DE102008001297A1

DE102008001297A1 - Wendelgewellter Membranbalg sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102008001297A1
Application number: DE102008001297A
Authority: DE
Inventors: Karsten Schenk; Stefan Hauk; Andreas Gerhard; Matthias Weiss; Karl-Heinz MÜNKER; Oliver Selter; Dietmar Baumhoff
Original assignee: Westfalia Metallschlauchtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Westfalia Metal Hoses GmbH
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2028-04-23
Also published as: DE102008001297B4; US8181672B2; US20080264509A1

Abstract

Ein wendelgewellter Membranbalg besteht aus einem zusammenhängenden, vorprofilierten Metallstreifen. Er ist schraubengangförmig gewickelt und weist in einer bevorzugten Ausführungsform an seinem Innendurchmesser keine Schweißnaht auf, während er an seinem Außendurchmesser eine zusammenhängende Schweißnaht hat. Neben dem wendelgewellten Membranbalg wird ebenfalls ein Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Membranbalg, wie er vorzugsweise in Vakuumsystemen und in meßtechnischen Anwendungen eingesetzt wird.
Die Aufgabe solcher Membranbälge besteht darin, Bewegungen von Leitungselementen oder Ventilbewegungen zu kompensieren und dabei jegliche Leckage zu vermeiden. Auch in strömungstechnischen Meßgeräten, mit denen die Zustandsgrößen Druck, Temperatur, Durchfluß und Strömungsgeschwindigkeit ermittelt werden, können Membranbälge zum Einsatz kommen.
Ihr Vorteil gegenüber konventionellen Metallbälgen liegt dabei in ihrer geringen Federsteifigkeit und der daraus resultierenden hohen Beweglichkeit. Membranbälge können soweit axial komprimiert werden, bis alle Wellungen vollständigen metallischen Kontakt haben und somit in Blocklage liegen. Die optimale Auslegung des von ihnen zu kompensierenden Axialwegs sieht meist einen großen Anteil des gesamten Arbeitswegs (bis zu 80%) im Bereich zwischen entspannter Mittellage und gestauchter Blocklage vor.
DE 861 732 B offenbart einen Balg, der aus abwechselnd an den inneren und äußeren Rändern zusammengelöteten oder geschweißten gewellten Membranscheiben besteht. Ein ähnlicher, aus ringförmigen Blechen zusammengesetzter Membran-Faltenbalg ist aus DE 15 03 436 A bekannt.
In EP 1241388 B1 wird ein Membranbalg beschrieben, der an den inneren und äußeren Rändern wechselseitig verschweißt ist. Die Verschweißungen werden dabei durch einen radial zum Bauteil angeordneten Brenner wechselnd von Innen und Außen erzeugt und als so genannte Stirnflachnähte ausgeführt.
Alle bekannten Membranbalg-Geometrien sind durch ihre Zusammensetzung aus einzelnen Membranscheiben gekennzeichnet, welche jeweils an ihrem kleinsten und größten Durchmesser mit der vorhergehenden bzw. darauf folgenden Membranscheibe verschweißt werden. Die stoffschlüssigen Verbindungen werden vorzugsweise mit Mikroplasma-Schweißtechnik, WIG- Schweißtechnik oder im Laser-Schweißverfahren hergestellt. Außer dem Anbringen einer Stirnflachnaht sind keine weiteren Nahtausführungen bekannt. Ferner ist die Herstellung von Membranbälgen stets aufwändig, da Membranscheiben und Brenner für jede komplett umlaufende Schweißnaht neu positioniert werden müssen. Die Schweißnähte sind in einer zur Rotationsachse orthogonal stehenden Ebene angeordnet und haben untereinander keine Verbindung.
Aus der FR 1 038 160 ist ein gewickelter Metallschlauch bekannt, bei welchem benachbarte Windungen durch Bördeln, Verschweißen, Verlöten oder dergleichen miteinander verbunden sind. Im Schlauchinneren stoßen benachbarte Flanken des gewickelten Metallbandes am Außendurchmesser im Wesentlichen senkrecht aufeinander, so dass sie gemeinsam eine im Querschnitt U-förmige Ausbauchung des Schlauches erzeugen.
