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Die Erfindung betrifft einen Faltenbalg zum Abdecken von Maschinenelementen oder dergleichen mit einer Mehrzahl von Stützrahmen, welche von einem flexiblen Balgmaterial überdeckt werden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Ausführungsformen eines Faltenbalgs bekannt. Der Faltenbalg wird hierbei zunächst von einem flexiblen beim Zusammenschieben faltbaren Balgmaterial gebildet. Die Formgebung des Faltenbalgs wird hierbei anhand der abzudeckenden Maschinenelemente gewählt. In aller Regel stellt sich regelmäßig das Problem, dass der Faltenbalg einen größeren Bereich der abzudeckenden Maschinenbereiche frei überspannen soll. Zur Abstützung des ansonsten vorwiegend labilen Balgmaterials werden hierzu sich quer zur Bewegungsrichtung erstreckende Stützrahmen eingesetzt, welche vom Balgmaterial überspannt werden und verschiebbar an der abzudeckenden Maschine gelagert sind.
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In Abhängigkeit von der Stützweite und dem für die Stützrahmen zur Verfügung stehenden Bauraum stellt sich mitunter das Problem der hinreichenden Biege- und Windungssteifigkeit der einzelnen Stützrahmen bei aufliegendem Balgmaterial. In diesem Fall werden bei der Auslegung des Stützrahmens regulär eine entsprechende Materialwahl sowie eine Verdickung des Stützrahmens in Betracht gezogen. Im ersten Fall führt ein Material höherer Steifigkeit bzw. Festigkeit in aller Regel jedoch ebenso zum Problem eines höheren Gewichts sowie deutlich höherer Herstellungskosten beispielsweise bei Ausführung des Stützrahmens in Stahl anstatt in Kunststoff. Die Erhöhung der Materialdicke ist gleichfalls mit höherem Gewicht und höheren Herstellungskosten verbunden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Biegesteifigkeit der Stützrahmen zu verbessern und hierbei die Nachteile der bekannten Ausführungen zu vermeiden.
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Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der gattungsgemäße Faltenbalg dient zunächst einmal zum Abdecken von Maschinenelementen oder dergleichen. Diesbezüglich ist es unerheblich, welche genaue Verwendung der Faltenbalg findet, wobei jedoch grundlegend das Problem gegeben ist, dass der Faltenbalg eine freie Weite zwischen zwei möglichen Auflageflächen am Maschinenelement überspannen soll. Hierzu weist der Faltenbalg eine Mehrzahl von zueinander beweglichen Stützrahmen auf. Zumindest zwischen jeweils zwei Stützrahmen sind Balgabschnitte angeordnet, die von einem flexiblen Balgmaterial gebildet werden. Die Balgabschnitte sind hierbei mit den Stützrahmen verbunden, wobei die Art der Befestigung zunächst unerheblich ist. Dieses Balgmaterial kann beim Zusammenschieben des Faltenbalgs zusammengefaltet bzw. beim Auseinanderziehen gestreckt werden.
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Relevant für die Betrachtung der erfindungsgemäßen Ausführung ist weiterhin das Vorhandensein zumindest eines Schenkels beim Stützrahmen. Insbesondere tritt bei einem gattungsgemäß in aller Regel vorhandenen langgestreckten Schenkel die Problematik auf, dass die hinreichende Biegesteifigkeit nur durch eine Erhöhung der Materialdicke des gesamten Stützrahmens oder durch Auswahl eines hochfesten Materials erzielt werden kann.
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Zur Lösung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Schenkel zumindest abschnittsweise entlang seiner Längskante abgekantet ist. Dieses führt zu einem Herstellungsverfahren, bei dem zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stützrahmens ein zumindest abschnittsweise ebenes Flachmaterial gewählt wird, wobei der abgekantete Abschnitt des Schenkels durch Biegen des Flachmaterials entlang einer Biegekante erzeugt wird.
