Faltenbalg für Gleichlaufverschiebegelenke
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Faltenbalg zur Abdichtung eines Ringspaltes zwischen zwei drehfest miteinander verbundenen, gegeneinander abwinkelbaren und gegeneinander axial verschiebbaren Teilen - insbesondere an einem Gleichlaufverschiebegelenk - aus einem dehnungsarmen, polymeren Hartwerkstoff mit einem ersten größeren Bund zur Festlegung auf einem ersten Bauteil, einem zweiten kleineren Bund zur Festlegung auf einem zweiten Bauteil und einer sich zwischen dem ersten Bund und dem zweiten Bund erstreckenden Mehrzahl von Ringfalteneinheiten, die als Außenfalten aus zwei Ringflanken eine Faltenspitze zwischen zwei Faltentälern bilden.
Faltenbälge der genannten Art werden aufgrund wachsender Anforderungen zunehmend aus polymeren Hartwerkstoffen hergestellt, die im Vergleich mit den früher verwendeten weichelastischen Materialien eine verbesserte Widerstandsfähigkeit in mechanischer und chemischer Hinsicht aufweisen. Ihre Verwendung ist im Hinblick auf erhöhte Drehzahlen und höhere Lebensdaueranforderungen unvermeidlich. Ein Problem stellt ihre geringere Flexibilität dar, die insbesondere bei tiefen Temperaturen problematisch werden kann. Bei Gleichlauffestgelenken, die ausschließlich eine Abwinkelung zwischen zwei umlaufenden Bauteilen bewerkstelligen, sind heute mit Faltenbälgen aus den
genannten Werkstoffen bereits alle Anforderungen zu erfüllen. Bei Gleichlaufverschiebegelenken, die neben der Winkelbewegung eine Axialverschiebung zwischen den zwei umlaufenden Bauteilen bewerkstelligen, führt dies an den abdichtenden Faltenbälgen bei ineinandergeschobenem und abgewinkeltem Gelenk zu einem Reibungskontakt zwischen den Ringflanken auf der Winkelinnenseite und bei auseinandergezogenem und abgewinkeltem Gelenk zu einem übermäßigen Auffalten der einzelnen Ringfalten auf der Winkelaußenseite, die zu einem Einknicken der Ringfalten oder anderen Unregelmäßigkeiten führen kann. Insbesondere bei hohen Drehzahlen kann dies die Elastizität des Faltenbalgs überschreiten und zu Schäden am Faltenbalg führen.
Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Faltenbalg der genannten Art bereitzustellen, der erhöhte Anforderungen im Betrieb ohne Schäden erträgt und damit für Gleichlaufverschiebegelenke besonders geeignet ist. Die Lösung hierfür besteht in einem Faltenbalg der eingangs genannten Art mit den Merkmalen: eine erste Gruppe von zumindest drei Ringfalten mit Anschluß an den ersten Bund hat in Richtung vom ersten Bund zum zweiten Bund abnehmenden Durchmesser der Faltenspitzen und Faltentäler, eine zweite Gruppe von Ringfalten mit Anschluß an den zweiten Bund von zumindest einer Falte hat gleichbleibenden Durchmesser der Faltentäler und gegebenenfalls der Faltenspitzen, das Verhältnis des Durchmessers Dx der Faltenspitze der größten Ringfalte der ersten Gruppe zum Durchmesser D2 des zweiten Bundes beträgt > 2, 5.
