EP2519747B1

EP2519747B1 - Führungseinrichtung für einen metallbalg

Info

Publication number: EP2519747B1
Application number: EP09801177.8A
Authority: EP
Inventors: Herbert Baltes
Original assignee: Hydac Technology GmbH
Current assignee: Hydac Technology GmbH
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: JP2013516580A; EP2519747A1; JP5711264B2; WO2011079851A1; US20120211111A1; US8844575B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Führungseinrichtung für einen Metallbalg, der an zumindest einem Balgende einen bei Ausziehen und Zusammenziehen des Balges entlang der Wand eines Gehäuses bewegbaren Endkörper aufweist, wobei zwischen diesem und dem Gehäuse ein Führungsmittel vorhanden ist, wobei das Führungsmittel zumindest einen einen Umfangsbereich des Endkörpers umgebenden Ringkörper aufweist, der an seinem Außenumfang erste Ringflächenteile bildet, die einen Radialabstand von der Wand des Gehäuses besitzen und durch am Außenumfang verteilte, über die ersten Ringflächenteile radial vorstehende zweite Ringflächenteile voneinander getrennt sind.
Metallbälge kommen auf verschiedenen technischen Gebieten als längenvariables Bauelement zum Einsatz, beispielsweise wenn ein Längenausgleich bei Leitungen oder Kupplungsverbindungen für strömungsfähigen Medien erforderlich ist. Besonders häufig werden Metallbälge auch bei Hydrospeichern als bewegliches Trennelement zwischen Gasseite und Fluidseite eingesetzt. Insbesondere bei Anwendungen, bei denen die Bewegungen beim Ausziehen und Zusammenziehen des Balges verhältnismäßig weitläufig stattfinden oder wenn, wie dies bei Pulsationsdämpfern oder Schockabsorbern der Fall ist, hin- und hergehende Bewegungen mit verhältnismäßig hoher Frequenz und/oder höheren Beschleunigungswerten erfolgen, ist es für die Lebensdauer des Balges wesentlich, dass das jeweilige Ende des Balges, das sich im Betrieb entlang einer Gehäusewand bewegt, sicher geführt ist.
Diesbezüglich ist es daher Stand der Technik, am beweglichen Ende des betreffenden Balges ein Führungsmittel vorzusehen. Bei einer einen nach-veröffentlichten Stand der Technik darstellenden Lösung, die in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 036 487.5 offenbart ist, ist die Führungsanordnung in der Weise ausgebildet, dass am Umfangsrand des beweglichen Endkörpers des Balges einzelne, um den Umfang des Endkörpers verteilte Führungskörper angebracht sind, die Gleitkörper bilden, die mit einer äußeren Gleitfläche an der Gehäusewand anliegend geführt sind. Die Gleitflächen dieser Körper besitzen einen radialen Abstand vom Außenumfang des Endkörpers, so dass zwischen den einzelnen Führungskörpern Fluiddurchgänge entlang der Gehäusewand gebildet sind.
Diese Führungskörper sind als Führungsschuhe ausgebildet, die bei dem topfartig gestalteten Endkörper den Umfangsrand des Topfes übergreifen, dessen kreiszylinderförmige Seitenwand sich ins Innere des Balges erstreckt. Bei aus einem Kunststoffwerkstoff guter Gleiteigenschaften gebildeten Führungskörpern werden gute Führungseigenschaften erreicht, d.h. die Führung ermöglicht einen sicheren Langzeitbetrieb bei günstigen Reibungsverhältnissen zwischen Führungskörper und Gehäusewand. Andererseits gestaltet sich die Herstellung aufwendig und kostenintensiv. Die einzelnen Führungskörper, die in einem gesonderten Fertigungsschritt hergestellt sind, müssen zum Montageort gebracht und am Endrand des Endkörpers des betreffenden Balges montiert werden. Um eine sichere Verankerung der Führungskörper zu gewährleisten sind die Führungskörper als Führungsschuhe mit einem im Querschnitt U-ähnlichen Profil gestaltet, dessen Schenkel den Endrand des topfartigen Endkörpers übergreifen. Dabei muß sowohl am Endrand des Topfes eine Raste als auch im Inneren des Profils der Führungsschuhe zumindest eine Hinterschneidung vorhanden sein, um die Sicherung der Führungskörper durch Verklipsen zu ermöglichen. Die Ausbildung von Hinterschneidungen bedingt eine aufwändige Herstellung der Führungsschuhe durch Pressformen.
