DE102011107580B4 - Bellows and method of making a bellows - Google Patents
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Abstract
Faltenbalg, mit einem als Hohlkörper ausgebildeten, sich in einer Längsrichtung erstreckenden Balgkörper (2), der über eine im Querschnitt ringförmige, einen Balginnenraum (5) radial außen umschließende biegeflexible Balgwand (4) verfügt, die faltenartig mit in ihrer Längsrichtung aufeinanderfolgenden Falten (6) strukturiert ist und die in ihrer Dickenrichtung (17) einen mehrlagigen Aufbau hat und über mehrere biegeflexible Wandlagen (16) verfügt, wobei wenigstens zwei Wandlagen (16) unter Definition eines zwischen ihnen befindlichen Zwischenraumes (18) zueinander beabstandet sind und in dem Zwischenraum (18) Abstützmittel (22) angeordnet sind, die eine gegenseitige Abstützung der Wandlagen (16) in der Dickenrichtung (17) der Balgwand (4) hervorrufen und gleichzeitig zur gegenseitigen Entkopplung der Wandlagen (16) ein relatives Verschieben zwischen den Wandlagen (16) quer zur Dickenrichtung (17) der Balgwand (4) zulassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützmittel (22) in wenigstens einem Zwischenraum (18) von einer aus einem Pulver oder Granulat bestehenden Abstützschicht (23) gebildet sind.Bellows having a bellows body (2) designed as a hollow body and extending in a longitudinal direction, which has a bending flexible bellows wall (4) which is annular in cross-section and encloses a bellows interior (5) radially on the outside, the folds having folds (6) following one another in the longitudinal direction ) is structured in its thickness direction (17) and has a plurality of flexurally flexible wall layers (16), wherein at least two wall layers (16) are spaced apart by defining an intermediate space (18) between them and in the space ( 18) supporting means (22) are arranged, which cause a mutual support of the wall layers (16) in the thickness direction (17) of the bellows wall (4) and at the same time for mutual decoupling of the wall layers (16) relative displacement between the wall layers (16) transversely to the thickness direction (17) of the bellows wall (4), characterized in that the supporting means (2 2) are formed in at least one intermediate space (18) by a support layer (23) consisting of a powder or granulate.
Description
Die Erfindung betrifft einen Faltenbalg, mit einem als Hohlkörper ausgebildeten, sich in einer Längsrichtung erstreckenden Balgkörper, der über eine im Querschnitt ringförmige, einen Balginnenraum radial außen umschließende biegeflexible Balgwand verfügt, die faltenartig mit in ihrer Längsrichtung aufeinanderfolgenden Falten strukturiert ist und die in ihrer Dickenrichtung einen mehrlagigen Aufbau hat und über mehrere biegeflexible Wandlagen verfügt, wobei wenigstens zwei Wandlagen unter Definition eines zwischen ihnen befindlichen Zwischenraumes zueinander beabstandet sind und in dem Zwischenraum Abstützmittel angeordnet sind, die eine gegenseitige Abstützung der Wandlagen in der Dickenrichtung der Balgwand hervorrufen und gleichzeitig zur gegenseitigen Entkopplung der Wandlagen ein relatives Verschieben zwischen den Wandlagen quer zur Dickenrichtung der Balgwand zulassen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Faltenbalges.The invention relates to a bellows, having a hollow body formed in a longitudinally extending bellows body, which has a ring-shaped in cross-section, a bellows interior radially outwardly enclosing bending flexible bellows wall, which is structured like a fold with successive folds in their longitudinal direction and in their thickness direction has a multi-layer structure and has a plurality of flexible wall layers, wherein at least two wall layers are defined by defining a gap between them to each other and in the space support means are arranged which cause mutual support of the wall layers in the thickness direction of the bellows wall and at the same time for mutual decoupling the wall layers allow a relative displacement between the wall layers transverse to the thickness direction of the bellows wall. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a bellows.
Gemäß
Zwar wäre es denkbar, zur Vermeidung der Biegespannungen die Wanddicke der Balgwand zu reduzieren. Dies wäre allerdings verbunden mit einem Stabilitätsverlust und einer Reduktion der bei einer Nutzung als Aktor erzeugbaren Stellkräfte.Although it would be conceivable to reduce the wall thickness of the bellows wall to avoid the bending stresses. However, this would be associated with a loss of stability and a reduction of the actuating forces that can be generated when used as an actuator.