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Durch die erfindungsgemäße Ausführung erhöht sich die Biegesteifigkeit des Stützrahmens beim Schenkel mit der Abkantung und in Folge reduziert sich die Biegespannung ohne unnötigen Aufwand. Ein unnötiger Mehraufwand an Material wird vermieden, da nur derjenige Bereich des Stützrahmens mit der Abkantung versehen werden muss, der einer höheren Belastung ausgesetzt ist. Somit wird ohne vergleichbaren Mehraufwand durch Wahl eines höherfesten Materials oder einer kompletten Erhöhung der Materialstärke des Stützrahmens ein hochsteifer Stützrahmen zur Stützung des Balgmaterials gebildet.
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Die Erstreckung der Abkantung ausgehend von der durch die Abkantung gebildeten Biegung des Ausgangsmaterials ist zunächst unerheblich und kann sich zunächst nach den Erfordernissen hinsichtlich der notwendigen Biegesteifigkeit richten. Insofern kann es hinreichend sein, wenn die Abkantung lediglich aus einer Biegung besteht, ohne dass sich ein flächiger Abschnitt anschließt. Weiterhin kann der flächige Abschnitt, der sich an die durch die Abkantung entstehende Biegung anschließt, zunächst beliebig konturiert sein, wobei auch in diesem Fall die Formgebung, d. h. insbesondere die Erstreckung ausgehend von der Abkantung, anhand der notwendigen Biegesteifigkeit, festgelegt werden kann.
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Die Abkantung kann zunächst beliebig gestaltet werden, wobei in jedem Fall eine Verbesserung der Biegesteifigkeit erzielt wird. Insofern ist es beispielsweise möglich, die eine L-förmige Abkantung vorzusehen. Vorteilhaft sind zumindest Biegewinkel von mindestens 90°, wobei Biegewinkel von beispielsweise 120° oder 150° einsetzbar sind.
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Unter Berücksichtigung des durch die Abkantung notwendigen Platzbedarfs, insbesondere beim Zusammenschieben des Faltenbalgs, ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn die Abkantung zu einem im Wesentlichen vollständigen Umfalten des abgekanteten Abschnitts führt, wobei folglich der Biegewinkel circa 180° beträgt.
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Ausgehend einer beispielsweise plattenförmigen Ebene des Stützrahmens entsteht im abgekanteten Abschnitt ein 2-lagiger Abschnitt am entsprechenden Schenkel des Stützrahmens, wobei die beiden Lagen des 2-lagigen Abschnitts über eine geradlinige Biegekante miteinander verbunden sind.
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Durch die besonders vorteilhafte Ausführung erhöht sich die Biegesteifigkeit des Stützrahmens beim Schenkel mit der Abkantung im Gegensatz zur 1-lagigen Ausführung erheblich, da nunmehr zwei Lagen des Flachmaterials die entsprechenden auftretenden Lasten vom Balgmaterial aufnehmen können und eine deutliche Reduzierung der Biegespannungen ohne unnötigen Aufwand möglich wird. Ein unnötiger Mehraufwand an Material wird vermieden, da diejenigen Bereiche des Stützrahmens, welche außerhalb des entsprechend belasteten Schenkels liegen, nicht 2-lagig ausgeführt werden müssen. Somit kann besonders kostengünstig ein hochsteifer Stützrahmen zur Stützung des Balgmaterials eingesetzt werden.
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Hierbei bedarf es nicht notwendigerweise einer vollständigen flächigen Anlage der zwei Lagen des 2-lagigen Abschnitts aneinander. In Abhängigkeit von den Biegemöglichkeiten und dem Materialverhalten ist es ebenso hinreichend, wenn beispielsweise die zwei Lagen mit einem geringen Abstand, welcher vorteilhaft kleiner als die Materialstärke ist, parallel zueinander gefaltet sind. Ebenso ist es uneingeschränkt möglich, die abgekantete zweite Lage eben, jedoch mit minimalem Winkel zur ersten Lage anzuordnen, wobei der innere Biegeradius der Abkantung beispielsweise der Materialstärke entspricht und die der Biegekante gegenüberliegende Kante der zweiten Lage auf der ersten Lage zum Liegen kommt, d. h. sich der 2-lagige Abschnitt von der gegenüberliegenden Kante zur Biegekante hin geringfügig V-förmig weitet.
