DE3115724C1 - Faltenbalg - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen einwandigen Faltenbalg aus metallischem Werkstoff zur Aufnahme axialer lateraler und/oder angularer Bewegungen.

Faltenbälge aus metallischem Werkstoff werden heute so hergestellt, daß man von einem zylindrischen Metallrohr ausgeht, an dem durch radiales Eindrücken oder Herausdrücken das gewünschte Wellenprofil erzeugt wird. Das Einwalzen der Wellen erfolgt dabei z. B. durch von außen und/oder von innen angedrückte Rollen, die absatzweise oder fortlaufend das gewünschte Profil formen.

Da das Material während des Umformvorganges unterschiedlich stark gedehnt wird, entstehen längs des Wellenprofiles Wandstärkeunterschiede. Diese Wandstärkeunterschiede sind verfahrensmäßig vorgegeben und führen je nach dem angewandten Herstellungsverfahren zu mehr oder weniger starken Wandstärkeverdünnungen an den Wellenbergen oder an den Wellentälern und/oder an den Flanken, je nachdem, wo im Betrieb die maximale Beanspruchung des Balges auftritt, kann diese Schwächung der Wandstärke die Belastbarkeit und die Lebensdauer des Balges reduzieren.

Der Hauptnachteil besteht jedoch darin, daß es bei den bekannten Faltenbälgen nicht möglich ist, den Wandstärkeverlauf an die Materialbeanspruchung in der Balgwelle anzupassen.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen einwandigen Faltenbalg herzustellen, bei dem der Wanddickenverlauf längs des Wellenprofils frei wählbar ist und insbesondere an die Materialbeanspruchung in der Balgwelle optimal angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Balg gegossen ist.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß es unter völliger Abkehr von der seit etwa 80 Jahren üblichen Herstellungweise von Faltenbälgen durch radiales Ein- bzw. Ausdrücken statt dessen auch möglich ist, Bälge trotz ihrer Dünnwandigkeit durch Gießen herzustellen. Dadurch lassen sich Faltenbälge mit etwa 2 bis 3 mm Wanddicke und guter Formgenauigkeit herstellen, wobei man völlige Freiheit bezüglich lokaler Wanddickenänderungen längs des Wellenprofiles hat. Das heißt, daß das Gießen nahezu ohne jede Einschränkung die Verwirklichung einer nach technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimierten Wellengeometrie gestattet. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, daß wesentlich tiefere Wellenprofile als bisher erzeugt werden können, da keine Materialverformung notwendig ist. Schließlich können ohne Mehraufwand auch unsymmetrische Wellenformen erzeugt werden, insbesondere auch solche mit Hinterschneidungen.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Wanddickenänderung in vorgegebener Abhängigkeit von der lokalen Materialbeanspruchung der Balgwelle. Sie wird insbesondere so positioniert und bemessen, daß längs des gesamten Wellenprofiles etwa die gleiche Materialspannung vorliegt.

Bei überwiegend auf Druck beanspruchten Wellenbereichen empfiehlt es sich, die Wandstärke lokal zu erhöhen, während bei überwiegend auf Dehnung beanspruchten Wellenbereichen die Wandstärke lokal verringert wird. Beide Maßnahmen können miteinander kombiniert werden mit dem Ziel, in der Balgwelle den inhomogenen Spannungs- und Dehnungszustand auf einem niedrigeren Niveau auszugleichen, d.h., den Spannungs- und Dehnungsverlauf zu vergleichmäßigen.

Eine besonders günstige Ausbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Balgwellen sowohl an den Krempen als auch an den Flanken Wandverdickungen aufweisen. Es hat sich nämlich bei Untersuchungen gezeigt, daß nicht mehr nur an der Innen- und Außenkrempe, sondern auch etwa in der Mitte der Flanke relativ hohe Meridianspannungen auftreten, vor allem dann, wenn der Balg auf Druck belastet wird.

Als Werkstoff für den gegossenen Balg kommen in Frage vor allem austenitisches Gußeisen, Leichtmetallguß, Stahlguß und Bronze.

Die Erfindung wird nachfolgend in verschiedenen Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung beschrieben, die

Fig. 1 bis 17 zeigen jeweils verschiedene Wellenformen im Querschnitt (bezogen auf den Faltenbalg handelt es sich um Axialschnitte).

F i g. 1 zeigt lokale Wandverdickungen an den Innen-und Außenkrempen sowie im mittleren Flankenbereich. Dadurch lassen sich die bei druckbeanspruchten Bälgen auftretenden Meridianspannungen optimal ausgleichen, so daß der inhomogene Spannungs- und Dehnungszustand vergleichmäßigt und auf ein niedrigeres Niveau kommt.

Die F i g. 2 und 3 zeigen entsprechende Wanddickenverläufe bei reduzierter Meridianspannung bzw. für höheren Druck bei Membran- oder Torusbälgen.

Bei großen Balgdurchmessern begrenzen die Umfangsspannungen den zulässigen Druck. Hierzu war es bisher notwendig, separate Verstärkungsringe in die Wellentäler einzulegen. Durch Einbeziehung des Verstärkungsringes in die Balgwand gemäß den F i g. 4 bis 10 entfällt der zusätzliche Herstellungs- und Montage-

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aufwand für die Verstärkungsringe. Derartige für hohe Umfangskräfte geeignete Bälge sind dadurch wesentlich kostengünstiger herstellbar.

Das Wellenprofil in F i g. 7 eignet sich zudem für hohe Bewegungsbeanspruchung, da die Krempen im Vergleich zur Flanke dünnwandiger sind. Ein Fig.7 entsprechender Wanddickenverlauf für Torusbälge ist in F i g. 11 dargestellt und für Membranbälge in F i g. 2.

Werden sowohl hohe Druckfestigkeit als auch hohe Beweglichkeit gefordert, dann wird ein Wellenprofil ohne Wendepunkte und mit möglichst großer Meridianbogenlänge vorgesehen. Ein solches ist in Fig. 12 und 13 dargestellt. Entsprechende Profilformen für Membranbälge finden sich in Fig.2 und für Torusbälge in den F ig. 14 bis 17.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einwandiger Faltenbalg aus metallischem Werkstoff zur Aufnahme axialer, lateraler und/oder angularer Bewegungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg gegossen ist.

2. Balg nach Anspruch 1 mit unterschiedlicher Wanddicke im Krempen- und Flankenbereich, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke in Abhängigkeit von der lokalen Materialbeanspruchung in der Balgwelle verändert ist.

3. Balg nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke im Sinne gleichmäßiger Maximalspannung in der Balgwelle verändert ist.

4. Balgwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurc ι gekennzeichnet, daß in den überwiegend auf Druck beanspruchten Wellenbereichen die Wandstärke erhöht ist.

5. Balg nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den überwiegend auf Dehnung beanspruchten Wellenbereichen die Wandstärke verringert ist.

6. Balg nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Balgwellen sowohl an den Krempen als auch an den Flanken Wandverdickungen aufweisen.

7. Balg nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus austenitischem Gußeisen, Leichtmetallguß, Stahlguß oder Bronzeguß besteht.