Die JP 02-195001 zeigt einen Faltenbalg auf, der über ein ringförmiges Führungselement gegenüber einer Gehäusewand abgestützt ist. Das Führungselement weist radiale Projektionen und zwischen den Projektionen liegende Fluiddurchlässe auf. Das Führungselement ist im Querschnitt L-förmig und greift in eine Falte des Balges ein.
Aus der JP 10-019001 geht ein Faltenbalg hervor, der endseitig mit einem Endstück verschweißt ist. Am Endstück ist wiederum ein Führungselement endseitig befestigt. Das Führungselement weist Projektionen auf, die das Balgende von der Gehäusewand beabstanden.
Mit der JP 02-113139 und der JP 2009-228715 gehören Faltenbälge zum Stand der Technik, bei denen jeweils ein im Querschnitt U-förmiges Führungselement ein Endstück und eine Endfalte des Balges umgreift.
Im Hinblick hierauf liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Führungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, die bei Beibehaltung der guten Führungs- und Betriebseigenschaften der erwähnten Lösung des Standes der Technik sich durch eine wesentliche Vereinfachung der Herstellung und damit eine Verringerung der Herstellungskosten auszeichnet.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Führungseinrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Der jeweilige Ringkörper greift mit einem die ersten Ringflächenteile bildenden Ringteil in eine umfängliche Ringnut ein, die am Endkörper angeordnet ist. Diese Vergrößerung des Abstandes der Führungsstelle vom unbeweglichen Balgende begünstigt die Kippsicherheit der Führung. Die Sicherung des Ringkörpers durch Einschnappen in eine Ringnut ermöglicht eine besonders einfache Montage.
Das Führungsmittel weist einen einen Umfangsbereich des Endkörpers des Balges umgebenden Ringkörper auf und dieser bildet an seinem Außenumfang sowohl Ringflächenteile, die einen Radialabstand von der Wand des Gehäuses besitzen, als auch über den Außenumfang verteilte, radial über die ersten Ringflächenteile vorstehende zweite Ringflächenteile. Diese radial vorstehenden Ringflächenteile bilden hierbei die an der Gehäusewand geführten Gleitflächen, die die demgegenüber radial zurückgenommenen ersten Ringflächenteile in Umfangsrichtung voneinander trennen. Ein einheitlicher Ringkörper übernimmt somit nicht nur die Funktion der Führungskörper der Lösung gemäß dem Stand der Technik, sondern an den zwischen den zweiten Ringflächenteilen gelegenen, radial zurückgenommenen ersten Ringflächenteilen auch die Bildung der Fluiddurchgänge zwischen Gehäusewand und Endkörper des Balges.
Vorzugsweise ist der Ringkörper aus einem Kunststoffwerkstoff mit guten Gleiteigenschaften gebildet, wobei sich eine leichtgewichtige, durch Spritzformen leicht herstellbare Bauweise ergibt.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Balg an dem dem bewegbaren Endkörper entgegengesetzten Balgende an einem gehäusefesten Haltering festgelegt, der den Innenraum des Balges gegenüber der Wand des Gehäuses abdichtet, wobei der Endkörper einen den Innenraum des Balges am zugeordneten Balgende dicht abschließenden Verschlusskörper bildet. Eine solche Bauweise ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Metallbalg als bewegliches Trennelement zwischen Gasseite und Fluidseite eines Hydrospeichers eingesetzt wird.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann der Ringkörper ein Innenringteil mit zumindest einem radial nach innen in die zugeordnete Ringnut vorspringenden Innenrand und ein Außenringteil aufweisen, an dem außenseitig die ersten und zweiten Ringflächenteile gebildet sind, wobei das Außenringteil und erstes und zweites Ringflächenteil eine größere axiale Breite als die Weite der Ringnut und die Breite des darin aufgenommenen Innenrandes des Innenringteiles aufweisen. Eine derartige Gestaltung des Ringkörpers eröffnet die Möglichkeit, die axiale Abmessung der am Außenringteil gebildeten zweiten Ringflächenteile, die die eigentlichen Gleitflächen an der Gehäusewand bilden, mit einer axial weit größeren Abmessung auszubilden als es der Breite der den Ringkörper sichernden Ringnut entspricht. Dadurch ergeben sich für die in Axialrichtung entsprechend ausgedehnten Gleitflächen optimale Führungseigenschaften an der Gehäusewand.
Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass das dem Boden des Gehäuses nächstgelegene Ende des Innenringteiles des Ringkörpers eine radial nach innen ragende Lippe bildet, die sich vom radial außenliegenden Randbereich nach innen erstreckt und den Randbereich auf eine schmale Ringfläche begrenzt. Beim Betrieb der Einrichtung bildet somit ein schmaler, axial vorspringender Randbereich die Berührungsfläche bei der Anlage an der Fläche des Gehäusebodens bei dem voll ausgezogenen Zustand des Balges. Die Nachgiebigkeit des Kunststoffwerkstoffes, aus dem der Ringkörper gebildet ist, wirkt beim Anschlagen an der Bodenfläche somit als dämpfendes Element, wobei wegen der aufgrund der Schrägfläche gebildeten Berührungsfläche verringerter Größe keine Gefahr des Anhaftens am Gehäuseboden gegeben ist.
Vorzugsweise sind die zweiten Ringflächenteile mit gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet, wobei für eine reibungsarme jedoch sichere Führung vorzugsweise 4 bis 12 zweite Ringflächenteile am betreffenden Ringkörper vorhanden sind.
Gegenstand der Erfindung ist entsprechend dem Patentanspruch 8 auch ein Hydrospeicher mit einem Speichergehäuse, in dem als bewegliches Trennelement zwischen einer Gasseite und einer Fluidseite ein Metallbalg vorgesehen ist, wobei für diesen eine Führungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 vorhanden ist.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen gegenüber einer praktischen Ausführungsform geringfügig verkleinert und schematisch vereinfacht gezeichneten Längsschnitt eines für einen Einsatz als Schockabsorber vorgesehenen Hydrospeichers mit einem als bewegliches Trennelement zwischen Gasseite und Fluidseite dienenden Metallbalg, versehen mit einer Führungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2: eine teilweise aufgeschnitten dargestellte Draufsicht des Hydrospeichers von Fig. 1;
Fig. 3: eine perspektivische Schrägansicht lediglich des Ringkörpers als Bestandteil der Führungseinrichtung des Ausführungsbeispieles ;
Fig. 4: eine Draufsicht des Ringkörpers von Fig. 3;
Fig. 5: eine Schnittdarstellung entsprechend der Schnittlinie XII-XII von Fig. 4 und
Fig. 6: einen gegenüber Fig. 5 größer gezeichneten Teilausschnitt lediglich des in Fig. 5 mit XIII bezeichneten Bezirks.

Die Fig. 1 bis 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Führungseinrichtung bei einem Hydrospeicher in Form eines Schockabsorbers. Ein als Ganzes mit 1 bezeichnetes Speichergehäuse weist ein Gehäusehauptteil 3 in Form eines kreiszylindrischen Topfes auf, der an dem in der Zeichnung oben liegenden Ende bis auf eine Füllöffnung 7 geschlossen ist, die mit der Gehäuselängsachse 9 fluchtet und bei der Darstellung von Fig. 1 durch einen Schweißkern fluiddicht abgeschlossen ist. Zum Verschluss des oberen Endes des Topfes ist ein Abschlussteil 13 längs einer Schweißlinie 16 mit dem Gehäusehauptteil 3 dicht verschweißt. Zur Achse 9 konzentrisch befindet sich im Boden 69 des Topfes ein Fluideinlass 15 mit einem äußeren Anschlussstutzen 17. Bei der Darstellung von Fig. 1 ist auf dem Außengewinde des Anschlussstutzens 17 eine Gewindeschutzkappe 20 aufgeschraubt.
Im Inneren des Speichergehäuses bildet eine Metallbalgeinheit ein bewegliches Trennelement zwischen einer Gasseite 21, die an das Abschlussteil 13 angrenzt und über die Füllöffnung 7 mit einem Arbeitsgas, vorzugsweise N₂, mit einem Gas-Vorfülldruck befüllbar ist. Bei der Darstellung von Fig. 1 befindet sich der Balg 19 in seinem vollständig ausgezogenen Zustand, wobei das Volumen der Gasseite 21 den Größtwert besitzt, während die an den Fluideinlass 15 angrenzende Fluidseite 23 ihr kleinstes Volumen besitzt. Die Balgeinheit ist mit dem dem Gehäusabschlussteil 13 benachbarten Balgende 29, genauer gesagt, an dem radial außenliegenden Rand der letzten Balgfalte, mit einem metallischen Haltering 25 fluiddicht verschweißt. Der Haltering 25 seinerseits ist mit dem Speichergehäuse an der Trennstelle zwischen Abschlussteil 13 und Hauptteil 3 an der Schweißlinie 16 verschweißt. Beim Zusammenbau des Speichergehäuses und dem Einbau der Balgeinheit ist daher die Schweißlinie 16 über den Haltering 25 vom Balgende 29 thermisch zumindest teilweise isoliert. Der Schweißbereich des Balgendes 29 am Haltering 25 ist in der Fig. mit 27 bezeichnet, der Stelle, wo der Haltering 25 eine axiale Auswölbung als Schweißbereich bildet.