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Zur Erzielung einer hohen Steifigkeit ist es grundsätzlich vorteilhaft, wenn sich die Abkantung im Wesentlichen über die gesamte Längskante des Schenkels erstreckt. Hierdurch gestaltet sich die Herstellung des Stützrahmens mit einer Abkantung besonders einfach.
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Zur Reduzierung der Biegespannung im Schenkel erstreckt sich in besonders vorteilhafter Weise die Abkantung entlang der Biegekante über die mehrheitliche Länge des langgestreckten Schenkels. Bei außen liegender Abstützung eines freien Biegeträgers ist bekanntlich das Biegemoment im mittleren Bereich am höchsten und im Bereich der Auflage am geringsten, d. h. normalerweise Null. Somit ist es in einer vorteilhaften Ausführung hinreichend, den abgekanteten Abschnitt im mittleren Bereich des langgestreckten Schenkels vorzusehen und zu den Enden des langgestreckten Schenkels entweder die Abkantung im Umfang zu reduzieren und/oder zum Ende hin ganz entfallen zu lassen.
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In einer besonderen Ausführungsform weist der Balgabschnitt zumindest zwei winklig zueinander angeordnete Faltkanten auf, welche einen Faltschnittpunkt bilden. Dies tritt regelmäßig auf, sobald am Maschinenelement zumindest zwei Seiten abzudecken sind. Diese Ausführungsform des Balgabschnitts führt automatisch zur Problematik, dass im zusammen geschobenen Zustand des Faltenbalgs sich im Bereich des Faltschnittpunkts ein zwickelartiger Überlappungsbereich des Balgmaterials ausbildet, in dem mehrere Lagen des Balgmaterials übereinanderliegen. In Verbindung mit der im Stand der Technik vielfach eingesetzten Erhöhung der Materialstärke zur Gewährleistung der notwendigen Biegesteifigkeit führt dies weiterhin zu dem Problem, dass hierdurch die in der komprimierten Stellung des Faltenbalgs erforderliche Baulänge unmittelbar vergrößert wird.
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In diesem Überlappungsbereich wird in besonders vorteilhafter Weise beim Schenkel der Stützrahmen ohne Abkantung ausgeführt. Dies ist hinsichtlich der auftretenden Biegespannungen in aller Regel unproblematisch, da sich der Überlappungsbereich an dem Ende des Schenkels befindet, an dem wiederum regelmäßig die geringsten Biegespannungen auftreten. Somit wird trotz Vorhandensein der Abkantung am Schenkel eine im Wesentlichen unveränderte Komprimierung des Faltenbalgs gewährleistet.
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In Abhängigkeit von der Lagerung des Stützrahmens sowie von der Lastverteilung kann es jedoch ebenso vorteilhaft sein, wenn zwei nebeneinander angeordnete abgekantete Abschnitte an der Längskante des Schenkels vorgesehen sind.
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Hierbei kann es des Weiteren vorteilhaft sein, wenn die beiden nebeneinander angeordneten abgekanteten Abschnitte zu verschiedenen Seiten des flächigen Stützrahmens, d. h. in entgegen gesetzter Richtung abgekantet sind.
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Zur Realisierung der Stützrahmen wird in besonders vorteilhafter Weise ein plattenförmiges thermoplastisches Kunststoffmaterial eingesetzt, wobei die Abkantung durch Warmumformung hergestellt ist. Das heißt, dass das Plattenmaterial in einem Umformprozess nach Erwärmung eines Biegebereichs durch Abkanten bzw. Biegen gebogen wird. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Stützrahmen aus dem Kunststoffmaterial PVC hergestellt wird.
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Somit erweist sich die erfindungsgemäße Ausführungsform hinsichtlich des Herstellungsaufwands als besonders kostengünstig, da als Ausgangsmaterial ein ebenes kostengünstiges Flachmaterial eingesetzt werden kann, welches in vorteilhafter Weise lediglich entlang einer geradlinigen Biegekante abzukanten ist.
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Zur Erhöhung der Biegesteifigkeit sowie der Torsionssteifigkeit ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die zwei Lagen des 2-lagigen Abschnitts an mehreren Stellen mittels Schweißen und/oder Kleben miteinander verbunden sind. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn diese entsprechenden Schweißpunkte bzw. Klebepunkte beabstandet zur Biegekante angeordnet sind.