Im Stand der Technik sind vielfältige weitere Faltenbalgstrukturen bekannt, die alle unter dem gleichen Mangel leiden. Zu erwähnen sind in dieser Hinsicht auf der Basis von Faltenbälgen realisierte Strukturen, die beispielsweise in der
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Faltenbalg zu schaffen, dessen Balgkörper bei hoher Stabilität und gutem Verformungsvermögen über eine lange Lebensdauer verfügt. Außerdem soll ein zur Herstellung eines solchen Faltenbalges besonders vorteilhaftes Verfahren bereitgestellt werden.The invention has for its object to provide a bellows, the bellows body has high stability and good deformability over a long life. In addition, a method particularly advantageous for producing such a bellows is to be provided.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Faltenbalg in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass die Abstützmittel in wenigstens einem Zwischenraum von einer aus einem Pulver oder Granulat bestehenden Abstützschicht gebildet sindTo solve this problem is provided in a bellows in conjunction with the features mentioned that the support means are formed in at least one space of a consisting of a powder or granules backing layer
Somit setzt sich die Balgwand des Balgkörpers aus mehreren biegeflexiblen Wandlagen zusammen, die durch Abstützmittel auf Abstand zueinander gehalten werden, welche sich zwischen den beiden Wandlagen in einem dort befindlichen Zwischenraum befinden. Die Balgwand enthält beispielsweise zwei solcher Wandlagen oder auch eine größere Anzahl solcher Wandlagen, wobei zwischen in der Dickenrichtung der Balgwand benachbarten Wandlagen jeweils ein mit Abstützmitteln versehener Zwischenraum angeordnet ist. Je dünner die Wandlagen ausgebildet sind, desto besser ist ihr Biegevermögen, weil die sich aufbauenden Biegespannungen von der Wanddicke abhängen und umso kleiner sind, je dünner eine Wandlage ist. Setzt sich daher die Balgwand aus mehreren dünnwandigen Wandlagen zusammen, kann verglichen mit einer gleichdicken, einlagigen Balgwand eine signifikante Verringerung der im Bereich der Falten auftretenden Biegespannungen erzielt werden. Wie sich allerdings herausgestellt hat, ist es bei einem derartig mehrlagigen Aufbau der Balgwand wichtig, dass die einzelnen Wandlagen quer zur Dickenrichtung der Balgwand relativ zueinander beweglich sind, so dass zwischen ihnen in der Längsrichtung der gefalteten Balgwand und auch in der Umfangsrichtung dieser Balgwand keine oder zumindest keine relevanten Kräfte übertragbar sind, die die relative Beweglichkeit zwischen den sich umschließenden Wandlagen beeinträchtigen könnten. Vor diesem Hintergrund ist es von Vorteil, dass in dem Zwischenraum zwischen den jeweils in der Dickenrichtung der Balgwand benachbarten Wandlagen Abstützmittel angeordnet sind, die zwar die genannten Wandlagen in der Dickenrichtung der Balgwand gegenseitig abstützen, gleichwohl aber ein relatives Verschieben zwischen diesen Wandlagen quer zur Dickenrichtung der Balgwand zulassen. Durch die gegenseitige Abstützung erreicht man eine hohe Druckfestigkeit der mehrlagigen Balgwand gegen im Balginnenraum herrschende Innendrücke und hat somit keine diesbezüglichen relevanten Einbußen im Vergleich zu einer einstückigen Balgwand gleicher Dimensionierung. Gleichzeitig wird durch die relative Verschiebbarkeit der Wandlagen eine wirksame Entkopplung zwischen diesen Wandlagen erzielt, so dass gegenseitige Behinderungen bei der Biegeverformung der Faltenbereiche ausgeschlossen oder zumindest sehr stark herabgesetzt sind und dementsprechend die in den Wandlagen auftretenden Biegespannungen auch bei großer Längendehnung des Balgkörpers auf einem geringen Niveau liegen. Somit verspricht der Faltenbalg eine hohe Lebensdauer. Indem die Abstützmittel in wenigstens einem Zwischenraum von einer Abstützschicht gebildet sind, die aus einem Pulver oder Granulat besteht, wird erreicht, dass sich die betreffende Abstützschicht aus einer Vielzahl kleinster Partikel zusammensetzt, die sich optimal zwischen den benachbarten Wandlagen verteilen können und die nach der Herstellung des mehrlagigen Balgkörpers leicht in der gewünschten Menge eingefüllt werden können.Thus, the bellows wall of the bellows body is composed of a plurality of flexurally flexible wall layers, which are held by supporting means at a distance from each other, which is located between the two wall layers are located in a space located there. The bellows wall contains, for example, two such wall layers or even a larger number of such wall layers, wherein in each case a space provided with support means is arranged between wall layers adjacent in the thickness direction of the bellows wall. The thinner the wall layers are formed, the better