Wenn eine Standardmanschette nicht alle Anforderungen wie verfügbaren Platz, Hub, Montagedurchmesser oder Umgebungsbedingungen erfüllen kann, ist ein maßgefertigter Gummibalg in der Regel eine gute Alternative.

Auf den ersten Blick sieht es einfach aus, aber je nachdem, wie sich die Falten bewegen, wo die Belastung auftritt und ob die Enden die ganze Zeit über dicht bleiben, ändern sich Lebensdauer und Leistung.

Funktionen eines Schutzbalgs

Der Schutzbalg dient als Schutzhülle für die beweglichen Teile.

Bei einer Kolbenstange schützt es die Stangenoberfläche vor Staub und verhindert, dass Staub in die Dichtungen gelangt. In einer Verbindung kann es dazu beitragen, das Fett von der Umgebung zu trennen.

Staubabweisende Gummibälge sind selbst keine Dichtungen und ersetzen nicht die anderen internen Dichtungen. Sie dienen hauptsächlich als äußere Schutzschicht, und selbst wenn einige Teile verschmutzt sind, bleibt die Dichtung in der Stange möglicherweise unbeeinträchtigt, solange sie mit ihrem eigenen Druck und ihrer eigenen Bewegung funktioniert.

Entwurf basierend auf der Bewegungshüllkurve

Zunächst müssen die Betriebslängen, wie z. B. die installierte und die komprimierte Länge sowie die minimalen und maximalen Auszüge, bekannt sein und korrekt angegeben werden.

Vor allem aufgrund der Berücksichtigung des Hubwegs muss der Konstrukteur nicht nur wissen, wie der Balg gefaltet werden soll, sondern auch, wo die Falten platziert werden müssen, damit sie nicht mit anderen Teilen in Berührung kommen, insbesondere an den Extrempunkten der Bewegung.

Eine geeignete Konstruktion des Dichtungsbalgs besteht darin, dass die Dichtungsbewegung nicht beeinträchtigt wird, wenn der Balg beispielsweise einknickt oder gegen benachbarte Geräte stößt.

Radialer Versatz, Winkelbewegung und Rotation müssen detailliert beschrieben werden, um sie von der axialen Bewegung des Bauteils zu unterscheiden, das von den Dichtungen und Faltenbälgen geschützt wird. Ein Bauteil, das nur für geradlinige Bewegungen ausgelegt ist, könnte nach einiger Zeit andere bewegliche Teile berühren, wenn diese nicht mehr fluchten.

Faltungsgeometrie steuert lokale Dehnung

Die Geometrie der Windungen, d. h. ihre Anzahl, die Steigung (der Abstand zwischen ihnen), die Tiefe der Falten und die Wandstärke, bestimmt die Verteilung der Bewegung im Balg.

Wenige Windungen können dazu führen, dass eine einzelne Falte eine große Formänderung erfährt, während bei Balgen mit vielen Windungen der Platz an der komprimierten Stelle unzureichend sein kann, was zu einem Kontakt zwischen den Falten führt.

Formgummibälge können Endflansche, Lippen, Wülste und Nuten aufweisen, die die Montage erleichtern. Die Integration reduziert zwar die Anzahl der Einzelteile, bindet aber gleichzeitig die Dichtungsfunktion an die Formgröße. Klemmposition und Kompressionsgrad müssen vorab festgelegt werden, die Montage liegt im Ermessen des Ausführenden.

Die Materialwahl richtet sich nach der Umwelt

Bei der Auswahl des Materials für den Gummibalg muss zunächst eine Expositionsliste erstellt werden. Staub kann extrem fein, abrasiv oder eine Mischung aus Staub und Öl sein. Bei Außeninstallationen kommen Ozon, Sonnenlicht, Regen und Temperaturschwankungen hinzu. Die im Werk verwendeten Reinigungsmittel können alkalische oder saure Lösungen enthalten.

