DE19830184C2 - Faltenbalg mit geraden Biegelinien - Google Patents
Faltenbalg mit geraden BiegelinienInfo
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Abstract
Faltenbalg mit ausschließlich geraden Biegelinien, bei dem der Falteninnenraum durch regelmäßige Polygonen dadurch gebildet wird, daß an die Eckpunkte der Polygonen gleichseitige Dreiecke mit ihren Spitzen angesetzt sind und deren Spitzen mit den Nachbardreiecken durch Geraden verbunden sind, so daß sich Vierecke mit parallel oder schrägen Linien zur Polygonlinie ergeben, wodurch der polygonförmige Falteninnenraum des Faltentals abwechselnd von gleichseitigen Dreiecken im Wechsel mit Vierecksflächen umschlossen wird, wobei die Dreiecke aus je drei kongruenten Teildreiecken bestehen und aus jedem gleichseitigen Dreieck (ABD) das äußere der drei kongruenten Teildreiecke (ACD) entfernt ist, wodurch zwei gleichschenklige Teildreiecke (ABC und BCD) spiegelbildlich als Verbindung zwischen den Vierecksflächen verbleiben, die sich bei der Auffaltung verdrehen, bis die äußere Dreieckslücke (EGF) im Scheitel einen rechten Winkel bildet und sich darunter ein 90 verschwenktes, zwischen den Schenkeln des Winkels BG-GB' gleich großes rechtwinkliges spiegelbildliches Dreieck (BGB) bildet, wobei die Auffaltung ausschließlich durch Biegung entlang gerader Linien, bei minimalem Kraftaufwand erfolgt, wenn die maximale Auffaltung einer Falte eingehalten wird.
Description
Die Erfindung betrifft einen Faltenbalg mit geraden Biegelinien.
Aus US 5,181,452 ist ein Faltenbalg bekannt, bei dem sich ungleichseitige Drei
ecke an einen kreisförmigen Innenraum anschließen oder auch Vierecke an ein
sternförmigen Polygoninnenraum anschließen. Aus JP 52-72 052 A2 sind Falten
bälge bekannt, welche regelmäßige n-polygone als Innenflächen aufweisen, wo
bei n-polygone verschiedener Ebenen gegeneinander verdreht sind.
Ein Faltenbalg aus elastomeren Werkstoffen ist aus DE 41 15 446 C1 bekannt. Die
se Art Faltenbälge werden in großen Umfang zur dichtenden Kapslung des Über
gangsbereichs zweier axial oder gelenkig miteinander verbundenen Bauteile ver
wendet, so daß verbundene Bauteile in den gekapselten Verbindungsbereichen
sowohl ihren Abstand als auch die Winkellage ändern können. Dabei sind wegen
des Aufbaus aus axial entgegengesetzt orientierten, hohl kegelstumpfförmigen
Wandungsteilen hohe Spannungen und Verformungskräfte erforderlich, weil sich
diese Faltenflächen hierbei in Form und Größe beim Auffalten verändern - z. B.
von einer Kreisringfläche in eine Mantelfläche eines Kegelstumpfes. Für gleiche
Aufgaben in der Feinwerktechnik und Anwendungen mit innerer
Druckbeaufschlagung z. B. als Stellglied und bei Pumpen sind solche hohen Ver
formungskräfte störend und sehr nachteilig, weil dadurch zumindest bei axialen
und lateralen Auffaltungen hohe Federwirkungen auftreten und die Lebensdauer
eingeschränkt wird.
Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, einen Faltenbalg so zu gestalten,
daß in diesem bei axialer und auch lateraler Faltung durch innen oder außen an
setzenden Zug- und Druckkräfte oder durch Volumen- oder Druckänderung der
im Faltenbalg befindlichen oder umgebenden gasförmigen oder flüssigen Medien
nur geringe Federwirkungen auftreten, weil die an der Faltung beteiligten Flächen
in Form und Größe unverändert bleiben und nur an den Biegekanten geringe Bie
gekräfte auftreten.
Diese Aufgabe wird gelöst, durch die erfindungsgemäße geometrische Gestal
tung des Faltenbalges gemäß der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
Der erfindungsgemäße Faltenbalg eignet sich ganz besonders zu Anwendungen
als Gasdruckfeder, Stellglied oder Pumpe, wobei der Faltenbalg beim Auffalten
durch innere Druckbeaufschlagung Gasvolumina aufnimmt, ohne daß der Innen
druck im Faltenbalg bedeutend über den herrschenden Außendruck ansteigt.