their bending capacity, because the bending stresses arising depend on the wall thickness and are the smaller, the thinner a wall layer. If, therefore, the bellows wall is composed of a plurality of thin-walled wall layers, a significant reduction in the bending stresses occurring in the region of the folds can be achieved compared to an equally thick, single-layer bellows wall. However, as has been found, it is important in such a multi-layered structure of the bellows wall that the individual wall layers are movable transversely to the thickness direction of the bellows wall relative to each other, so that between them in the longitudinal direction of the folded bellows wall and in the circumferential direction of this bellows wall no or at least no relevant forces are transferable, which could affect the relative mobility between the enclosing wall layers. Against this background, it is advantageous that in the intermediate space between each adjacent in the thickness direction of the bellows wall wall support means are arranged, which support each other said wall layers in the thickness direction of the bellows wall, however, however, a relative displacement between these wall layers transverse to the thickness direction allow the bellows wall. Due to the mutual support to reach a high pressure resistance of the multilayer bellows wall against prevailing inside the bellows interior pressures and thus has no relevant relevant losses compared to a one-piece bellows wall of the same dimensions. At the same time an effective decoupling between these wall layers is achieved by the relative displacement of the wall layers, so that mutual disabilities in bending deformation of the fold areas excluded or at least greatly reduced and, accordingly, occurring in the wall layers bending stresses even at high elongation of the bellows body at a low level lie. Thus, the bellows promises a long service life. By the support means are formed in at least one space of a support layer, which consists of a powder or granules, it is achieved that the relevant support layer composed of a plurality of minute particles that can be optimally distributed between the adjacent wall layers and after manufacture of the multilayer bellows body can be easily filled in the desired amount.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Wie schon erwähnt, enthält die mehrlagige Balgwand mindestens zwei durch in dem dazwischen befindlichen Zwischenraum angeordnete Abstützmittel gegenseitig abgestützte Wandlagen. Im einfachsten Fall enthält die Balgwand lediglich zwei derartige Wandlagen und nur einen einzigen, zwischen diesen beiden Wandlagen befindlichen Zwischenraum, in dem sich Abstützmittel befinden. Grundsätzlich kann die Belastbarkeit der Balgwand durch eine Vergrößerung der Anzahl der in der Wand-Dickenrichtung aufeinanderfolgend angeordneten Wandlagen vergrößert werden, so dass eine vorteilhafte Wandstruktur beispielsweise über mindestens drei und vorzugsweise drei bis zehn Wandlagen verfügt, zwischen denen sich jeweils ein mit Abstützmitteln versehener Zwischenraum erstreckt.As already mentioned, the multilayer bellows wall contains mutually supported wall layers by at least two support means arranged in the intermediate space between them. In the simplest case, the bellows wall contains only two such wall layers and only a single intermediate space located between these two wall layers, in which support means are located. In principle, the load capacity of the bellows wall can be increased by increasing the number of wall layers arranged successively in the wall thickness direction, so that an advantageous wall structure has, for example, at least three and preferably three to ten wall layers, between each of which a space provided with support means extends ,
Eine besonders vorteilhafte Formgebung der peripheren Balgwand verfügt über eine im Längsschnitt gesehen mäanderförmige Faltenstruktur. Alle Wandlagen weisen hierbei im Bereich der Falten eine gerundete Formgebung auf, die Spannungsspitzen vermeidet.A particularly advantageous shaping of the peripheral bellows wall has a meandering fold structure seen in longitudinal section. All wall layers here have a rounded shape in the area of the folds, which avoids stress peaks.
Vorzugsweise bestehen die Wandlagen der Balgwand aus einem formstabilen, gleichwohl jedoch bevorzugt dünnwandigen Kunststoffmaterial.Preferably, the wall layers of the bellows wall of a dimensionally stable, but nevertheless preferably thin-walled plastic material.
Als Kunststoffmaterial zur Realisierung der einzelnen Wandlagen empfiehlt sich insbesondere Polyamid.As a plastic material for the realization of the individual wall layers, in particular polyamide is recommended.