Das dem gehäusefesten Balgende 29 gegenüberliegende, bewegliche Balgende 31 ist am radial außenliegenden Endrand der letzten Balgfalte mit einem metallischen Endkörper 35 verschweißt, der einen Verschlusskörper bildet, der den Innenraum des Balges 19 fluiddicht verschließt und damit die Trennung zwischen Gasseite 21 und Fluidseite 23 bildet.
Ein zylindrischer Einsatzkörper 73, der sich vom Abschlussteil 13 ins Innere des Balges 19 erstreckt, bewirkt eine entsprechende Verringerung des Volumens der Gasseite 21 und bildet gleichzeitig einen Endanschlag, an dem der bewegliche Endkörper 35 des Balges 19 bei dem voll zusammengezogenen Zustand anläuft. In Fig. 1 ist der Balg 19 in seiner nahezu voll ausgezogenen Position dargestellt, in der sich der Endkörper 35 in einem geringen Abstand von der ebenen Bodenfläche 71 des Bodens 69 befindet.
Der Endkörper 35 ist auf der der Innenseite des Balges 19 zugewandten Seite im wesentlichen ebenflächig, abgesehen von einem axial leicht vorstehenden Umfangsrand 75, der die Schweißstelle am zugeordneten Balgende 31 bildet. Vom Umfangsrand 75 axial abgesetzt, bildet der Endkörper 35 eine Ringnut 77 als Sitz für ein Innenringteil 79 des Ringkörpers 47 der Führungseinrichtung. Gegenüber der Ringnut 77 axial abgesetzt, bildet der Endkörper 35 eine Stufe, an deren Stufenfläche eine radial nach innen ragende Lippe 81 des Ringteiles 79 anliegt. Der in Fig. 3 bis 6 dargestellte Ringkörper 47 weist, radial nach außen an das Innenringteil 79 anschließend, ein Außenringteil 83 auf, das innere Ringflächenteile 51 bildet, die durch äußere Ringflächenteile 53 voneinander getrennt sind, die an radial vorstehenden Führungskörpern 55 außenseitig Gleitflächen zur Anlage an der Gehäusewand bilden. Der Ringkörper 47 ist aus einem Kunststoffmaterial mit guten Gleiteigenschaften gebildet und kann mittels Drehen oder Fräsen hergestellt sein, aber auch als pressgeformtes Bauteil ausgebildet werden.
Eine Besonderheit des Ringkörpers 47 besteht, wie am besten aus Fig. 6 zu ersehen, darin, dass die Lippe 81 zwischen dem radial äußeren Ende 85 und ihrem inneren Ende eine Schrägfläche 87 bildet, dergestalt, dass der Ringkörper 47 am Ende 85 einen verhältnismäßig schmalen Randbereich bildet. Bei am Endkörper 35 des Balges angebrachtem Ringkörper 47 bildet somit dieser axial vorspringende Randbereich am Ende 85 die Berührungsfläche bei der Anlage an der Bodenfläche 71 des Bodens 69 bei dem voll ausgezogenen Zustand des Balges 19. Die Nachgiebigkeit des Kunststoffwerkstoffes, aus dem der Ringkörper 47 gebildet ist, wirkt beim Anschlagen an der Bodenfläche 71 als dämpfendes Element, wobei durch die aufgrund der Schrägfläche 87 gebildeten Erhöhungsfläche verringerter Größe keine Gefahr des Anhaftens an der Bodenfläche 71 gegeben ist. Neben einer Abstützung über die Führung kann auch über den Balgkörper, insbesondere in dessen Endbereichen, eine Abstützung veranlaßt sein. Entsprechend könnte dann die Führung von ihrer axialen Baulänge her kürzer ausfallen.