Dabei können aufgrund der erfindungsgemäßen Formgestaltung größte axiale
und laterale Auffaltungen bei sehr hohen Lastwechselraten realisiert werden.
Im Gegensatz zum Stand der Technik bleiben beim erfindungsgemäßen Falten
balg beim Auffalten alle den Faltenbalg bildenden Flächen Form und Größe im
Faltbereich bis zur maximalen Auffaltung unverändert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in den beigefügten Zeich
nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Gleiche oder einander
entsprechende Teile sind in den verschiedenen Beispielen mit übereinstimmen
den Bezugszahlen bezeichnet.
Fig. 1 zeigt einen geschlossenen Faltenbalg auf der Grundlage eines re
gelmäßigen Sechs-Kants.
Fig. 2 zeigt den Schnitt C-D einer Eckfalte im aufgefalteten Zustand.
Fig. 3 zeigt den Schnitt A-B einer axialen Falte.
Fig. 4 zeigt die Vorderansicht eines aufgefalteten Faltenbalges mit regel
mäßigen, sechskantigen Falteninnenraum.
Fig. 5 zeigt von Fig. 4 den Schnitt A-B im gefalteten Zustand.
Fig. 6 zeigt von Fig. 4 die Seitenansicht.
Fig. 7 zeigt von Fig. 4 den Schnitt A-B in gefalteten Zustand.
Fig. 8 zeigt einen erfindungsgemäßen Sechs-Kant-Faltenbalg im halbauf
gefalteten Zustand.
Fig. 9 zeigt von Fig. 8 den maximal aufgefalteten Zustand (Fmax).
Fig. 10 zeigt die Draufsicht auf einen unregelmäßigen
Sieben-Kant-Faltenbalg.
Fig. 11 zeigt die geometrischen Zusammenhänge zur Ableitung des Faktors
(0,8165) zur Berechnung der maximalen Auffaltung in Abhängigkeit
von der Seitenlänge (a) bei Anwendung von gleichseitigen Dreiec
ken (ABD).
Fig. 12 zeigt die Draufsicht auf einen maximal aufgefalteten Faltenbalg, bei
dem die auf den Polygonenecken befestigten Dreiecke (ABD) sich
in den Eckpunkten (D1A2) überdecken wodurch eine dreieckige Fal
te gebildet wird.
Fig. 1 zeigt eine geschlossene Falte eines regelmäßigen Sechs-Kant-Falten
balgs, die aus Drei- und Vierecksflächen gemäß Anspruch 1 zusammengesetzt
ist. Im geschlossenen Zustand liegen beide Falten eben aufeinander.
Die Verbindung zwischen den 6 Polygonecken (1-6) sind Geraden, die den Fal
tengrund (7) bilden. Die darüber liegenden parallelen oder schrägen Geraden bil
den die Faltenscheitel (8). Durch die auf den Polygonenpunkten (1-6) stehenden
gleichseitigen Dreiecke (ABD) werden Faltengrund (7) und Faltenscheitel (8) zu
einem Viereck verbunden; wenn sich aber die Dreieckspunkte (A; D) mit denen
(D, A) des Nachbardreiecks überlagern entstehen Dreiecke (B1, D1, B2).
Bei der Auffaltung bleibt der Winkel zwischen den Schenkeln (AB-BD) konstant.
Durch Wegnahme des Dreiecks (ACD) entstehen die Dreiecke ABC und (AB'C)
sowie BCD und (B'CD). Die Werte in Klammer sind für die gegenüberliegende
Faltenseite. Die maximale Auffaltung ergibt sich bei der Umformung der vorge
nannten Dreiecke in die Dreiecke BEG und (B'EG bzw. BFG und (B'FG). Wobei
sich der Punkt (C) bei der Auffaltung in Richtung G, also immer in der Symmetrie
achse der Falte bewegt. Die maximale Auffaltung (Fmax) ist erreicht, wenn der
Winkel zwischen den Schenkeln (EG-GF) ein rechter Winkel = 90° wird und da
bei auf einem kongruenten, spiegelbildlich um 90° verdrehten Dreieck (B'GB =
90°), gemäß Fig. 2 zu stehen kommt. Von der Faltung aus Position, Falten an
einanderliegend, bis zur maximalen Auffaltung (Fmax) treten bei axialer Auffal
tung ausschließlich Biegungen um gerade Linien auf, wobei sich die aus Drei-
und Vierecksflächen zusammengesetzten Falten verschwenken und dabei Form
und Größe beibehalten. Dadurch ergibt sich eine kraftsparende Funktion des
Faltenbalges woraus sich eine hohe Lastwechselzahl bei langer Lebensdauer
des Faltenbalges ableiten läßt.