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Bei der Realisierung des 2-lagigen Abschnitts ist es weiterhin vorteilhaft, wenn eine untere Lage des Stützrahmens sich über die gesamte Größe des Stützrahmens erstreckt, wobei sich folglich die obere abgekantete Lage des abgekanteten Abschnitts am Stützrahmen sich über die Größe der Abkantung erstreckt. Hierbei weist die obere Lage des 2-lagigen Abschnitts eine von der Biegekante beabstandete Randkante, d. h. eine der Biegekante gegenüberliegende Kante der oberen Lage, auf. Diese Randkante befindet sich bei Betrachtung des Stützrahmens in Bewegungsrichtung des Faltenbalgs innerhalb der Fläche der unteren Lage. Hierdurch wird verhindert, dass im Biegeprozess zur Herstellung der oberen Lage eine erhöhte Präzision erforderlich wird, so dass die exakte Lage der Randkante unerheblich ist.
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Erfindungsgemäß ist es zunächst unerheblich, an welcher Längskante des betrachteten Schenkels des Stützrahmens die Abkantung vorgesehen ist. Naheliegend wird eine Längskante ausgewählt, bei der die Abkantung Ziel führend zu einer Erhöhung der Biegesteifigkeit und/oder Torsionssteifigkeit beitragen kann. Unter Berücksichtigung der Befestigung des Balgmaterials am Stützrahmen kann in einer ersten vorteilhaften Ausführung die Abkantung an derjenigen Längskante des Schenkels erfolgen, an der das Balgmaterial befestigt ist. Besonderer Vorteil ist hierbei, dass sich bei einer vorteilhaften Abkantung um 180° das Balgmaterial über eine abgerundete Oberfläche des Stützrahmens im Bereich der Abkantung erstreckt, womit eine Schädigung des Materials durch eine ansonsten möglicherweise scharfkantige Ausführung vermieden wird.
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In einer alternativen Ausführung ist es ebenso vorteilhaft möglich, die Abkantung an derjenigen Längskante des Schenkels des Stützrahmens vorzusehen, welcher gegenüber einer anderen Längskante liegt, wobei an der anderen Längskante die Befestigung des Balgmaterials erfolgt. Besonderer Vorteil bei dieser Ausführung ist es, dass die Abkantung nicht zusätzlich im Bereich der Befestigung des Balgmaterials die Dicke erhöht. Dieses verhindert eine unnötige Einschränkung beim Zusammenschieben des Faltenbalgs.
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Unabhängig von den beiden zuvor aufgezeigten Alternativen zur Anordnung der Abkantung im Bezug auf die Befestigung des Faltenbalgs wird die Biegesteifigkeit des Stützrahmens vorteilhaft verbessert. Eine weitere Steigerung der Biegesteifigkeit des Stützrahmens kann erzielt werden, wenn in besonders vorteilhafter Weise an beiden gegenüberliegenden Längskanten des Schenkels eine Abkantung angeordnet wird. Hierbei ist es wiederum vorteilhaft, wenn sich bei Abkantungen um circa 180°, d. h. einem Falten zu zwei 2-lagigen Abschnitten, die abgekanteten Abschnitte der beiden Abkantungen nicht überdecken, so dass keine doppelte Materialaufdickung im mittleren Bereich zwischen den beiden Biegekanten der beiden Abkantungen entsteht.
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Hinsichtlich der Ausführung der Balgabschnitte ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn mehrere oder alle Balgabschnitte aus einem durchgehenden Balgmaterial hergestellt sind. Hierbei überdeckt das Balgmaterial die Biegekante am Stützrahmen, wobei zumindest an mehreren, vorteilhaft an allen, Stützrahmen eine Befestigung des Balgmaterials am Stützrahmen erfolgt. Wie die Befestigung erfolgt, ist hierbei zunächst unerheblich, wobei die üblichen bekannten Lösungen, wie z. B. mittels Nähen, einsetzbar sind.