Vorzugsweise sind in sämtlichen der mehreren Zwischenräume die Abstützmittel von einer aus Pulver oder Granulat bestehenden Abstützschicht gebildet. Hiervon abweichend kann die Abstützschicht in wenigstens einem Zwischenraum aber beispielsweise auch aus einem Fluid bestehen, wobei insbesondere an eine Flüssigkeit oder an eine Paste gedacht ist. Ein gasförmiges Fluid, beispielsweise Druckluft, wäre allerdings auch möglich, wenn der von ihm aufgebaute Abstützdruck ausreichend groß ist, um die Wandlagen selbst bei einem hohen Innendruck im Balginnenraum an einer radialen Auslenkung mit der Folge einer gegenseitigen Berührung zu hindern.Preferably, in all of the plurality of intermediate spaces, the support means are formed by a backing layer made of powder or granules. Deviating from this, however, the supporting layer can consist in at least one intermediate space but also, for example, of a fluid, wherein in particular a liquid or a paste is intended. However, a gaseous fluid, for example compressed air, would also be possible if the support pressure built up by it is sufficiently large to prevent the wall layers from radial contact with the result of mutual contact even at a high internal pressure in the interior of the bellows.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, die Abstützschicht in wenigstens einem Zwischenraum als Festkörper mit gummielastischen Eigenschaften zu realisieren. Beispielsweise kann die Abstützschicht aus einer Materialschicht aus Gummi oder Silikon bestehen.A further embodiment provides to realize the support layer in at least one intermediate space as a solid body with rubber-elastic properties. For example, the support layer may consist of a material layer of rubber or silicone.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Faltenbalges bestehen die Abstützmittel in wenigstens einem Zwischenraum aus einer Vielzahl von zueinander beabstandeten Stützstreben, die sich in dem Zwischenraum jeweils in der Dickenrichtung der Balgwand zwischen den beiden Wandlagen erstrecken. Zwischen den einzelnen Stützstreben liegende Bereiche des Zwischenraumes können dabei als mindestens ein ungefüllter Hohlraum verbleiben oder mit einer Abstützschicht der oben bereits geschilderten Art befüllt sein. Zur vorteilhaften Realisierung empfiehlt es sich, die Stützstreben jeweils mit zumindest einer der Wandlagen einstückig auszubilden. Eine einstückige Ausbildung der Stützstreben mit jeweils beiden Wandlagen wird bevorzugt. Eine solche Bauform lässt sich vor allem mittels eines generativen Fertigungsverfahrens sehr einfach realisieren.In a further embodiment of the bellows, the support means in at least one intermediate space consist of a plurality of mutually spaced support struts which extend in the intermediate space respectively in the thickness direction of the bellows wall between the two wall layers. Between the individual support struts lying areas of the intermediate space can remain as at least one unfilled cavity or be filled with a support layer of the above-mentioned type. For advantageous implementation, it is recommended that the support struts in each case with at least one of the wall layers form integrally. A one-piece design of the support struts, each with two wall layers is preferred. Such a design can be realized very easily, especially by means of a generative manufacturing process.
Um die Verschiebbarkeit der durch die Stützstreben gegenseitig abgestützten Wandlagen zu gewährleisten, sind die Stützstreben zweckmäßigerweise entweder nur lose anliegend an den Wandlagen angeordnet oder gelenkig mit den Wandlagen verbunden. Beispielsweise könnten sie einstückig über nach Art von Filmscharnieren ausgebildete Gelenke mit den Wandlagen verbunden sein. Bei einem nur losen Kontakt empfiehlt es sich, die vorhandene Vielzahl von Stützstreben mittels eines sich in dem Zwischenraum erstreckenden Stützkorsetts in der gewünschten Relativlage gegenseitig zu fixieren.In order to ensure the displaceability of the mutually supported by the support struts wall layers, the support struts are expediently either loosely fitting arranged on the wall layers or hinged to the wall layers. For example, they could be integrally connected via hinges designed in the manner of film hinges with the wall layers. In the case of only loose contact, it is recommended that the existing plurality of support struts be mutually fixed in the desired relative position by means of a support corset extending in the intermediate space.
An ihren axialen Endbereichen sind die von den Abstützmitteln gegenseitig abgestützten Wandlagen zweckmäßigerweise fest miteinander verbunden, so dass sie dort keinerlei Relativbewegung zueinander ausführen können. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass sie – beispielsweise einstückig – an je einem axial angeordneten Kopfstück des Balgkörpers angebracht sind. Sie können aber auch direkt einstückig miteinander verbunden sein.At their axial end regions, the mutually supported by the support means wall layers are suitably firmly connected to each other so that they can perform there any relative movement to each other. This is done in particular by the fact that they are - for example in one piece - attached to each an axially disposed headpiece of the bellows body. But they can also be connected directly in one piece.
