DE3639482A1 - Faltenbalg fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
Faltenbalg fuer kraftfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Faltenbalg gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Solche Faltenbälge werden vor allem bei Personenkraftwagen verwendet. Das Material
ist nicht Gummi, sondern ein Material vom Typ Hytrel (eingetragenes Warenzeichen
der Firma Dupont). Die Wände der Faltenbälge sind dünn. Sie wiegen größenord
nungsmäßig 80 bis 90 Gramm. Würde man einen solchen Faltenbalg aus Gummi
machen, dann würde er z. B. 140 g wiegen. Das verwendete Material ist teuer.
Es kostet 18.--DM/kg. Zwar wäre Gummi billiger, könnte jedoch die Anforderungen
in einer solchen Weise nicht erfüllen. Die Anforderungen in zahlreichen Richtungen
sind hoch: der Lenkeinschlag an der Vorderradachse beträgt 43-46°. Diesen
Lenkeinschlag müssen die Faltenbälge mitmachen. Dies auch dann noch, wenn
das Fahrzeug sich bewegt. Es besteht dann bei Faltenbälgen die Neigung, daß sie
nicht mehr in ihre ursprüngliche Lage zurückgehen und zum Teil in falsche
Richtungen vorgespannt werden. Die Achsen von Personenkraftwagen können sich
mit 1500 Umdrehungen/min drehen. Sowohl den Lenkeinschlag als auch die Um
drehungsgeschwindigkeiten müssen die Faltenbälge mitmachen.
Auch die am Getriebegehäuse - weiter einwärts - vorgesehenen Faltenbälge
müssen immerhin noch etwa 15° Federungsweg aushalten.
Auch temperaturmäßig werden die Faltenbälge hoch belastet. Sie müssen von
+ 140°C bis -40°C einsatzfähig bleiben. Die -40°C kommen natürlich von der
Außentemperatur. Die +140°C kommen davon her, daß insbesondere beim inneren
Faltenbalg die Motorabstrahlung eine große Rolle spielt.
Die Faltenbälge müssen auch den Kiestest aushalten, bei dem man die Faltenbälge
mit Kies beschießt, wie dies z.B. beim Fahren auf Rollsplitt vorkommt. Dann
muß ferner der Faltenbalg die chemischen Beanspruchungen durch das Fett und
das Öl aushalten. Ferner darf das Material nicht fließen, wenn man Schellen auf
dem Bund kleineren Durchmessers und auf dem Bund größeren Durchmessers an
bringt. Der Faltenbalg muß auch eine Gestalt haben, die eine Massenfertigung
zuläßt. Gegenwärtig kann man in Mehrfachformen etwa fünf Stück pro Minute
herstellen.
Die Faltenbälge müssen zu allem hin noch erhebliche Walkarbeit aushalten,
und zwar auch dann, wenn der Faltenbalg mit niemals ganz zu vermeidenden
Fluchtungsfehlern montiert worden ist. Obwohl der Faltenbalg keine Vorspannung
haben sollte, wenn der Lenkeinschlag 0° ist und wenn der Federungsweg im
neutralen Bereich ist, trotzdem kommen Montagefehler vor, die schon von vorn
herein Vorspannungen bedingen, und auch dies muß ein Faltenbalg überstehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Faltenbalg anzugeben, der sowohl sämtliche
seitherigen Eigenschaften in sich vereint und davon keine opfert als auch eine
höhere Lebensdauer hat, sei es, daß die Walkarbeit kleiner ist, sei es, daß die
Fliehkräfte wegen kleinerer Masse kleiner sind, sei es, daß er sich besser reinigt
oder sei es, daß man die gleichförmige Dicke der Wandstärken besser in den
Griff bekommt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Haupt
anspruchs gelöst. Wenn man die Steigung der Wendel im richtigen Sinne wählt,
dann wird sogar zusätzlich das Fett immer wieder zum Gelenk hin transportiert,
falls es z. B. bei geneigtem Wagen die Tendenz haben sollte, wegzulaufen.
Bei einer solchen Wendel hat man ja einen kontinuierlich verlaufenden Wendel
grund und einen ebenso kontinuierlich verlaufenden Wendelgrat. Diese Kontinuität
ist in den unterschiedlichsten Richtungen vorteilhaft.
Insbesondere durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird die Walkarbeit niedriger,
weil die Insgesamtlänge der nunmehr "einzigen" Falte kürzer ist als die Gesamt
länge der ringförmigen Falten. Außerdem spart man hier auch Gewicht, was sich
in den Kosten und in der kleineren Fliehkraft niederschlägt. Ganz allgemein kann
man davon ausgehen, daß ein wendelförmiger Faltenbalg sich auch besser reinigt.
Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird die Walkarbeit nochmals minimiert
und man benötigt zur Herstellung weniger von dem teuren Material.