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Durch die erfindungsgemäße Abkantung des Stützrahmens eröffnet sich die vorteilhafte Möglichkeit, das Balgmaterial an der Biegekante mittels einer Klemmschiene oder dergleichen zu befestigen. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn beim Biegen des plattenförmigen Materials zum 2-lagigen Abschnitt an der Biegekante eine wulstförmige Verdickung gebildet wird. Diese Verdickung ermöglicht es, dass eine Klemmschiene, eine Klammer oder dergleichen einen sicheren Halt des die Stützrahmen überdeckenden Balgmaterials gewährleistet.
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In den nachfolgenden Figuren wird eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Faltenbalgs skizziert.
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Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Faltenbalg;
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2 das Balgmaterial des Faltenbalgs;
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3 den Stützrahmen des Faltenbalgs;
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4 das Plattenmaterial zur Herstellung des Stützrahmens.
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In 1 wird eine exemplarische Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Faltenbalgs 01 skizziert. Zu erkennen ist zunächst einmal die übliche Gestalt eines Faltenbalgs 01, welcher eine Mehrzahl von Balgabschnitte 02 aufweist, welche gemeinsam von einem flexiblen Balgmaterial gebildet werden. Wie üblich weist der Balgabschnitt 02 des Faltenbalgs 01 eine Faltkante 03 auf. Weiterhin zu erkennen ist der sich aufgrund der beispielhaften abgewinkelten Ausführungsform des Faltenbalgs 01 beim Zusammenschieben des Faltenbalgs 01 bildende Überlappungsbereich 04 im Eck des Balgabschnitts 02.
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Abgestützt wird der Balgabschnitt 02 vom Stützrahmen 11, welcher beim langgestreckten Schenkel 12 einen 2-lagigen Abschnitt 13 aufweist, dessen zwei Lagen 15, 17 an der oberen Seite über eine Biegekante 14 verbunden sind.
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In der 2 sind nochmals die aus einem zusammenhängenden Balgmaterial gebildeten Balgabschnitte 02 der 1 skizziert.
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In der 3 ist der neuartige Stützrahmen 11 dargestellt, dessen langgestreckter Schenkel 12 die besondere erfindungsgemäße Ausführungsform umfasst. Hierzu weist der Stützrahmen 11 einen 2-lagigen Bereich 13 am langgestreckten Schenkel 12 auf, wobei die zwei Lagen des 2-lagigen Abschnitts 13 von einer unteren Lage 15 und einer oberen Lage 17 gebildet werden. Die zwei Lagen 15, 17 sind hierbei über die Biegekante 14 miteinander verbunden. Weiter zu erkennen ist, dass eine Randkante 18 der oberen Lage 17 innerhalb der Fläche der unteren Lage 15 beabstandet zum Rand 16 der unteren Lage 15 angeordnet ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei Ungenauigkeiten durch den Biegeprozess der vorgegebene Abstand zum Maschinenelement durch den genauer herstellbaren unteren Rand 16 bestimmt wird und nicht durch die möglicherweise aufgrund von Biegetoleranzen schwankende Randkante 18. Weiterhin dargestellt sind exemplarisch mehrere Schweißpunkte 19 zur Verbindung der unteren Lage 15 mit der oberen Lage 17 zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit sowie der Biegesteifigkeit beabstandet zur Biegekante.
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In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich der 2-lagige Abschnitt 13 mit der Biegekante 14 nicht über die gesamte Länge des langgestreckten Schenkels 12, sondern vielmehr werden die Randbereiche 1-lagig ausgeführt. Somit wird gewährleistet, dass im Überlappungsbereich 04 der Balgabschnitte 02 keine Einschränkungen beim Zusammenschieben des Faltenbalgs 01 entstehen.
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In der 4 wird das Flachmaterial 21 zur Herstellung des Stützrahmens 11 skizziert. Zu erkennen ist, dass sich die obere Lage 17 des Stützrahmens 11 im Ausgangsmaterial oberhalb der unteren Lage 15 getrennt durch einen Biegebereich 24 befindet. Es ist offensichtlich, wie nach Umfalten der oberen Lage entlang des Biegebereichs 24 auf die untere Lage 15 der 2-lagige Bereich mit verbindender Biegekante 14 gebildet wird.