Naturkautschukbasierte Polymere wie NBR sind oft die erste Wahl in Bereichen, in denen Mineralöle und Fette häufig vorkommen. Um ihre Eignung jedoch vollständig zu prüfen, müssen auch Witterungseinflüsse und niedrige Temperaturen berücksichtigt werden. EPDM eignet sich für den Einsatz im Freien, in feuchter Umgebung und bei der Reinigung. Dies sind jedoch nur einige der Eigenschaften, bei denen es funktionieren kann, insbesondere gegenüber Mineralölen, für die es im Allgemeinen ungeeignet ist.

FKM ist bekannt für seine Hitzebeständigkeit und gute Ölverträglichkeit; seine Leistungsfähigkeit bei niedrigen Temperaturen kann jedoch problematisch sein. Silikonkautschuk eignet sich für ein breites Anwendungsspektrum von sehr kalten bis sehr heißen Temperaturen und ist zudem witterungsbeständig. Allerdings neigt er eher zu Rissen und Brüchen, insbesondere bei Kontakt mit scharfkantigem Staub oder auf rauen Verlegeflächen. Die Eigenschaften können je nach Kautschukmischung (z. B. CR) variieren. Es ist stets zu beachten, dass keine Kautschukfamilie unabhängig von ihrer Zusammensetzung und den jeweiligen Umgebungsbedingungen eine Garantie für die Eignung eines Materials bietet.

Ein öffentlicher Fall für Lebensmittelpulverausrüstung

Die ATP Group berichtete über eine Anwendung eines Balgs in einer automatischen Dosiermaschine für Lebensmittelpulver. Die Maschine nutzte acht Trichter, die mit einer beweglichen Platte verbunden waren. Die Verbindung der Gummikomponente musste sowohl die Annäherungs- und Trennbewegungen als auch die Vibrationen beim Umgang mit dem Inhalt aufnehmen.

Der vorgegebene Balghub betrug etwa einen Millimeter. Trotz dieser geringen Bewegung waren Staubkontrolle und die Einhaltung hygienischer Bedingungen von höchster Wichtigkeit. Zwar bestand die Sorge, dass Pulver durch den Trichter in die Umgebung gelangen könnte, doch die größte Herausforderung war, jegliche Verunreinigung des Pulverwegs durch Fremdkörper zu verhindern.

Dieses Beispiel verdeutlicht, dass die Größe der Bewegung allein keine Rückschlüsse auf die Komplexität der Konstruktion zulässt. Selbst ein kleiner Hub kann Anforderungen an die Materialermüdungsbeständigkeit, eine staubfreie Konstruktion, eine unkomplizierte Montage und die Einhaltung der Lebensmittelstandards stellen. Die Akzeptanzkriterien ergeben sich aus dem gesamten Prozess.

Das war ein vom Lieferanten angeführtes Beispiel, das nicht unserem Fall entspricht. Es handelt sich lediglich um einen öffentlich bekannten Fall des Lieferanten und nicht um ein von Yida erzieltes Ergebnis. Dieses Beispiel soll lediglich ein mögliches Szenario in einer bestimmten industriellen Betriebsumgebung aufzeigen, kann aber weder die Leistungsfähigkeit noch die Normenkonformität anderer Faltenbälge belegen. Daher müsste eine neue Faltenbalgkonstruktion weiterhin Materialspezifikationen enthalten, die die Kompatibilität des Gummis mit dem Pulver sowie die Reinigungs- und Bewegungsbedingungen dokumentieren und entsprechend geprüft werden.

Bei der Formulierung von Staubschutzklassen ist eine sorgfältige Sprache erforderlich.

IEC 60529 definiert die IP-Schutzarten für elektrische Gehäuse. Die Schutzart IP5X oder IP6X bezieht sich auf die gesamte geprüfte Gehäusekonfiguration, einschließlich Faltenbälgen, Verbindungen, Befestigungselementen und sonstigen Öffnungen. Sie darf nicht einem einzelnen losen Gummibauteil zugeordnet werden.

