DE20319704U1

DE20319704U1 - Flexibles Leitungselement mit besonderer Wellengeometrie des Balges zur Verbesserung seines Knickverhaltens

Info

Publication number: DE20319704U1
Application number: DE20319704U
Authority: DE
Original assignee: IWKA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2013-12-20
Also published as: DE102004060126A1; DE102004060126B4

Abstract

Flexibles Leitungselement mit besonderer Ausgestaltung der Wellengeometrie des Balges (1) zur Verbesserung seines Knickverhaltens unter axialen Kompressionslasten und Innendruck dadurch gekennzeichnet, dass nach Variante 1
– die Profilhöhen der Balgrandwellen (2,3) die maximale Höhe aufweisen und zur Mitte hin kontinuierlich auf etwa Dreiviertel bis zu einem Viertel der Profilhöhe der Randwellen abfallen
oder nach Variante 2
– die Balgrandwellen (2,3) sowie die mittlere Welle (4) etwa Dreiviertel bis zu einem Viertel der maximalen Profilhöhe des Balges aufweisen und die dazwischen liegenden Wellen vom Rand und von der Mitte her kontinuierlich bis zur maximalen Profilhöhe ansteigen.

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement, dessen besondere Ausgestaltung der Wellengeometrie des Balges zu einer Verbesserung seines Knickverhaltens führt.
Das Einsatzgebiet der flexiblen Leitungselemente in Form von Bälgen, insbesondere aus metallischen Werkstoffen, reicht von der klassischen Rohrleitungstechnik über den Apparatebau bis hin zu vielfältigen Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich.
Die Aufgabe der flexiblen Leitungselemente besteht in der Kompensation von Bewegungen bei gleichzeitiger Aufnahme eines äußeren oder insbesondere inneren Überdruckes zwischen dem Rohr- bzw. Balginnenraum und seiner Umgebung.
Die flexiblen Leitungselemente sind mit den anschließenden Rohrteilen gasdicht durch Schweißen, Löten oder Klemmen verbunden.
Aufgrund ihrer geringen Dehn- und Biegesteifigkeit, die gegenüber derjenigen der Rohrleitung einen Faktor 1000 bis 10000 niedriger liegt, neigen Bälge unter axialer Kompressionsbeanspruchung zum Ausknicken.
Die axiale Kompressionsbeanspruchung kann sich hierbei aus zwei Komponenten zusammensetzen. Zum einen wirkt auf die innerhalb des Balges unter Innendruck stehende Fluidsäule eine axiale Druckkraft, die die vom Balg eingeschlossene völlig biegeschlaffe Fluidsäule destabilisiert und nur von der Biegesteifigkeit des Balges am seitlichen Ausknicken gehindert wird. Zum anderen wird bei einer axialen Kompressionsbewegung des Balges eine von seiner Dehnsteifigkeit herrührende axiale Reaktionskraft erzeugt, die ebenfalls destabilisierend wirkt. Weitere das Knicken des Balges beeinflussende Größen sind die geometrische Längenänderung sowie der durch Bewegungsaufnahme verursachte Steifigkeitsverlust des Balges bei überelastischen Beanspruchungen.
Bei bestimmten Innendruck- und Bewegungsanforderungen an den Balg lassen sich technische Lösungen nur unter Zuhilfenahme eines innerhalb oder außerhalb konzentrisch zum Balg angeordneten Stützrohres realisieren, das das Ausknicken und die damit einhergehende seitliche Ausbiegung des Balges durch Anliegen am Stützrohr begrenzt.
Nachteilig ist hierbei, dass durch den Kontakt des Balges mit dem Stützrohr Dehnungsbehinderungen entstehen können, die die Bruchlastspielzahl des Balges deutlich herabsetzen. Ein weiterer Nachteil der Stützrohre ist, dass laterale Bewegungen oder Winkeldrehungen vom Balg nicht aufgenommen werden können.
Treten dennoch laterale Bewegungen auf, so führt dies zu einem Verklemmen der Randwellen mit dem Stützrohr, was den schnellen Ausfall des Balges nach sich zieht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, unter Verzicht auf Stützelemente wie z.B. eines Stützrohres, ein flexibles Leitungselement in Form eines Balges zu schaffen, dessen Knickneigung deutlich geringer ist als die eines vergleichbaren Balges, dessen einzelnen Wellen konstante Profilhöhen aufweisen.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass nach Variante 1

– die Profilhöhen der Balgrandwellen maximale Höhe aufweisen und zur Mitte hin kontinuierlich auf etwa Dreiviertel bis zu einem Viertel der Profilhöhe der Randwellen abfallen oder nach Variante 2
– die Randwellen sowie die mittlere Welle etwa Dreiviertel bis zu einem Viertel der maximalen Profilhöhe aufweisen und die dazwischen liegenden Wellen vom Rand und von der Mitte her kontinuierlich bis zur maximalen Profilhöhe ansteigen.