Hiermit wird die Verformung des Faltenbalgs bei Abwinkelung und Axiallängenänderung durch Spezialisierung zweier Falten¬ gruppen so auf diese aufgegliedert, daß die erste Gruppe aus
Falten abnehmender Größe sich überwiegend in Form eines Abwinkeins verformt und die zweite Gruppe aus zumindest einer Falte kleinen Außendurchmessers überwiegend die Axiallängenänderung durch Längung auffängt. Faltenbälge mit zwei voneinander zu unterscheidenden Gruppen von Falten sind beispielsweise aus der DE 33 09 386 Cl, der DE 43 23 686 C2, der DE 196 01 096 AI und der DE 198 06 173 Cl bekannt. Hierbei befindet sich jedoch zwischen den beiden Gruppen von Falten ein Bereich, der mit der einliegenden Welle ständigen Kontakt hat. Aus der DE 38 73 496 T2 ist ein Faltenbalg der genannten Art mit zwei voneinander zu unterscheidenden Funktionsbereichen bekannt, mit Falten, deren Flanken zueinander parallel sind und jeweils von einem gerundeten Ringwulst außen verbunden werden. Demgegenüber sind die Ringfalten nach der vorliegenden Erfindung bei koaxialer Ausrichtung der beiden Bunde zueinander in der Einbausituation kontaktfrei gegenüber einer einliegenden Welle und die Ringfalten weisen jeweils etwa Doppelkonusform auf.
Die erste Gruppe von Falten kann bis zu fünf Ringfalten umfassen, die zweite Gruppe von Falten kann bis zu acht Ringfalten umfassen. Die Auswahl der Faltenzahl richtet sich nach dem vorliegenden Anforderungsprofil. Es ist deutlich, daß mit zunehmender Zahl von Ringfalten die Tendenz zu zunehmender Baulänge verbunden ist, dabei jedoch die Winkelarbeit der einzelnen Falten bei Abwinkelung tendenziell abnimmt. Hiervon ist unbenommen, daß die Faltenform der einzelnen Falten in bestimmten Bereichen variieren kann, d. h. daß spitzere und breitere Falten möglich sind, wobei grundsätzlich die Falten der ersten Gruppe breiter (voluminöser) und die Falten der zweiten Gruppe spitzer (schmaler) sind.
In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß die beiden Ringflanken jeder der Ringfalten der ersten Gruppe entgegengesetzt
angetragene Winkel mit einer Radialebene bilden, wobei ein kleinerer Winkel ß von der zum zweiten Bund liegenden Ringfalte gebildet wird und ein größerer Winkel α mit > ß + 25° von der zum ersten Bund liegenden Ringfalte gebildet wird. Weiterhin ist insbesondere vorgesehen, daß die Ringflanken jeder der Ringfalten der zweiten Gruppe entgegengesetzt angetragene Winkel mit einer Radialebene bilden, wobei von der zum zweiten Bund weisenden Ringflanke ein Winkel ß und von der zum ersten Bund weisenden Ringflanke ein Winkel , der mit ß + 5° definiert ist, gebildet wird.
Da die annähernd konischen Ringflanken, insbesondere die zum ersten Bund weisenden Ringflanken der ersten Gruppe, nach außen konvex gekrümmt sein können, wird hiermit definiert, daß als Bezug für die Winkelangaben jeweils die Konusfläche zwischen Außenlinie eines Faltentals und Außenlinie einer Faltenspitze heranzuziehen ist, bzw. im Längsschnitt betrachtet die Gerade zwischen dem kleinsten Außenradius eines Faltentals und dem größten Außenradius einer Faltenspitze.
In weiterführender Ausgestaltung ist vorgesehen, daß zwischen den Ringfalten der ersten Gruppe und den Ringfalten der zweiten Gruppe eine Übergangsfalte vorgesehen ist, deren Durchmesser an den Faltentälern voneinander abweicht, wobei der Durchmesser an der zum ersten Bund weisenden Ringflanke größer ist als der Durchmesser an der zum zweiten Bund weisenden Ringflanke. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, daß die Ringflanken der Übergangsfalte entgegengesetzt angetragene Winkel mit einer Radialebene bilden, wobei die zum zweiten Bund weisende Ringflanke einen Winkel ß bildet und die zum ersten Bund weisende Ringflanke einen Winkel , der mit ß + 25° > α > ß + 5° definiert ist. Die genannte Übergangsfalte ähnelt damit den Ringfalten der ersten Gruppe insoweit, als der Durchmesser ih-
rer Faltentäler zum zweiten Bund hin abnimmt; bezüglich der Winkelkonfiguration der Ringflanken ähnelt sie jedoch bereits den Ringfalten der zweiten Gruppe. Hiermit soll sichergestellt werden, daß auch bei größeren Winkelbewegungen des Faltenbalges möglichst kein Reibungskontakt der Faltentäler zur einliegenden Welle entsteht.