Gummibälge zum Schutz vor Staub können ein Gehäuse stützen, die fertige Baugruppe muss jedoch unter den vorgegebenen Bedingungen geprüft werden. Balgposition, Hub, Kabelführung und Montagekompression können das Ergebnis beeinflussen. Eine statische Prüfung an einer Position bildet die Staubbelastung während der Bewegung möglicherweise nicht ab.

Welche Materialprüfungen können feststellen

ASTM D624 misst die Reißfestigkeit unter einer definierten Prüfkonfiguration. Das Ergebnis kann bei der Vorauswahl von Werkstoffen helfen, bei denen Kerben oder Kantenbeschädigungen problematisch sind. Die Norm besagt jedoch, dass der Bezug zur Gebrauchstauglichkeit für die jeweilige Anwendung ermittelt werden muss.

ASTM D573 bewertet den Einfluss der Alterung an Luft bei erhöhter Temperatur auf die Eigenschaften von Gummi. Es eignet sich für Laborvergleiche, wobei ASTM darauf hinweist, dass die Ergebnisse aufgrund variierender Betriebsbedingungen möglicherweise nicht exakt mit den Ergebnissen im praktischen Einsatz übereinstimmen.

ASTM D2000 bietet ein System zur Klassifizierung vulkanisierter Gummimaterialien nach Wärmebeständigkeit, Ölquellung und weiteren Anforderungen. Es dient der Definition einer Mischungsspezifikation. Es gibt jedoch keinen Nachweis über die Dauerfestigkeit, Passgenauigkeit oder Staubbeständigkeit eines Balgprofils.

Diese Methoden beantworten Materialfragen. Die Prüfung des fertigen Teils muss die Produktfragen beantworten: Lässt sich das Teil ohne Beschädigung einbauen, durchläuft es den gesamten Bauraum, bleibt es befestigt und behält es nach wiederholten Zyklen die erforderliche Kontaminationsbarriere bei?

Wo Blasebälge häufig versagen

Der Kontakt von Falten stellt ein häufiges geometrisches Risiko dar. Reiben Falten unter maximaler Kompression aneinander, kann die Oberfläche poliert, erhitzt und schließlich abgenutzt werden. Verunreinigungen, die sich zwischen den Falten festsetzen, können den Abrieb verstärken.

Einreißen beginnt oft an scharfen Übergängen, dünnen Stellen, Angussstellen oder beschädigten Montagekanten. Übermäßige Dehnung während der Montage kann kleine Schnitte verursachen, die sich bei Belastung vergrößern. Daten zur Reißfestigkeit können ein Montagewerkzeug mit freiliegendem Grat nicht kompensieren.

Endablösungen treten auf, wenn die Klemmkraft, die Wulstform oder die Auflagefläche die Bewegung nicht ausreichend kontrollieren. Öl unter einer Klemme kann die Haftung verringern. Eine nach Gefühl angezogene Schlauchschelle kann zudem ungleichmäßigen Druck erzeugen und das Gummi einschneiden.

Teilinspektionsprozess abgeschlossen

Die Dimensionsmessung beginnt im kontrollierten Zustand. Überprüfen Sie anschließend den Durchmesser für die Montage, die Höhe nach der Installation, Details der Wandbeschaffenheit und die kritischen Faltmaße. Achten Sie auf Grate, Nahtstellen, Beschädigungen oder dünne Stellen, die zu Bewegungsproblemen des Bauteils führen könnten.

Bewegen Sie die Maschine mit dem vorgesehenen Faktor und einem bestimmten Versatz, während der Stromkreis bei einer den zulässigen Standards entsprechenden Temperatur betrieben wird. Sobald dies gefahrlos möglich ist, können Staub oder Verunreinigungen gehandhabt werden. Handelt es sich bei dem Bauteil um einen Schutz des Innengehäuses, messen Sie den Feuchtigkeitseintritt an der Baugruppe während des Einbaus. Bewegt sich die Baugruppe mit Betriebsgeschwindigkeit?

