Was sind Auslegerbälge?

Auslegerbälge sind Spezialkomponenten, die in verschiedenen industriellen Anwendungen zum Ausgleich von Maßänderungen aufgrund von Temperaturschwankungen oder mechanischen Kräften eingesetzt werden. Aufgrund der Vielzahl verfügbarer Designs, Materialien und Leistungsmerkmalen kann es jedoch schwierig sein, den richtigen Balgtyp für eine bestimmte Anwendung auszuwählen.

In diesem Artikel geben wir einen umfassenden Überblick über Cantilever-Bälge, einschließlich ihres Designs, ihrer Konstruktion, ihrer Vorteile, Nachteile und typischen Anwendungen. Wir vergleichen Cantilever-Bälge auch mit anderen gängigen Balgtypen, um Ihnen eine fundierte Entscheidung bei der Spezifikation dieser kritischen Komponenten für Ihre Projekte zu ermöglichen.

Was sind Auslegerbälge?

Auslegerbälge sind eine spezielle Art von Balgkonstruktion, die sich durch ihre einzigartige Konstruktion und Geometrie auszeichnet. Sie bestehen aus mehreren ineinander verschachtelten, gewundenen Membranen oder Platten, die an einer gemeinsamen Mittelspule oder einem Ring befestigt sind. Die Außenkanten dieser Membranen sind versetzt oder stufenförmig an Endspulen geschweißt, was einer Auslegerfederanordnung ähnelt.

Dieses besondere Auslegerdesign ermöglicht eine erhebliche axiale Auslenkung und seitliche Verschiebung, während in radialer Richtung ein hohes Maß an Steifigkeit erhalten bleibt. Die gewellten Platten wirken wie Auslegerfedern, die sich biegen und verformen, um Bewegungen entlang der Balgachse aufzunehmen. Dieses federähnliche Verhalten ermöglicht es Auslegerbälgen, Vibrationen effektiv zu absorbieren, Fehlausrichtungen auszugleichen und thermische Ausdehnung oder Kontraktion in Rohrleitungssystemen aufzunehmen.

Entwurf und Konstruktion von Balgen mit freitragender Bauart

1. Membranen oder Platten: Freitragende Bälge werden aus mehreren dünnen, gewundenen Metallmembranen oder -platten hergestellt.
2. Zentrale Spule oder Ring: Die Membranen sind an einer zentralen Spule oder einem Ring befestigt, der als Kern der Balgbaugruppe dient. Er dient auch als Befestigungspunkt für die Verbindung des Balgs mit anderen Komponenten im Rohrleitungssystem.
3. Endspulen: Die Außenkanten der Membranen sind versetzt oder stufenförmig an Endspulen geschweißt. Die Endspulen sind normalerweise mit Flanschen oder anderen Anschlussmerkmalen versehen, um die Integration in das Rohrleitungssystem zu erleichtern.

Vorteile von Balgen mit freitragender Verankerungstechnik

1. Hohe seitliche Flexibilität: Die freitragende Blattstruktur ermöglicht erhebliche seitliche Bewegungen und Abwinklungen.
2. Kompaktes Design: Cantilever-Bälge zeichnen sich durch eine platzsparende Konstruktion aus, die den Einsatz in Anwendungen mit begrenztem Bauraum ermöglicht.
3. Niedrige Federrate: Die dünnen Auslegerblätter sorgen für eine sehr niedrige Federrate, was bedeutet, dass Auslegerbälge beim Zusammendrücken oder Ausdehnen nur minimale Kraft und Widerstand ausüben.
4. Langlebige Konstruktion: Auslegerbälge werden normalerweise aus hochfestem Edelstahl hergestellt. Die Ganzmetall-Schweißkonstruktion bietet hervorragende Haltbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und die Fähigkeit, hohen Temperaturen und Drücken standzuhalten.