Die Biegesteifigkeitsverteilung orientiert sich bei den beiden vorgeschlagenen Profilhöhenverteilungen an der möglichen Ausknickform.
Bei der Grundausknickform, die bei den gegebenen Randeinspannungen des Balges dem 4. Eulerfall entspricht, wird im randfernen Mittelbereich die Biegesteifigkeit durch Absenken der Profilhöhen erhöht, wodurch die stabilisierende, die Knickneigung verringernde Wirkung entsteht.
Bei der zweiten vorgeschlagenen Profilhöhenverteilung, bei der die Rand- und Mittelbereiche durch Absenken der Profilhöhen versteift werden, impliziert die besondere Steifigkeitsverteilung eine höhere Ausknickform, wodurch wiederum die stabilisierende, die Knickneigung verringernde Wirkung entsteht.
Die erfindungsgemäßen Profilhöhenverteilungen des Balges ermöglichen somit, unter Verzicht auf zusätzliche Stützelemente, wie z.B. Stützrohre, die Aufnahme höherer Kompressionslasten als die eines vergleichbaren Balges, dessen einzelne Wellen konstante Profilhöhen aufweisen.
Durch den Verzicht eines Stützrohres ist nun die ungehinderte Aufnahme aller möglichen Bewegungsarten wie axiale, laterale oder angulare Bewegungsaufnahme möglich.
Darüber hinaus führt die Einsparung von Stützelementen zu einer Gewichts- und Materialreduzierung, die die Kosten senkt und somit einen wirtschaftlichen Vorteil darstellt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform des Balges sind die Radien der Innenkrempen und/oder der Außenkrempen innerhalb einer Balgwelle und/oder von Welle zu Welle unterschiedlich. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die Biegesteifigkeitsverteilung des Balges zusätzlich stabilitätsfördernd zu modifizieren.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass die Wandstärke des Balges aus einer oder mehreren Einzellagen bestehen kann. Hierdurch ist es möglich, die Biegesteifigkeit des Balges gezielt stabilitätsfördernd zu beeinflussen.
Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass die einzelnen Lagen des Balges aus unterschiedlichem Material sein können. Auf diese Weise lässt sich wiederum die Biegesteifigkeit des Balges stabilitätsfördernd beeinflussen sowie gezielt die Korrosionsbeständigkeit der Innenlage verbessern.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung an band von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Hierbei zeigt:
1: Balg mit Profilhöhen nach Variante 1
2: Balg mit Profilhöhen nach Variante 2
In 1 ist die geschnittene Darstellung eines Balges (1) mit veränderlichen Profilhöhen nach Variante 1 dargestellt. Die Randwellen (2,3) besitzen die maximale Profilhöhe und die mittlere Welle (4) besitzt die minimale Profilhöhe, die etwa Dreiviertel bis zu einem Viertel der maximalen Profilhöhe entspricht. Die Profilhöhen der dazwischen liegenden Wellen verändern sich kontinuierlich zwischen den beiden Grenzwerten.
In 2 ist die geschnittene Darstellung eines Balges (1) mit veränderlichen Profilhöhen nach Variante 2 dargestellt. Die Randwellen (2,3) sowie die mittlere Welle (4) besitzen die minimale Profilhöhe, die etwa Dreiviertel bis zu einem Viertel der maximalen Profilhöhe entspricht. Die Profilhöhen der dazwischen liegenden Wellen steigen vom Rand und der Mitte her kontinuierlich bis zur maximalen Profilhöhe an.

Claims

Flexibles Leitungselement mit besonderer Ausgestaltung der Wellengeometrie des Balges (1) zur Verbesserung seines Knickverhaltens unter axialen Kompressionslasten und Innendruck dadurch gekennzeichnet, dass nach Variante 1 – die Profilhöhen der Balgrandwellen (2,3) die maximale Höhe aufweisen und zur Mitte hin kontinuierlich auf etwa Dreiviertel bis zu einem Viertel der Profilhöhe der Randwellen abfallen oder nach Variante 2 – die Balgrandwellen (2,3) sowie die mittlere Welle (4) etwa Dreiviertel bis zu einem Viertel der maximalen Profilhöhe des Balges aufweisen und die dazwischen liegenden Wellen vom Rand und von der Mitte her kontinuierlich bis zur maximalen Profilhöhe ansteigen.
Flexibles Leitungselement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Radien der Innenkrempen (5) und/oder der Außenkrempen (6) innerhalb einer Balgwelle und/oder von Welle zu Welle unterschiedlich sein können.
Flexibles Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Balges aus einer oder mehreren Einzellagen bestehen kann.
Flexibles Leitungselement nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lagen des Balges aus unterschiedlichem Material sein können.