Fig. 2 zeigt den Schnitt C-D aus Fig. 1. Hieraus ist gut zu erkennen, daß der
gemeinsame Dreieckspunkt (C) der spiegelbildlich verbundenen Dreiecke (ABC)
und (BCD) beim Auffalten in Richtung Polygon bis (G) wandet Stellung (G) bil
den die Schenkel B'G mit GB einen rechten Winkel.
Fig. 3 zeigt die gesamte Falte aus Fig. 1 aufgefaltet in einem Schnitt A-B. Hier
aus ist zu ersehen, daß die Innenabmessungen (S) des Faltenbalges bei Auffal
tung konstant bleiben und nur die Außenabmessungen zwischen (S'min-S'max)
verändert werden.
Fig. 4 zeigt eine weitere 6-Kant-Falte in der Vorderansicht. Der regelmäßige Po
lygon (1-6), ein regelmäßiger 6-Kant, bildet den Innenraum des Faltenbalges.
Fig. 5 zeigt die Falte von Fig. 4 im Schnitt A-B aufgefaltet. Es ist hier darge
stellt, daß die Biegekanten je nach Werkstoffart gerundet ausgeführt werden
können.
Fig. 6 zeigt die aufgefaltete, links verschwenkte Seitenansicht Fig. 4.
Fig. 7 zeigt die zusammengelegte Falte im Verbund von 5 Falten. Anschlußteile
wie Bunde oder Flansche sind nicht dargestellt.
Fig. 8 und 9 zeigen die Ausführung der in Fig. 4 dargestellten Faltenbalgs in
kleinen Abmessungen in den Positionen halb bis ganz geöffnet.
Fig. 10 zeigt das Beispiel eines Faltenbalgs, der auf einem unregelmäßigen
7-Kant basiert.
Fig. 11 zeigt die Ableitung des Faktors, zur Berechnung der maximalen Auffal
tung (Fmax) = 0,8165 multipliziert mit der Seitenlänge (a) bei Anwendung von
gleichseitigen Dreiecken (ABD) als Faltenbestandteil.
Beim Auffalten verschwenken die Dreiecke ABC und DBC, d. h. der Punkt (C)
läuft mit dem Faltenberg (8) und senkt sich dabei bis er die Position (G) ein
nimmt. Die Position G ist erreicht, wenn die Seiten (b) bzw. (b') einen rechten
Winkel bilden. Bis zur maximalen Auffaltung bleiben dabei die Dreiecks- und
Viereckflächen der Faltenseiten in Form und Größe konstant. Der Faltenwerkstoff
wird dabei im Bereich bis zur maximalen Auffaltung nur an der Biegelinie auf Bie
gung beansprucht.
- 1. Aus Dreieck I. folgt: b = a/2 × 1/Cos30°
- 2. Aus Dreieck II. folgt: χ = b' × Cos45°
wobei: b' = b - 3. Aus den Fig. 1 bis 3 folgt: Fmax = 2χ
Fmax = 0,8165 × a.
Fig. 12 zeigt anhand eines auf einem regelmäßigen 12-Kants aufgebauten Fal
tenbalges, daß bei entsprechender Geometrie, d. h. kleine Kantenlänge des Drei
ecks (ABD) im Verhältnis zur Polygonenseiten, dreieckige Falten gebildet werden
können, wenn sich die Dreieckspunkte (D1) mit den Nachbardreieckspunkten
(A2) überlagern.
Der anhand der Figuren dargestellte Aufbau des erfindungsgemäßen Faltenbalgs
erlaubt einen Faltungsablauf in den Grenzen "Falten geschlossen" bis "Falten
maximal aufgefaltet", d. h. Auffaltung bis Fmax. Bei Anwendung von gleichseitigen
Dreiecken (ABD) ergibt sich Fmax = 0,8165 multipliziert mit der Seitenlänge (a).
