotationskörper
ist ungefähr kegelförmig gestaltet, aber derart gewellt, daß die Wellen in Umfangsrichtung
verlaufen. Dieser Ausgestaltung zufolge werden in dem gewellten Balg durch eine
gegenseitige Drehbewegung der Teile um ihre gemeinsame Achse sehr hohe Scherbeanspruchungen
ausgeübt, die der Verdrehung der Teile einen erheblichen Widerstand entgegensetzen.
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Ferner ist ein Dichtungsbalg bekannt, dessen Ränder zum Anschluß an
zwei mit Bezug aufeinander um eine gemeinsame Achse drehbare Teile bestimmt sind.
Diese Teile haben etwa den gleichen Durchmesser und sind in axialem Abstand voneinander
angeordnet. Bei jeder gegenseitigen Drehbewegung dieser Teile in der einen und in
der anderen Richtung erfährt der Balg eine schraubengangförmig verlaufende Querzerrung
seines Gefüges, die sich in ständig wechselnder Faltenbildung äußert und eine schnelle
Zerstörung des Dichtungsbalgs zur Folge hat. Es ist auch bekannt, zur Vermeidung
dieser Faltenbildung dem Balg eine Vorspannung in Achsenrichtung zu geben. Das hat
indessen zur Folge, daß die Zug- und Scherspannungen in dem Balg erhöht werden und
der gegenseitigen Verdrehung der Teile daher einen erhöhten Widerstand entgegensetzen.
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Erfindungsgemäß. ist die eingangs erläuterte Aufgabe dadurch gelöst,
daß die membranartige Zone von einer Erzeugungslinie beschrieben ist, die eine im
Bereich der Zone längs deren Rändern verlaufende endlose Bahnlinie schneidet und
längs dieser Bahn wandert und dabei um diese Bahn pendelt.
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Diese Ausgestaltung des gewellten Balgs bietet also den Vorteil, daß
eine gegenseitige Verschiebung der beiden an den Balg angeschlossenen Teile in beliebiger
Richtung und eine Dreh- oder Kippbewegung dieser Teile um beliebig gelegene Achsen
nur
vergleichsweise geringe Spannungen in dem Balg erzeugt, so daß
dieser den gegenseitigen Bewegungen der Teile nur einen geringen Widerstand entgegensetzt.
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Wie bei den eingangs erläuterten bekannten Bälgen können die Ränder
res Balgs Kreise sein. In diesem Fall ist auch die Bahnlinie, ein Kreis, längs welcher
die Erzeugungslinie wandert. Dabei schneidet zweckmäßig die Erzeugungslinie die
Bahnlinie in rechtem Winkel.
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Die Erfindung sei nunmehr an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigt F i g. 1 eine
schaubildliche Darstellung eines erfindungsgemäß gestalteten gewellten Balgs, F
i g. 2 und 3 die radialen Schnitte nach den Linien #Z-2.und 3-3 der F i g. 1, F
i g. 4 einen in F i g: 1 'gestrichelt angedeuteten Teil des Balgs schaubildlich
in vergrößertem Maßstab und F i g. 5 den in F i g. 4 gezeigten Teil in ebenem Zustand
und gestrichtelt in gebogenem Zustand. Der gewellte Balg dient dem Zweck, den ringförmigen
Spalt zwischen zwei kreisrunden Teilen abzudichten, deren einer im Ruhezustand den
anderen gleichachsig zur Achse A umgibt. Zu diesem Zweck hat der gewellte Balg einen
an dem inneren Teil befestigten Flansch 31 und einen an dem äußeren Teil befestigten
Flansch 33. Diese beiden Flansche sind zylindrisch gestaltet und haben einen kreisförmigen
Rand. Der Rand 32 des äußeren Flansches 33 weist dabei nach. unten, der ihm gegenüber
in Achsenrichtung versezte Rand des Flansches 31 jedoch nach oben. An den oberen
zylindrischen Flansch 31 schließt sich eine ebene ringförmige Zone 30 des Balgs
an, und der äußere Rand dieser ebenen Zone ist mit dem oberen Rand des zylindrischen
Flansches 33 durch eine membranartige Zone 34 verbunden, deren Gestalt einer geometrischen
Fläche entspricht, die dann entsteht, wenn eine Erzeugungslinie E längs einer in
F i g. 1 gestrichelt eingezeichneten Bahn B wandert und dabei um diese Bahn B pendelt.