Wählen Sie einige Proben aus und setzen Sie diese Öl, Reinigungsmitteln, Kühlmittel, Ozon und anderen chemischen/Umweltbedingungen aus, die in der Anwendungsprüfung festgestellt wurden. Materialproben können Materialveränderungen aufdecken. Zusammengebaute Proben zeigen die Auswirkungen von Quellung, Klemmverlust und Faltenbildung an der Dichtung.

Analysieren Sie nach dem Falttest die Faltkanten und -ränder sowie die Übergänge. Dokumentieren Sie Abrieb, Brüche, Verformungen durch Überlastung und Verschmutzungen innerhalb der Faltkanten. Die Abnahmekriterien für das Gerät müssen nach dem Test eindeutig sein, z. B. die Anzahl der Faltzyklen, der zulässige Verschmutzungsgrad und die maximal zulässige Kraft (falls vorhanden).

Kundenspezifische Gummibälge sollten erneut geprüft werden, wenn Material, Werkzeuge, Wandstärke oder Montage geändert wurden. Die Freigabe eines Musters belegt die Güte der geprüften Konfiguration. Es sollte jedoch nicht davon ausgegangen werden, dass spätere Änderungen, die die Beanspruchung oder die Befestigung beeinflussen, ebenfalls abgedeckt sind.

Bitte kontaktieren Sie uns mit den folgenden Informationen.

Bitte listen Sie alle internen und externen Verunreinigungen auf und geben Sie genaue Details zu Staub, Partikelart, Ölart, Wasserart und den verwendeten Reinigungsmitteln an. Ergänzen Sie die Liste um den Temperaturbereich, die Verwendung im Freien, den erforderlichen Unterdruck bzw. Druck sowie ob Ihr Gerät eine spezielle Zertifizierung der Lebensmittelbehörde benötigt, ein elektrisches Gerät ist oder besondere Reinheitsanforderungen während des Betriebs gelten.

Geformte Gummibälge – bitte geben Sie die Montageart und die Art der Montage an. Die Art der Klemmbreite, die Nutform und die Oberflächenbeschaffenheit der Passfläche sowie die verwendeten Montagewerkzeuge können Aufschluss darüber geben, ob die Enden fest zusammenhalten.

Zusammenarbeit mit Factory

Dalian Yida stellt seit vielen Jahren Präzisionsgummiprodukte her und verfügt daher über die nötige Erfahrung und das Verständnis für die Anforderungen an die Fertigung kundenspezifischer Gummiteile. Im Bereich der Faltenbalgdichtungen werden wir die Herstellbarkeit, die Materialien, die kritischen Abmessungen und die Testmethoden des Prototyps in seiner praktischen Anwendung untersuchen.

Die Festlegung der Bewegungsgrenzen und Akzeptanzkriterien vor der Bearbeitung ist hilfreich, insbesondere wenn dadurch die Montage der Faltgeometrien und die Prüfpunkte besprochen werden können. Liegen Daten zum Einsatz eines bestehenden Produkts vor, beispielsweise zu zu erwartenden Schäden, kann dessen Muster als Grundlage für die erste Entwurfsbesprechung dienen.

Der Faltenbalg muss den Bewegungskomponenten Bewegungsfreiheit ermöglichen, ohne dass die Barriere in die falsche Richtung durchbrochen wird. Daher hängt alles von der Geometrie, dem Material und der Hardware-Anpassung ab, der das Bauteil nach der Teileprüfung unterzogen wird.

Folglich ist die Materialwahl für einen Gummibalg nur ein Teil eines umfassenderen und komplexeren Entscheidungsprozesses. Sobald Yida jedoch Details zum Bewegungsbereich, zu Verunreinigungen oder eine Beschreibung der Befestigungsmethode erhalten hat, können eine Konstruktionsprüfung und ein Stichprobenplan für das vorgesehene Bauteil zur Unterstützung der praktischen Konstruktionsanforderungen durchgeführt werden.