Es sei darauf aufmerksam gemacht, daß bei Massenprodukten eine Einsparung
im Prozentbereich bereits eine außerordentliche Tat ist, wenn dabei auch noch
andere Eigenschaften verbessert werden.
Durch die Merkmale des Anspruchs 3 faltet sich die Wendel auch bei großem
Lenkeinschlag noch zufriedenstellend.
Durch die Merkmale des Anspruchs 4 wird der optimale Bereich abgegrenzt.
Die Merkmale des Anspruchs 5 vereinfachen die Herstellung.
Durch die Merkmale des Anspruchs 6 erreicht man, daß die Achsmanschette
in bezug auf ihre mögliche Abbiegung beim Lenkeinschlag umso weicher wird,
je mehr man sich dem Bund kleineren Durchmessers hin nähert. Dies gestattet
der Manschette, sich besser in ihrer dann notwendigen Krümmung anzupassen.
Es wird dadurch nochmals die Walkarbeit verkleinert. Die Rückstellkraft ist
geringer.
Durch die Merkmale des Anspruchs 7 erreicht man, daß in dem dortigen Bereich
der Faltenbalg weicher wird, falls dort - je nach zu schützendem Gelenk -
die Abbiegung des Faltenbalgs am größten sein sollte.
Durch die Merkmale des Anspruchs 8 erreicht man wiederum eine Fertigungs
vereinfachung.
Durch die Merkmale des Anspruchs 9 paßt man sich den Abbiegebedürfnissen
des Faltenbalgs besser an, was insbesondere dann auch nochmals einen weiteren
Vorteil ergibt, wenn in diesem Bereich die Steigung der Wendel kleiner wird.
Analoges gilt für die Merkmale des Anspruchs 10, falls man ein solches Verhalten
im Bund größeren Durchmessers benötigt.
Durch die Merkmale des Anspruchs 11 erhält man einen wenig störenden Auslauf.
Durch die Merkmale des Anspruchs 12 kann man höhere Steigungen vorsehen,
jedoch trotzdem den Faltenbalg fein gliedern.
Die Erfindung wird nunmehr anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 die Seitenansicht eines teilweise aufgebrochenen Faltenbalgs,
Fig. 2 eine Ansicht gemäß dem Pfeil 2 in Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines dritten Ausführungsbeispiels,
Fig. 5 eine Ansicht wie Fig. 2, jedoch bei einem Ausführungsbeispiel
mit zwei Balgrippen.
Ein Faltenbalg 11 hat eine Wandstärke 12 von 1,4 mm und ist aus Hytrel
(eingetragenes Warenzeichen der Firma Dupont) geblasen. Der Faltenbalg 11
hat eine geometrische Längsachse 13, die im Betrieb auch die geometrische
Längsachse derjenigen Achse ist, die an einem Fahrzeug vorgesehen ist.
Natürlich deckt sich diese Achse mit der geometrischen Längsachse 13 nur,
wenn das zu schützende Gelenk seine Null-Lage hat. In diesem Fall ist der
Faltenbalg 11 spannungsfrei. Links ist ein kreiszylindrischer Bund 14 vorgesehen,
der koaxial zur Längsachse 13 ist und links mit einer Endrippe 16 endet.
Der Innenumfang des Bunds 14 paßt auf einen entsprechenden nicht dargestellten
Ansatz eines Fahrzeugs, und bei richtiger Montage befindet sich auf dem Bund 14
eine Klemmschelle, so daß dieser Bereich flüssigkeitsdicht ist. Vom Bund 14 aus
nach rechts erstreckt sich eine Wendel 17. Diese hat Sägezahnprofil mit einer
links beginnenden flacheren Flanke 18, die geradlinig in der gezeichneten Weise
verläuft. Daraufhin folgt ein Balggrat 19 relativ großen Radius (2-3 mm) und
hierauf wiederum folgt eine Flanke 21, die in sich ebenfalls etwa geradlinig ver
läuft, jedoch wesentlich steiler zur Längsachse 13. Der Winkel der Flanke 21 zur
Längsachse 13 beträgt etwa 80°, während der Winkel der Flanke 18 etwa 60° be
trägt.
Die Flanke 21 geht unten in eine Balgsohle 23 über, die ebenfalls einen relativ
großen Radius hat. Auf diese Balgsohle 23 folgt dann die nächste Flanke des
um 360° weitergelaufenen Bereichs der Balgrippe usw.
Die Amplitude 22 zwischen Balggrat 19 und Balgsohle 23 ist konstant vom
linken Bereich bis nach rechts und wird erst dort niederer, wo die Wendel 17
in eine nahezu radial stehende Endwand 24 übergeht. Diese Endwand steht etwa
so steil wie die Flanke 21, auch aus Entformungsgründen.