Als bevorzugtes Material für den Faltenbalg wird ein thermoplastisches Elastomer (TPE) vorgeschlagen. Hierbei kommen insbesondere Werkstoffe auf Polyurethanbasis (TPU) , Polyesterbasis (TPEE) , insbesondere Polyetherester oder Polyesterester, auf Polyamidbasis (TPA) und auf Polyolefinbasis (TPO) , hierbei insbesondere Polypropylen oder Polyethylen, in Betracht.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Faltenbalges wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert .
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Faltenbalg im Längshalb- schnitt, an dem verschiedene Einzelmerkmale gekennzeichnet sind;
Figur 2 zeigt die Darstellung nach Figur 1, in der die erfindungsbestimmenden Abmessungen gekennzeichnet sind;
Figur 3 zeigt zwei Ringfalten im Längshalbschnitt, an denen die Winkelangaben eingezeichnet sind.
In Figur 1 ist ein Faltenbalg dargestellt, der einen ersten Bund 11 größeren Durchmessers mit einem Anschlußbereich 11' , einen zweiten Bund 12 kleineren Durchmessers mit einem Anschlußbereich 12' sowie insgesamt sieben vollständige Ringfal-
ten erkennen läßt. Eine erste Gruppe A umfaßt drei Ringfalten AI, A2, A3, deren Faltentäler und Faltenspitzen im Durchmesser von Falte zu Falte jeweils vom ersten Bund 11 zum zweiten Bund 12 abnehmen. Eine zweite Gruppe B von zwei vollständigen Falten Bl und B2 und mit insgesamt drei Faltenspitzen hat Faltentäler und Faltenspitzen, die untereinander gleichen Durchmesser haben. Eine dritte Übergangsfalte C liegt zwischen der ersten Gruppe A und der zweiten Gruppe B und weist Faltentäler abnehmenden Durchmessers vom ersten Bund 11 zum zweiten Bund 12 auf. An der Falte AI ist markiert, daß eine vollständige Ringfalte als Außenfalte mit einer Faltenspitze 21 zwischen zwei Faltentälern 22 betrachtet wird.
In Figur 2 sind die gleichen Einzelheiten wie in Figur 1 mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. Mit Di ist der Außendurchmesser der ersten Falte AI der ersten Gruppe A bezeichnet, mit D2 ist der Außendurchmesser des zweiten Bundes 12 bezeichnet. Erfindungsgemäß ist das Verhältnis beider Durchmesser > 2,5.
In Figur 3 ist eine einzelne Falte dargestellt, wobei in Figur 3a an einer Falte, die beispielsweise die Falte AI sein kann, eine erste Flanke 31 und eine zweite Ringflanke 32 bezeichnet sind. Eine Radialebene R steht normal auf der Faltenbalglängs- achse L. Der Öffnungswinkel der ersten Ringflanke 31 gegenüber der Radialebene R ist mit α, der Öffnungswinkel der zweiten Ringflanke 32 gegenüber der Radialebene R ist mit ß bezeichnet. In Figur 3b ist verdeutlicht, daß an einer außen konvexen ebenso wie gegebenenfalls an einer außen konkaven Ringflanke (31) der von der Radialebene abweichende Schenkel des Öffnungswinkels α von einer Geraden zwischen der größten Umfangslinie 41 des Faltenbergs und der kleinsten Außenumfangslinie 42 des angrenzenden Faltentals gebildet wird. In Figur 3a wird gezeigt, daß der von der Radialebene
gezeigt, daß der von der Radialebene abweichende Schenkel des Öffnungswinkels ß von einer streng konischen Oberfläche der Ringflanke (32) selber gebildet wird.