Die oben genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Faltenbalges dadurch gelöst, dass der Balgkörper aus einem pulverförmigen Ausgangsmaterial generativ gefertigt wird, wobei zur Bildung der aus Pulver oder Granulat bestehenden Abstützschicht das zwischen benachbarten Wandlagen energetisch unbehandelt befindliche pulverförmige Ausgangsmaterial im Ursprungszustand belassen wird.The abovementioned object is achieved in a method for producing a bellows in that the bellows body is produced generatively from a pulverulent starting material, the powdery starting material located between adjacent wall layers being left untreated in an original state to form the backing layer consisting of powder or granules.
Auf diese Weise ist der Balgkörper generativ gefertigt. Hierbei besteht die vorteilhafte Möglichkeit, die Abstützschicht dadurch zu realisieren, dass man das zur Fertigung verwendete pulverförmige Ausgangsmaterial in dem zwischen benachbarten Wandlagen befindlichen Bereich energetisch nicht behandelt, so dass es im Ursprungszustand verbleibt und den Zwischenraum ausfüllt. Hierdurch erspart man sich ein nachträgliches Befüllen des Zwischenraumes. Als generatives Fertigungsverfahren empfiehlt sich insbesondere das sogenannte selektive Lasersintern. Letzteres ist ein Verfahren, bei dem räumliche Strukturen durch Sintern aus einem pulverförmigen Kunststoffmaterial hergestellt werden. Es handelt sich hierbei um ein generatives Schichtbauverfahren, wobei das Werkstück – hier: der mehrlagige Balgkörper – Schicht für Schicht aufgebaut werden kann.In this way, the bellows body is made generative. In this case, there is the advantageous possibility of realizing the supporting layer by not energetically treating the pulverulent starting material used for the production in the region located between adjacent wall layers, so that it remains in the original state and fills the intermediate space. This saves you a subsequent filling of the gap. In particular, so-called selective laser sintering is recommended as a generative production method. The latter is a method in which spatial structures are produced by sintering from a powdery plastic material. This is a generative layer construction process, whereby the workpiece - here: the multilayer bellows body - can be built up layer by layer.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In this show:
Die aus der Zeichnung ersichtlichen Ausführungsbeispiele des in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer
Ein wesentlicher Bestandteil des als Hohlkörper ausgebildeten Balgkörpers
Die Balgwand
Die Faltenstruktur äußert sich in einer in der Achsrichtung der Längsachse
Im Bereich der Innenfalten
Im Längsschnitt gesehen hat die Balgwand
Die Übergangs-Wandabschnitte
An seinen beiden einander axial entgegengesetzten Stirnseiten weist der Balgkörper
Die Balgwand
In den Balginnenraum
Zur Fixierung an externen Strukturen kann mindestens ein Kopfstück
Die Längenvariation des Balgkörpers
Im drucklosen Zustand des Balginnenraumes
Eine besondere Struktur der Balgwand
Die erwähnten Maßnahmen zur Verbesserung der Dauerfestigkeit der Balgwand
Durch die Abstützmittel
Der mehrlagige Aufbau der Balgwand
Allerdings ist es nicht nur der mehrlagige und intern abgestützte Aufbau der Balgwand allein, der für die Verringerung der strukturellen Belastung verantwortlich ist. Ein wesentlicher Faktor ist auch die Ausgestaltung der Abstützmittel
Mit einer derart aufgebauten Balgwand
Die Anzahl der vorhandenen Wandlagen
Jede Wandlage
Mit Ausnahme des in
Ist eine Balgwand
Die einzelnen Wandlagen
Jede Wandlage
Abweichend vom Ausführungsbeispiel können die Wandlagen
Im Folgenden sollen verschiedene, besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Abstützmittel
Bei dem anhand
Jede Wandlage
Durch einen solchen Schichtaufbau der Abstützmittel
Die Abstützschicht
Ersichtlich kann die Abstützschicht
In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, wenn die Abstützschicht
Bei einer weiteren Ausführungsform besteht die Abstützschicht
Auch beispielsweise aus einem Pulver oder Granulat kann die Abstützschicht
Der die Abstützmittel
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für vorteilhaft gestaltete Abstützmittel
Die Stützstreben
Für die Herstellung der Balgwand
Dieses vorgenannte Verfahren bietet sich im Übrigen auch für die anderen Ausführungsbeispiele der Balgwand
Damit bei einer festen Verbindung zwischen den Stützstreben
Bei fester Verbindung zwischen den Stützstreben
Die zwischen den Stützstreben
Unabhängig von der Art der darin enthaltenen Abstützmittel
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