DE2948065B1 - Faltenbalg - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Faltenbalg für gasförmige oder flüssige Medien mit einer Vielzahl konzentrisch um die Balgachse und hintereinander angeordneter Balgwellen, wobei der Ringspalt zwischen den Flanken jeder Balgwelle im Bereich der Balg-Innenwellen verengt ist und die Balg-Innenwellen flach ausgebildet sind.

Faltenbälge stellen ein elastisches Gebilde dar, das bei Durchströmung mit flüssigen oder gasförmigen Medien leicht zu Schwingungen angeregt wird. Ursache hierfür ist im wesentlichen die Wirbelbildung innerhalb der Ringspalte der Balgwellen. Diese fluiderregte Schwingung kann noch durch äußere mechanische Schwingungen, die über die an den Faltenbalg angeschlossenen Bauteile eingetragen werden, überlagert werden. Ein besonders kritischer Anwendungsfall in dieser Hinsicht sind die Kompensatoren bei Auspuffanlagen, insbesondere von Kraftfahrzeugen. Hier lassen sich deshalb übliche Wellrohr-Kompensatoren bzw. Faltenbälge nicht einsetzen.

Auf diesem Anwendungsgebiet muß deshalb in den Faltenbalg ein Leitrohr eingesetzt werden. Dadurch so werden die Ringspalte der Balgwellen abgedeckt, so daß die Wirbelbildung völlig ausgeschlossen ist. Abgesehen von den erhöhten Fertigungs- und Montagekosten kann ein solchermaßen ausgebildeter Faltenbalg nur dann eingesetzt werden, wenn auf ihn nur axiale Kräfte wirken, da eine Angularbewegung ausgeschlossen und eine seitliche Bewegung auch nur begrenzt möglich ist.

Die Bewegungsmöglichkeiten sind zwar dann geringfügig verbessert, wenn statt des Leitrohrs ein Schlauch eingelegt wird (DE-PS 8 16 465), doch ergeben sich insbesondere bei axialer Bewegung Schwierigkeiten, denn die Elastizität des Schlauches in axialer Richtung, insbesondere bei Druckbeanspruchung, ist weit geringer als das Federvermögen des Kompensator. Der Schlauch wird deshalb bei einem entsprechenden Axialhub ausknicken und dabei je nach Wandstärke auch den Kompensator zum Ausknicken bringen. Ferner ist ein solcher Schlauch nur bei bestimmten Medien verwendbar.

Um die letztgenannten Bewegungsmöglichkeiten zumindest in begrenztem Umfang zuzulassen, ist es weiterhin bekannt (DE-OS 26 51 662), in dem Faltenbalg ein entsprechend rohrförmig ausgebildetes Drahtgewebe einzuspannen. Eine solche Ausbildung ist naturgemäß in Fertigung und Montage noch teurer.

Bei einer demgegenüber einfacheren Ausführung der eingangs genannten Art (US-PS 28 76 801) soll bei einem Wellrohr eine glatte innere Bohrung zur Verbesserung der Strömung von Fluiden dadurch geschaffen werden, daß die Flanken der Balgwellen unter Verengung des zwischen ihnen vorhandenen Ringspaltes parallel zur Wellrohrachse nach innen gezogen und die Balg-Innenwellen flach ausgebildet sind, so daß in Strömungsrichtung eine annähernd rohrförmige Ausbildung entsteht. Mit dem bekannten Faltenbalg mögen die angedeuteten strömungstechnischen Probleme gelöst sein, jedoch nur bei statischen Anwendungsfällen. So ist beispielsweise ein axialer Hub des Faltenbalges nur in sehr begrenztem Maß möglich, so daß er allenfalls Extensionskräfte, nicht jedoch Kompressionskräfte aufnehmen kann, da dann die Balg-Innenwellen schon bei geringstem Hub aneinander stoßen und zwangsläufig verformt werden. Ebensowenig sind nennenswerte Angularbewegungen möglich, da hierbei die Balg-Innenwellen auf den Mantellinien mit dem kleineren Krümmungsradius zwangsläufig aneinander stoßen. Die Lösung der strömungstechnischen Probleme wird also bei diesem Faltenbalg durch weitgehenden Verzicht auf die axiale und angulare Beweglichkeit, die ja gerade wesentliches Funktionsmerkmal eines Faltenbalges ist, erkauft.

Ausgehend von einem Faltenbalg dieses Aufbaus Hegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der strömungstechnischen Vorteile die axiale und angulare Beweglichkeit des Faltenbalges auf ein solches Maß, wie es etwa von herkömmlichen Faltenbälgen bekannt ist, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Balg-Innenwellen nur in Strömungsrichtung zur Balgachse hin gleichsinnig konisch geneigt sind.

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung bilden die Balg-Innenwellen eine Art von schuppenförmig hintereinander angeordneten Leitflächen für die Strömung, so daß — gegenüber herkömmlichen Faltenbälgen — ein Glättungseffekt erreicht und verhindert wird, daß die Strömung in die Ringspalte der Balgwellen eindringt Gleichwohl wird aber dabei die axiale Beweglichkeit nicht oder nur in geringem Umfang beeinträchtigt, da sich die Balg-Innenwellen übereinander schieben können. Gleiches gilt für die angulare Beweglichkeit des erfindungsgemäßen Faltenbalges. Während bisher beim Bau von Faltenbälgen stets eine absolute Symmetrie der einzelnen Balgwelle in axialer und radialer Richtung vorliegt, löst sich die Erfindung von diesem Schema und schlägt eine im Radialschnitt asymmetrische Form vor.