Nachteile von Balgen mit freitragender Verankerungstechnik

1. Begrenzte Druckkapazität: Aufgrund der dünnen freitragenden Blätter haben diese Bälge eine geringere Druckfestigkeit als andere Typen wie geformte oder randgeschweißte Bälge. Der Versuch, sie bei höheren Drücken zu verwenden, kann zu einer Verformung der Blätter führen.
2. Reduzierte axiale Steifigkeit: Die hohe seitliche Flexibilität von freitragenden Bälgen geht auf Kosten einer geringeren axialen Steifigkeit. Sie weisen im Vergleich zu anderen, steiferen Balgtypen eine geringere Widerstandsfähigkeit gegen Druckbelastungen auf.
3. Größere Größe: Obwohl sie in axialer Richtung sehr kompakt sind, benötigen Cantilever-Bälge mehr radialen Raum, um die seitliche Biegung der Blätter zu ermöglichen. Der Gesamtdurchmesser eines Cantilever-Balgens ist im Verhältnis zu seinem Hub größer als bei anderen Typen.
4. Höhere Kosten: Aufgrund der komplexen Geometrie der einzelnen Auslegerblätter sind diese Bälge im Vergleich zu einfacher geformten oder geschweißten Konstruktionen oft teurer in der Herstellung.
5. Empfindlichkeit gegenüber festen Partikeln: In den kleinen Zwischenräumen der Gleitblätter können sich Feststoffpartikel festsetzen, was zu Abrieb und Verschleiß führen kann.

Anwendungsbereiche für freitragende Bälge

1. Auspuffanschlüsse: Auslegerbälge werden häufig als flexible Auspuffanschlüsse und Dehnungsfugen in Motorauspuffsystemen verwendet. Sie ermöglichen eine relative Bewegung zwischen Auspuffkomponenten, während sie gleichzeitig eine lecksichere Abdichtung gewährleisten und Wärmeausdehnung und Vibrationen ausgleichen.
2. Gleitringdichtungen: In rotierenden Geräten wie Pumpen, Mischern und Kompressoren dienen freitragende Bälge als nicht rotierende Dichtungselemente in Gleitringdichtungsbaugruppen. Die Bälge sorgen für eine flexible Abdichtung um die rotierende Welle und gleichen Wellenfehlstellungen und axiale Bewegungen aus.
3. Ventilschaftdichtungen: Auskragende Faltenbälge werden als Schaftdichtungen in Hochleistungsventilen verwendet, um eine zuverlässige, flexible Abdichtung um den beweglichen Ventilschaft herum zu gewährleisten. Die Faltenbälge behalten ihre Dichtheit trotz seitlicher Belastungen oder Fehlausrichtung bei und gewährleisten so eine leckagefreie Absperrung.
4. Luft- und Raumfahrt: In Flugzeugen und Raumfahrzeugen werden freitragende Bälge in flexiblen Leitungen, Wärmeausdehnungsfugen und Gleitringdichtungen verwendet. Ihre Fähigkeit, Bewegungen zuzulassen und Vibrationen in einem kompakten Gehäuse zu absorbieren, ist bei diesen gewichtssensiblen Anwendungen von Vorteil.
5. Medizinische Geräte: Die Biokompatibilität und Flexibilität von Edelstahl-Freischwingerbälgen machen sie für den Einsatz in medizinischen Geräten geeignet. Sie werden in Endoskopen, chirurgischen Instrumenten und implantierbaren Geräten verwendet, um eine präzise Artikulation und Flüssigkeits-/Gasabdichtung zu ermöglichen.
6. Halbleiterfertigung: In Halbleiterfertigungsanlagen werden freitragende Bälge als dynamische Dichtungen bei der Handhabung von Wafern und bei Durchführungen von Vakuumkammern verwendet. Sie halten die Integrität des Vakuums oder des Prozessgases aufrecht und ermöglichen gleichzeitig die erforderliche Bewegung und Anpassung.
7. Robotik: Auslegerbälge dienen als flexible Gelenke und dynamische Dichtungselemente in Roboterarmen und Handhabungsgeräten. Sie ermöglichen sanfte Gelenk- und Drehbewegungen in kompakten Roboterbaugruppen und schützen gleichzeitig die internen Komponenten.
8. Präzisionsinstrumente: In optischen Geräten, Sensoren und Messinstrumenten sorgen freitragende Bälge für präzise Abdichtung und Bewegung bei Fokuseinstellung, Zoommechanismen und Probenpositionierungsstufen. Ihre reibungslose Biegung und geringe Hysterese tragen zu hoher Präzision bei.

Vergleich mit anderen Balgtypen