Die Bahn B verläuft dabei im Bereich der Zone 34 längs deren Rändern: In der einen
Grenzlage gelangt die um die Bahn B pendelnde Erzeugungslinie E etwa in die Ebene
der Zone 30. Diese Grenzlage ist in F i g. 3 dargestellt. Von dieser ausgehend pendelt
die Erzeugungslinie im Uhrzeigersinn um den Winkel ß bis in die in F i g. 2 gezeigte
Grenzlage, in der die Erzeugungslinie E 'zur Fläche der Zone 30 geneigt ist. Die
beiden Enden der Erzeugungslinie E sind von der Bahnlinie B ungefähr gleich weit
entfernt und beschreiben daher Wellenlinien von ungefähr gleicher Wellenhöhe und
der Wellenlänge a. Die innere Wellenlinie berührt mit ihren Wellentälern den äußeren
Rand der Zone 30, und die zwischen diesem äußeren Rand und der Wellenlinie befindlichen
Zwischenräume sind durch Flächenelemente 46 des Balgs abgeschlossen. Entsprechende
Flächenelemente 47 schließen die Zwischenräume zwischen der äußeren Wellenlinie
und dem oberen Rand des zylindrischen Flansches 33.
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Die mebranartige Zone 34, deren geometrische Fläche vorstehend geschildert
ist, bildet also innere Zähne 35 und äußere Zähne 36.
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Die Membran besteht aus einer ungefähr gleichmäßig starken Schicht
eines federnden Stoffes, bei dem es sich z. B. um weichen Gummi handeln kann. Die
Abmessungen der Zone 34 hängen vom Ausmaß der Bewegung ab, welche die an den Flanschen
31 und 33 befestigten Maschinenteile mit Bezug aufeinander ausführen.
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In F i g. 4 ist das in F-i g. 1 durch -die gestrichelte Linie umrandete
Teilstück 37 der Zone 34 für sich allein herausgezeichnet. Wie man sieht, sind die
Enden 38 und 39 dieses Teilstücks um einen beträchtlichen Winkel gegeneinander verdreht.
Im ebenen Zustand würde dieser Streifen die Gestalt haben, die in F i g. 5 in ausgezogenen
Linien dargestellt ist. Er würde also flach sein, so daß seine Längskanten
41 und 42 parallel zueinander und auch seine Querkanten 43 und 44
parallel zueinander verlaufen würden.
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Wenn der .Streifen flach ist, wie in F i g. 5 dargestellt, dann gibt
es zwei Richtungen, in denen wenig oder überhaupt keine Biegsamkeit besteht. Wenn
man beispielsweise den Streifen 40 an seinem Ende 43 festhält und ihn in Richtung
des Pfeiles 8 nach unten stößt, dann zeigt er die gewünschte Biegsamkeit. Wenn man
jedoch den Streifen bei gleicher Befestigungsweise in Richtung des Pfeiles anstößt,
so würde er nur wenig oder überhaupt keine Biegsamkeit zeigen. Genausowenig würde
sich der Streifen biegen, wenn man eine Kraft in Richtung des Pfeiles D einwirken
lassen würde. Eine ausreichende Biegsamkeit erhält man also nur in Richtung B und
nicht in den Richtungen C und D.
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Wenn man nun den Streifen 40 in der in F i g. 6 durch den gestrichelten
Umriß angedeuteten Art und Weise biegt, so erhält man nach wie vor die gewünschte
Biegsamkeit in Richtung des Pfeiles B. Es ergibt sich nun aber der weitere
Vorteil, daß auch in der Richtung des Pfeiles D eine ausreichende Biegsamkeit vorhanden
ist. Nach wie vor besteht jedoch wirklich keinerlei Biegsamkeit in Richtung des
Pfeiles C, wenn der Streifen bei 43 fest eingespannt ist. Das kann ein erheblicher
Nachteil sein, wenn erhebliche Kräfte in dieser Richtung aufzunehmen sind.
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Infolge der Verwindung jedoch, die der Streifen 37 infolge der besonderen
geometrischen Gestalt der Zone 34 aufweist, setzt er einer Verschiebung seines
einen Endes in den Richtungen der drei Pfeile 8, C und D keinen erheblichen Widerstand
entgegen, wenn sein anderes Ende fest eingespannt ist. Die Zone 34 besteht aber
aus lauter Flächenelementen, die in der in F i g. 4 gezeigten Weise verwunden sind.
Das ist der Grund, weshalb der gewellte Balg nach der Erfindung beliebigen gegenseitigen
Bewegungen der an ihm befestigten Teile keinen erheblichen Widerstand entgegensetzt
und durch diese Bewegungen im wesentlichen nur auf Biegung beansprucht wird, woraus
sich eine hohe Lebensdauer dieses gewellten Balgs ergibt.
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Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann z. B. dahingehend abgeändert
.sein, daß die Flansche 31 und 33 exzentrisch zueinander gelegen sind.