Es sind zwar auf einem gattungsfremden Gebiet Wellendichtungen bekannt (US-PS 34 27 035), die in Form eines Wellschlauchs ausgebildet sind und mit ihren Balg-Innenwellen der Oberfläche der Welle und mit ihren Balg-Außenwellen der Wandung einer Dichtkammer in dem die Welle aufnehmenden Gehäuse anliegen, wobei die Balgwellen im Radialschnitt asymmetrisch ausgebildet sind. Hierbei handelt es sich jedoch um eine gummielastische Manschette nach Art einer Labyrinth-Dichtung, bei der weder die fertigungstechnischen und technologischen Probleme eines

ORIGINAL INSPECTED

metallischen Faltenbalgs, noch die strömungs- und schwingungstechnischen Probleme einer Fluidströ- mung, zu deren Führung ein Faltenbalg dient, auftreten.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung liefen die Obergänge der beiden Flanken jeder Balgwelle zu den Balg-Innenwellen etwa in derselben Radialebene des Balgs. Hierdurch wird das Eindringen des strömenden Mediums in die Balgwellen weiter erschwert, da dies praktisch nur aufgrund einer annähernd Rückwärts gerichteten Strömung möglich ι ο wire. Mit dieser Ausbildung wird ferner den Balgwellen trotz des sehr engen Ringspaltes eine ausreichende Bewegungsfreiheit verliehen.

Einem weiteren Ausführungsbeispiel zufolge, sind die Planken unterschiedlich hoch ausgebildet, wodurch eine baulich einfache Wellenform erreicht wird.

Bei durchströmten Faltenbälgen ohne Leitrohr oder Gewebeeinsatz tritt folgendes Phänomen auf: Innerhalb des Faltenbalges entstehen durch die Balgwellen im Medium zusätzliche Turbulenzen, deren Entstehungsbe- ginn je nach Strömungsgeschwindigkeit und -druck entlang der Balglängsachse wandert Damit entstehen — abhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen — die unterschiedlichsten Schwingungen, die insbesondere dann, wenn sie im Resonanzbereich liegen, zu Zerstörungen führen.

Dem wird erfindungsgemäß dadurch abgeholfen, daß in Strömungsrichtung vor der ersten Balgwelle eine die Bchte Weite des Balgs verengende Einschnürung vorgesehen ist Diese Einschnürung stellt eine künstliche Störung dar, durch die der Grenzschichtverlauf des Mediums derart beeinflußt wird, daß der Entstehungsort der Turbulenzen bewußt vor den Beginn der Wellung verlegt und damit eine gleichmäßige, bereits turbulentere Anströmung des gewellten Balgteils erreicht wird.

Damit ist der Einfluß der unterschiedlichen Betriebsbedingungen auf die Schwingungserzeugung ausgeschaltet, so daß die strömungstechnischen Vorteile herkömmlicher Faltenbälge auch bei kritischen Betriebszuständen erhalten bleiben.

Nachstehend ist die Erfindung an einem in der Zeichnung schematisch gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben.

Der in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnete Faltenbalg weist mehrere konzentrisch um die Balgachse und hintereinander angeordnete Balgwellen 2 auf, die aus Balg-Innenwellen 3 und Balg-Außenwelten 4 und diese verbindenden Flanken 5 und 6 bestehen. Zwischen den Übergängen 7, 8 der Flanken 5, 6 zu den Balg-Innenwellen 3 sind Ringspalte 9 gebildet Die Balg-Innenwellen 3 weisen jeweils eine gleichsinnige konische Abflachung 10 auf, welche die Strömung von den Ringspalten 9 ablenkt Das Medium durchströmt den Balg dadurch weitgehend ungestört Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Abflachungen 10 so angeordnet daß sich ihre konische Fläche in Strömungsrichtung verjüngt

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist vor der in Strömungsrichtung ersten Balgwelle eine die Strömung A des Mediums beeinflussende Einschnürung It, beispielsweise eine Sicke, vorgesehen.

Die Flanken 5,6 jeder Balgwelle 2 sind unterschiedlich hoch ausgebildet so daß die Übergänge 7,8 zu den Balg-Innenwellen 3 bzw. den Abflachungen 10 radial gegeneinander versetzt sind. Dadurch wird der Ringspalt 9 in den »Windschatten« der Strömung verlagert Dies wird noch dadurch unterstützt daß die Übergänge 7,8 etwa in einer gemeinsamen Radialebene liegen, so daß der Übergang 8 jeder Balgwelle nasenförmig den Ringspalt 9 gegen die Strömung abschirmt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Faltenbalg für gasförmige oder flüssige Medien mit einer Vielzahl konzentrisch um die Balgachse und hintereinander angeordneter Balgwellen, wobei der Ringspalt zwischen den Flanken jeder Balgwelle im Bereich der Balg-Innenwellen verengt ist und die Balg-Innenwellen flach ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Balg-Innenwellen (3) nur in Strömungsrichtung (A) zur Balgachse hin gleichsinnig konisch geneigt sind.

2. Faltenbalg nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge (7, 8) der beiden Flanken (5, 6) jeder Balgwelle (2) zu den Balg-Innenwellen (3) etwa in derselben Radialebene des Balges (1) liegen.

3. Faltenbalg nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (5, 6) der Balgwellen (2) unterschiedlich hoch ausgebildet sind.

4. Faltenbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor der ersten Balgwelle (3) eine die lichte Weite des Balges (1) verengende Einschnürung (11) vorgesehen ist.

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