Beim Falten des Faltenbalges innerhalb dieser Grenzen wird das Faltenmaterial
an den Biegelinien durch Biegung beansprucht, wodurch geringe Zug- oder
Druckkräfte bzw. geringe Druckunterschiede für den Faltvorgang erforderlich
sind. Zur Anwendung als Stellglied erlaubt dieses Verhalten z. B., daß ein Meßta
ster mit annähernd gleichen Innenüberdruck auf verschieden Meßtiefen ange
stellt werden kann.
Dieses materialschonendes Verhalten ergibt bei Erreichung hoher Faltungszah
len eine lange Lebensdauer für erfindungsgemäße Faltenbälge.
Claims (12)
1. Faltenbalg mit ausschließlich geraden Biegelinien aus einer oder mehreren
Faltungen (F1. .Fn) bestehend, bei dem der Falteninnenraum durch regelmä
ßige Polygonen (Vielecken) dadurch gebildet wird, daß an die Eckpunkte der
Polygonen gleichseitige Dreiecke mit ihren Spitzen angesetzt sind und deren
andere Spitzen mit den Nachbardreiecken durch Geraden verbunden sind, so
daß sich Vierecke mit Parallelen oder schrägen Linien zur Polygonenlinie er
geben, wodurch der polygonenförmige Falteninnenraum des Faltentals ab
wechselnd von gleichgroßen oder unterschiedlich großen gleichseitigen Drei
ecken im Wechsel mit Vierecksflächen umschlossen wird, wobei die Dreiecke
aus je drei kongruenten Teildreiecken bestehen und aus jedem gleichseitigen
Dreieck (ABD) das äußere der drei kongruenten Teildreiecke (ACD) entfernt
ist wodurch zwei gleichschenklige Teildreiecke (ACB und DBC) spiegelbild
lich als Verbindung zwischen den Vierecksflächen verbleiben, die sich bei der
Auffaltung verdrehen, bis die äußere Dreieckslücke (EGF) im Scheitel einen
rechten Winkel bildet und bis sich darunter ein 90° verschwenktes, zwischen
den Schenkeln des Winkels BG-GB' gleich großes, rechtwinkeliges spiegel
bildliches Dreieck (BGB') bildet, wobei die Auffaltung zwischen (Fmin = ge
schlossen) und (Fmax = aufgefaltet) ausschließlich durch Biegung entlang
gerader Linien, bei minimalen Kraftaufwand erfolgt, wenn die maximale Auf
faltung einer Falte (Fmax) bei 0,8165 (a), der Seitenlänge des Dreiecks
(ABD) eingehalten wird.
2. Faltenbalg mit ausschließlich geraden Biegelinien aus einer oder mehreren
Faltungen (F1. .Fn) bestehend, bei dem der Falteninnenraum durch regelmä
ßige oder unregelmäßige, geschlossene oder offene Polygonen (Vielecken)
dadurch gebildet wird, daß an die Eckpunkte der Polygonen gleichseitige
Dreiecke mit ihren Spitzen angesetzt sind und deren andere Spitzen mit den
Nachbardreiecken direkt verbunden sind, so daß sich Dreiecke mit
Grundlinien zur Polygonenlinie ergeben, wodurch der polygonenförmige Fal
teninnenraum des Faltentals abwechselnd von Dreiecken umschlossen wird,
wobei die an ihren Spitzen mit den Polygoneckpunkten verbundenen Dreiec
ke aus je drei kongruenten Teildreiecken bestehen und aus jedem gleichseiti
gen Dreieck (ABD) das äußere der drei kongruenten Teildreiecke (ACD) ent
fernt ist wodurch zwei gleichschenklige Teildreiecke (ACB und DBC) spiegel
bildlich als Verbindung zwischen den Vierecksflächen verbleiben, die sich bei
der Auffaltung verdrehen, bis die äußere Dreieckslücke (EGF) im Scheitel ei
nen rechten Winkel bildet und bis sich darunter ein 90° verschwenktes, zwi
schen den Schenkeln des Winkels BG-GB' gleich großes, rechtwinkeliges
spiegelbildliches Dreieck (BGB') bildet, wobei die Auffaltung zwischen (Fmin
= geschlossen) und (Fmax = aufgefaltet) ausschließlich durch Biegung ent
lang gerader Linien, bei minimalen Kraftaufwand erfolgt, wenn die maximale
Auffaltung einer Falte (Fmax) bei 0,8165 (a), der Seitenlänge des Dreiecks
(ABD) eingehalten wird.