Bei großen Durchmessern des Balges 19 sind mehr Ringflächenteile 53 zur Abstützung notwendig als bei kleineren Durchmessern. Bei sehr kleinen Durchmessern werden bevorzugt drei um 120° zueinander versetzt angeordnete Ringflächenteile 53 am Ringkörper 47 vorgesehen.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass die Führungskörper 55 und damit die durch die äußeren Ringflächenteile 53 gebildeten Gleitflächen eine weit größere axiale Länge besitzen, als dies bei einem einen Flachring bildenden Ringkörper 47 der Fall wäre.
Bei einem Einsatz des mit der erfindungsgemäßen Führungseinrichtung versehenen Hydrospeichers als Pulsationsdämpfer ist die Fluidseite 23 über den Einlass 15 mit einem Druckfluid, insbesondere Hydraulikflüssigkeit, einem Kraftstoff oder Schmierstoff, in Fluidverbindung um auftretende Druckstöße zu glätten. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn, wie dies in DE 10 2004 004 341 A1 aufgezeigt ist, die Gasseite 21 nicht nur mit Arbeitsgas befüllt ist, sondern zusätzlich einen vorgebbaren Volumenanteil eines Fluides enthält. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Kombination von Stickstoffgas als Arbeitsgas und Ethylenalkohol als Fluid auf der Gasseite 21 des Speichers als Füllung erwiesen. Im Betrieb kann das Fluid zwischen Falten und Umlenkungen des Balges 19 ein dämpfendes Abstützmedium bilden, an dem sich die gefalteten Wandungsteile des Balges 19 am Fluid als Gegenlager abstützen können, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer des Balges und damit zu einer Erhöhung der Funktionssicherheit führt. Dies gilt insbesondere bei raschen Pulsationen und schnellen Druckstößen.

Claims

Führungseinrichtung umfassend einen Metallbalg (19), der an zumindest einem Balgende (31) einen bei Ausziehen und Zusammenziehen des Balges (19) entlang der Wand eines Gehäuses (1) bewegbaren Endkörper (35) aufweist, wobei zwischen diesem und dem Gebäuse (1) ein zur Führungseinrichtung gehörendes Führungs-mittel (47) vorhanden ist, wobei das Führungsmittel zumindest einen einen Umfangsbereich des Endkörpers (35) umgebenden Ringkörper (47) aufweist, der an seinem Außenumfang erste Ringflächenteile (51) bildet, die einen Radialabstand von der Wand des Gehäuses (1) besitzen und durch am Außenumfang verteilte, über die ersten Ringflächenteile (51) radial vorstehende zweite Ringflächenteile (53) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Ringkörper (47) mit einem die ersten Ringflächenteile (51) bildenden Ringteil (79) in eine umfängliche Ringnut (77) eingreift, die am Endkörper (35) angeordnet ist.
Führungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (47) aus einem Kunststoffwerkstoff guter Gleiteigenschaften gebildet ist.
Führungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (19) an dem dem bewegbaren Endkörper (35) entgegengesetzten Balgende (29) an einem gehäusefesten zur Führungseinrichtung gehörenden Haltering (25) festgelegt ist, der den Innenraum des Balges (19) gegenüber der Wand des Gehäuses (1) abdichtet, und dass der Endkörper (35) einen den Innenraum des Balges (19) am zugeordneten Balgende (31) dicht abschließenden Verschlusskörper bildet.
Führungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Ringkörper (47) ein Innenringteil (79) mit zumindest einem radial nach Innen in die zugeordnete Ringnut (77) vorspringenden Innenrand und ein Außenringteil (83) aufweist, an dem außenseitig die ersten und zweiten Ringflächenteile (51, 53) gebildet sind, und dass das Außenringteil (83) und erstes und zweites Ringflächenteil (51, 53) eine größere axiale Breite als die Weite der Ringnut (77) und die Breite des darin aufgenommenen Innenrandes des Innenringteiles (79) aufweisen.
Führungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Boden (69) des Gehäuses (1) nächstgelegene Ende des Innenringteiles (79) eine radial nach innen ragende Lippe (81) bildet, die sich vom radial außenliegenden Randbereich (85) nach innen erstreckt und den Randbereich (85) auf eine schmale Ringfläche begrenzt.
Führungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Ringflächenteile (53) mit gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet sind, und dass vorzugsweise drei bis zwölf zweite Ringflächenteile (53) am Ringkörper (47) vorhanden sind.
Hydrospeicher mit einem Speichergehäuse (1), in dem als bewegliches Trennelement zwischen einer Gasseite (21) und einer Fluidseite (23) ein Metallbalg (19) vorgesehen ist, wobei für diesen eine Führungseinrichtung (47) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 vorhanden ist.