Wenn man in Fig. 1 von links nach rechts geht, dann hat nach 360° die Balg
sohle 23 ihre endgültige Tiefe erreicht und etwa 360° vor der Endwand 24
steigt dann die Balgsohle wieder an, so daß sich Balgsohle 23 und Balggrat 19
(wie auch im linken Bereich) wieder treffen und in die äußere Krümmung 26
der Endwand 24 übergehen.
Nach einem Knick 27 von etwa 100° geht die Endwand 24 in einen Bund 28
kleineren Durchmessers über, der koaxial zur Längsachse 13 kreisringförmig
angeordnet ist. Er endet rechts mit einer Endrippe 29, so daß dort eine
Klemmschelle nicht abrutschen kann.
Auch wenn man die Vorderräder maximal einschlägt und dabei fährt, erhält
die Wendel ihre Form. In diesem Fall liegen walkend die Flanken 18, 19 an
einander, und zwar nicht nur lose, sondern unter Pressung. Auf der gegenüber
liegenden Seite ist die Wendel entsprechend gedehnt, d.h. nahezu ganz gestreckt.
Dieser Beanspruchungsfall tritt auf, wenn der Faltenbalg die radnahen Gelenke
der Achse überbrückt. Von der Deformation her gesehen hat es der motornahe
Faltenbalg zwar einfacher, ist jedoch der Wärmestrahlung des Motors ausgesetzt.
Wie aus der Fig. 3 zu erkennen ist, nimmt bei diesem Ausführungsbeispiel die
Amplitude der Wendel nach rechts hin ab und die Frequenz nimmt zu. Dies
führt dazu, daß der Faltenbalg nach rechts hin biegsamer wird und auch mehr
Flankenlänge je Länge der geometrischen Längsachse 13 zur Verfügung steht,
was die Anpassung des Faltenbalgs unter schwierigen Bedingungen erleichtert.
Gemäß Fig. 4 ist hier der linke Bereich derjenige, bei dem die Amplitude kleiner
wird und die Frequenz zunimmt, d. h., hier ist der linke Bereich biegsamer und
anpassungsfähiger, was bei anderen Gelenken wünschenswert ist.
Gemäß der Fig. 5 sind zwei Wendeln 31, 32 vorgesehen, die an Punkten 33, 34
beginnen, die um 180° gegeneinander versetzt sind. Man kann bei diesen
Wendeln 31, 32 entweder die Steigung doppelt so groß machen wie bei den vor
hergehenden Ausführungsbeispielen und hat dann immer noch die gleiche Anzahl
von Balgrippen, oder man erhält eine größere Anzahl von Balgrippen, wenn man
die Steigung kleiner macht.
Claims (12)
1. Öl- und fettdichter Faltenbalg für die Umhüllung von Gelenken bei Achsen
von Kraftfahrzeugen, welche Faltenbälge aus dünnem, thermoplastischem
Elastomer unter Anwendung der Hohlkörperfertigungstechnik hergestellt
sind,
mit einem Bund kleineren Durchmessers,
mit einem Bund größeren Durchmessers und mit einer zwischen diesen Bunden angeordneten Balgvorrichtung, deren innere Umhüllende und äußere Umhüllende im Durchmesser zum Bund kleineren Durchmessers hin abnimmt, dadurch gekennzeichnet,daß die Balgvorrichtung mindestens eine Balgrippe hat, die sich wendel förmig vom einen zum anderen Bund erstreckt.
mit einem Bund kleineren Durchmessers,
mit einem Bund größeren Durchmessers und mit einer zwischen diesen Bunden angeordneten Balgvorrichtung, deren innere Umhüllende und äußere Umhüllende im Durchmesser zum Bund kleineren Durchmessers hin abnimmt, dadurch gekennzeichnet,daß die Balgvorrichtung mindestens eine Balgrippe hat, die sich wendel förmig vom einen zum anderen Bund erstreckt.
2. Faltenbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der
Wendel kürzer ist als die Summe der Länge der Balgrippen rotations
symmetrischer, vergleichbarer Balgvorrichtungen.
3. Faltenbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung
der Wendel kleiner als 15° ist.
4. Faltenbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der
Wendel kleiner als 10° aber größer als 2° ist.
5. Faltenbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung
der Wendel konstant ist.
6. Faltenbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung
der Wendel zum Bund kleineren Durchmessers hin abnimmt.
7. Faltenbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der
Wendel zum Bund größeren Duchmessers hin abnimmt.
8. Faltenbalg nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Balgrippen konstant ist und
lediglich im Bereich der Bünde zu je einem Auslaufbereich hin niedriger
wird.
9. Faltenbalg nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Höhe der Balgrippen zum Bund kleineren Durch
messers hin kleiner wird.
10. Faltenbalg nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Balgrippen zum Bund
größeren Durchmessers hin abnimmt.
11. Faltenbalg nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß auf den Bund kleineren Durchmessers eine
ungefähr radiale Fläche folgt, in deren Umfang hinein die Wendel ausläuft.
12. Faltenbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine
Balgrippe vorgesehen ist.
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