3. Faltenbalg mit geraden Biegelinien, der aus einer oder mehreren Faltungen
besteht, bei dem der Faltengrund durch Polygonen dadurch gebildet ist, daß
an die Polygonenecken Dreiecke mit einem Eckpunkt (B) angesetzt sind und
deren beiden anderen Eckpunkte (A, D) mit den benachbarten Eckpunkten
(A, D) der Nachbardreiecke verbunden sind, so daß sich Vierecke mit parallel
oder schräg zur Polygonenlinie verlaufenden Kanten oder Dreiecke ergeben,
wodurch auf den Polygonenseiten befindliche Faltenseiten im Wechsel aus
Dreiecks- und Vierecks- oder Dreiecksflächen gebildet sind, wobei aus jedem
Dreieck (ABD), das äußere dar drei Innen-Dreiecke (ACD) entfernt ist, wo
durch zwei Dreiecke (ABC und BCD) spiegelbildlich als Verbindung zwischen
den Dreiecks- oder Vierecksflächen verbleiben, die durch die Auffaltung ver
schwenkt werden.
4. Faltenbalg mit geraden Biegelinien, der aus einer oder mehreren Faltungen
besteht, die ihrerseits zwei Faltenseiten aufweisen und bei denen der Falten
grund (7) durch ein Polygon (Vieleck) gebildet ist, wobei an die Polygonenec
ken Vierecke (ABDC) nur mit einem Eckpunkt (B) angesetzt sind, in denen
der Winkel an jener Ecke (C), welcher der Polygonenecke (B) gegenüberliegt,
größer als 180° ist, und die beiden der jeweiligen Polygonenecke (B) benach
barten Ecken (A; D) des Vierecks mit den entsprechenden benachbarten Ec
ken (D, A) der benachbarten Vierecke entweder zusammenfallen, oder durch
eine geradlinige Kante (8) verbunden sind, wobei die Faltenseiten abwech
selnd am Polygon und an ihren äußeren Rändern miteinander verbunden
sind.
5. Faltenbalg nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß er aus Elastomeren oder Thermoplasten oder Verbundwerk
stoffen, welche Elastomere oder Thermoplaste enthalten, hergestellt werden
kann.
6. Faltenbalg nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß er durch Blas- oder Spritzformung aus thermoplastischen Werkstof
fen hergestellt ist.
7. Faltenbalg nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß er aus Einzelteilen zusammengesetzt ist, die zu Falten ver
schweißt oder verklebt sind.
8. Faltenbalg nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß der die drei- und viereckigen Faltenteile verbindende Dreiecks
verbund (ABC, BCD) aus gleichschenkligen Dreiecken erstellbar ist.
9. Faltenbalg nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Auf- oder Zufaltung des Faltenbalgs durch Zug- oder
Druckkräfte oder durch Volumen- oder Druckänderung im Inneren des Falten
balgs befindlicher gasförmiger oder flüssiger Medien oder durch Volumen-
oder Druckänderungen in umgebenden äußeren Medien erfolgen kann.
10. Faltenbalg nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Falten am Faltenberg (8) und im Faltengrund (7) direkt mit
einander verbunden sind.
11. Faltenbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Falten am Faltenberg (8) und im Faltengrund (7) mit parallelen oder
schiefen Verbindungsstreifen aneinander befestigt sind.
12. Faltenbalg nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Poly
gonen (7) mit Eckpunkt (B) angesetzten Dreiecke (ABD) gleichseitig oder un
gleichseitig sind.
Priority Applications (1)
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DE19830184A DE19830184C2 (de) | 1997-07-08 | 1998-07-06 | Faltenbalg mit geraden Biegelinien |
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DE19729148 | 1997-07-08 | ||
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DE19830184A1 DE19830184A1 (de) | 1999-02-25 |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: F16J 3/04 |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: KLEMM, CHRISTINE GERTRUD MARIA, 72250 FREUDENSTADT |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: BAUER, GERD DIETER, LEMBACH, FR |
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Representative=s name: SERWE, K., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 54290 TRIER |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee | ||
8370 | Indication of lapse of patent is to be deleted | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Representative=s name: MOSELPATENT TRIERPATENT, 54290 TRIER |
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Representative=s name: PATENTANWAELTE SERWE & DR. WAGNER, 54290 TRIER |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20130201 |