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Die Erfindung bezieht sich auf einen elastischen Balg zum Schutz von
Gleitbahnen zwischen längs gegeneinander verschiebbaren Teilen, insbesondere von
ausziehbaren Gelenkwellen.
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In der französischen Patentschrift 1342 249 sind Bälge beschrieben,
bestimmt für die Aufnahme von Schmiermittel, die die Wellengelenke umgeben, die
die Winkelverbindung zwischen den Kupplungswellen sicherstellen. Diese Bälge können
jedoch nicht für ausziehbare Gelenkwellen verwendet werden, bei denen sich im Betrieb
- im Gegensatz zu den soeben erwähnten Wellengelenken - Volumenänderungen in dem
durch den Schutzbalg umschlossenen begrenzten Raum ergeben.
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Ausziehbare Gelenkwellen für Übertragungszwecke dienen bekanntlich
dazu, zwei ein Drehmoment Übertragende Wellen miteinander zu verbinden, wobei diese
Wellen zwischen sich einen festen oder variablen Winkel einschließen und sich gegeneinander
axial verlagern können.
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Im allgemeinen schwimmen diese Verbindungen in einem Schmiermittel,
Öl oder Fett, das von einer elastischen Hülse oder einem Balg umschlossen ist, deren
bzw. dessen beide Enden oder Hälse abgedichtet an einem Teil der Gelenkverbindung
befestigt sind, wobei dieses Teil mit der einen der beiden durch die Hülse oder
den Balg verbundenen Wellen fest verbunden ist.
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Daraus folgt, daß sich der Balg während des Betriebes bzw. der Beanspruchung
der Wellen nicht nur bei Winkelveränderungen der Wellen dehnen, sondern sich auch
den Änderungen in der gegenseitigen axialen Stellung der Wellen anpassen muß.
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Bei den bekannten Arten von Bälgen ist offensichtlich das Problem
der Anpassung des Balges an Längenverschiebungen der Verbindung noch nicht in zufriedenstellender
Weise gelöst worden. Es ergibt sich dadurch eine Anzahl von Schwierigkeiten bei
der Änderung des Abstandes zwischen den zu verbindenden Wellen.
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Bei der Annäherung der zu verbindenden Wellen ergibt sich entweder
ein Schmiermittelüberdruck im Inneren des Balges, was zu einer mehr oder weniger
starken Beanspruchung der Dichtungsverbindung des Balges an den miteinander verbundenen
Teilen führt und das Risiko des Entweichens von Schmiermittel mit sich bringt, oder
die Wandung des Balges wird nach außen hin aufgeweitet, oder es ergibt sich gar
eine grundlegende Änderung der Symmetriebeschaffenheit des Balges, was zur Folge
bat, daß das Anpassungsvermögen des Balges an Winkeländerungen stark verringert
wird, und das auch das Risiko einer scharfen Faltung der Wandung mit sich bringt,
woraus sich Reibungen der Balgwandung auf den Teilen der Verbindung ergeben und
den Balg durch Abnutzung oder Verschleiß außer Betrieb setzen können.
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Beim Auseinandergehen der miteinander zu verbindenden Wellen entwickelt
sich ein Schmiermittelunterdruck im Inneren des Balges, der in einem solchen Fall
Luft eintreten läßt, was bei einer späteren Annäherung der Wellen wiederum zu einer
Vergrößerung des Überdrucks mit den zuvor genannten Schwierigkeiten führt. Aus einer
Zusammendrückung der Balgwandung zu dem Inneren des Balges hin ergeben sich somit
die gleichen Schwierigkeiten, wie sie aus einer Aufweitung infolge Überdruck resultieren.
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Ein gebräuchlicher Notbehelf zur Vermeidung dieser verschiedenen Nachteile
besteht darin, daß man in dem von dem Balg umschlossenen Raum einen bestimmten Luftanteil
vorhanden sein läßt, dessen Kompressibilität die auf den Balg durch die Veränderung
des axialen Abstandes der durch die Gleitverbindung miteinander verbundenen Wellen
ausgeübte Volumenveränderung zulassen muß. Dieser Notbehelf bringt jedoch Nachteile
mit sich: Die Kompressibilität der Luft wird nur bei einem bestimmten Überdruck
wirksam, womit wiederum das Risiko von Leckverlusten verbunden ist. Unter der Wirkung
von Temperaturänderungen beim Betrieb der Verbindung in der Nähe von Bauteilen,
die höhere Temperaturen haben, oder bei dem Betrieb unter besonderen atmosphärischen
Bedingungen kann sich die in dem Balg enthaltene Luft ausdehnen und bildet so eine
zusätzliche Ursache für einen inneren Überdruck mit dem Risiko des Entweichens von
Schmiermittel, der Aufweitung und Verformung des Balges oder anderen damit verbundenen
Nachteilen. Während des Umlaufs der Verbindung wird das Schmiermittel gegen die
Wandung des Balges geschleudert, wodurch ein Mittelkern erzeugt wird, den die eingeführte
Luft einnimmt, was ein Fehlen von Schmiermittel in den Mittelteilen der Universalverbindung
zur Folge hat.
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Ziel der Erfindung ist die Schaffung von Bälgen zur Abdichtung zwischen
längs gegeneinander verschiebbaren Teilen, insbesondere für ausziehbare Gelenkwellen,
die nicht die genannten Nachteile der bekannten Bälge aufweisen und bei denen der
in ihrem Inneren herrschende Druck gleich dem Außendruck bleibt für die verschiedenen
Längenänderungen, denen der Balg während des Umlaufs der Wellen ausgesetzt sind.
Mit anderen Worten, kann das Innenvolumen des Balges konstant bleiben, während sich
die beiden Hälse des Balges einander nähern oder voneinander entfernen, ohne daß
dabei das Profil des Balges eine anormale Veränderung erfährt.
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Im Ergebnis werden innere Unterdrücke und Überdrücke vermieden, ebenso
wie das Risiko von Leckverlusten, Aufblähungen des Balges, scharfer Falten, einer
Reibung und eines Verschleißes durch Abnutzung des Balgmaterials. Andererseits kann
der Balg völlig mit Schmiermittel ausgefüllt werden, ohne daß dadurch die Längenänderungseigenschaften
beeinträchtigt werden, wodurch es auch möglich ist, daß der ganze Verbindungsmechanismus
bei ausziehbaren Gelenkwellen während seines Umlaufs beständig im Schmiermittel
schwimmt bzw. von diesem umgeben ist.
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Der elastische Balg ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß er mindestens eine Umfangsfalte großen Durchmessers, vorzugsweise nahe dem Balghals
aufweist, der an ein volumenmäßig größeres der verbundenen Teile abdichtend angeschlossen
ist, daß er mindestens eine Umfangsfalte kleinen Durchmessers, vorzugsweise nahe
dem Balghals aufweist, der an das Teil kleineren Durchmessers der verbundenen Teile,
beispielsweise einen der Zapfen eines Übertragungsgelenks, abdichtend angeschlossen
ist, und daß ein im wesentlichen kegelstumpfförmiges, im Vergleich zu den Umfangsfalten
undeformierbares Mittelteil die Verbindung zwischen den das deformierbare Teil des
Balges bildenden Umfangsfalten mit großem und kleinem Durchmesser herstellt, die
in ihrem Durchmesser so aufeinander abgestimmt sind, daß das Gesamtvolumen des Balges
bei relativen Verschiebungen der verbundenen Teile konstant bleibt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung
im Längsschnitt schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigt der obere Halbschnitt den Balg in einer Mittelstellung,
während der Balg in dem unteren Halbschnitt nach einer Längung um den Betrage dargestellt
ist.
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Der Balg nach der Erfindung kann, wie in der Zeichnung dargestellt,
beispielsweise zwei Umfangsfalten 1 großen Durchmessers D nahe dem Balghals 2 aufweisen,
der an das Teil 3 größeren Volumens der nicht in ihrer Gesamtheit dargestellten
ausziehbaren Wellengelenkverbindung abdichtend angeschlossen ist. Dieses Teil 3
ist mit einer Übertragungswelle 4 einstückig ausgeführt oder an dieser Welle fest
angebracht, die durch die Gelenkverbindung mit einer anderen Welle 5 verbunden sein
soll.
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An seinem anderen Ende besitzt der Balg zwei Umfangsfalten 6 kleineren
Durchmessers d, und zwar nahe seinem Balghals 7, der sich an das Maschinenteil wesentlich
geringeren Durchmessers, wie z. B. die Welle 5 selbst, anschließt.
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Die Faltenabschnitte des Balges sind durch einen im wesentlichen kegelstumpfförmigen
Abschnitt 8 miteinander verbunden.
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Es ist erkennbar, daß die einzigen volumenveränderbaren Bereiche im
Inneren des Balges einerseits die beiden an ihrem Umfang durch die großen Falten
1 begrenzten Hohlräume sind (Hohlräume Y und Y'
nach oben bzw. nach
unten auf der linken Seite der Zeichnung) und andererseits die an ihrem Umfang von
den kleinen Falten 6 begrenzten Hohlräume (Hohlräume v und v' nach oben bzw. nach
unten auf der rechten Seite der Zeichnung).
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Damit nach der Längung e keine Druckänderung im Inneren des Balges
eintritt, ist es erforderlich, daß sich das Gesamtvolumen des Balges nicht verändert
hat. Diese Bedingung läßt sich folgendermaßen ausdrücken Y+v= Y'+ v' oder:
Aus diesem Verhältnis kann man die Verlagerun jg des Kegelstumpfes 8 in Funktion
von der Länguns ableiten
Die Gesamtdehnung der kleinen Umfangsfalten mit dem Durchmesser d ist
e -f- j. Sie ist begrenzt durch Berücksichtigung der Ermüdungsfestigkeit
des den Balg bildenden elastomeren Materials. Es ist daher wichtig, den Maximalwert
für
zu kennen.
Diese Bedingung wird erhalten durch den Wert
maximum, woraus das Verhältnis der großen Umfangsfalten zu den kleinen Umfangsfalten
folgt.
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Es zeigt sich im übrigen, daß, wenn diese Durchmesserdifferenz der
Umfangsfalten nicht vorhanden wäre, die Längenveränderung e bei konstantem Volumen
gleich Null wäre und daß der Balg nicht die oben beschriebenen Eigenschaften haben
würde.