Die DE 12 87 545 A betrifft einen ellipsoiden Rohrkörper bestehend aus einer inneren, glatten metallischen Hülle, um welche außen ein profiliertes Blech gewickelt ist. Überlappende Stoßkanten des Bleches können dabei miteinander verschweißt oder verlötet werden.
Die GB 9 07 095 A offenbart einen Metallbalg, der aus einem wellenförmig profilierten Band in mehrlagiger Überlappung gewickelt ist. An den radial äußeren Punkten des Balgs sind die Wickellagen schraubenförmig umlaufend kontinuierlich miteinander verschweißt.
Die AU 68 33 465 A beschreibt ein Rohr aus einem gewickelten Band, wobei das Band mittig eine in Längsrichtung verlaufende Rille aufweist und die Stoßkanten von Bandwindungen kontinuierlich miteinander verschweißt sind. Aufgrund der Profilform ist das Rohr im Wesentlichen zylindrisch und steif.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Geometrie eines Membranbalgs derart zu optimieren, dass sich bei guter Funktionalität die Herstellungsweise vereinfacht.
Diese Aufgabe wird durch einen Membranbalg nach Anspruch 1 und 2, durch ein Verfahren nach Anspruch 8, sowie durch eine Vorrichtung nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ein Membranbalg gemäß der Erfindung umfasst einen schraubengangförmig gewickelten, vorprofilierten Metallstreifen, dessen benachbarte Windungen im Bereich des Außendurchmessers oder alternativ im Bereich des Innendurchmessers durch eine zusammenhängende Schweißnaht verbunden sind. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung laufen (in radialer Laufrichtung gesehen) benachbarte Flanken des Metallstreifens unter einem Winkel von weniger als 60°, vorzugsweise von weniger als 45, besonders bevorzugt weniger als 30° in den Bereich der Schweißnaht ein, wobei der genannte Winkel bei kräftefreiem bzw. entspanntem Membranbalg zwischen den Flanken gemessen wird.
Bei einem Membranbalg gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist besonders vorteilhaft, dass die benachbarten Flanken des gewickelten Metallstreifens nahe der sie verbindenden Schweißnaht nur einen verhältnismäßig kleinen Winkel einschließen, so dass sie nahezu parallel zueinander verlaufen. Dadurch wird es möglich, dass sich die benachbarten Flanken bei einem Stauchen des Membranbalgs sehr nahe kommen, im Idealfall sogar aneinanderlegen, wodurch das zwischen den Windungen des Membranbalgs eingeschlossene Volumen auf (nahezu) Null reduziert wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt umfasst die Erfindung einen Membranbalg mit einem schraubengangförmig gewickelten, vorprofilierten Metallstreifen, dessen benachbarte Windungen im Bereich des Außendurchmessers oder alternativ im Bereich des Innendurchmessers durch eine zusammenhängende Schweißnaht verbunden sind. Dabei ist die Mitte der genannten Schweißnaht radial mindestens ca. 0.5 mm, vorzugsweise mindestens ca. 1 mm vom Außendurchmesser und vom Innendurchmesser des Membranbalgs entfernt. (Liegt die Schweißnaht im Bereich des Außendurchmessers, so ist der genannten Mindestabstand zum Innendurchmesser hin natürlich gegeben und umgekehrt.)
Bei einem Membranbalg gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist besonders vorteilhaft, dass er sich vereinfacht herstellen lässt, da die radiale Position der Schweißnaht variieren kann, ohne dass die Naht dadurch unterbrochen würde. Insbesondere stehen hierbei die Möglichkeiten zu einer kontinuierlichen Fertigung großer Membranbalglängen, die Vermeidung aufwändiger alternierender Positionierarbeiten der Membranbleche zueinander sowie die deutliche Reduzierung der Schweißnahtlänge im Vordergrund. Die zweite Ausführungsform des Membranbalgs lässt sich insbesondere mit derjenigen des ersten Aspektes kombinieren, da die vom Außendurchmesser und Innendurchmesser beabstandete Lage der Schweißnaht in der Regel ein paralleles Aneinanderliegen der benachbarten Flanken des Metallstreifens in diesem Bereich erfordert, wodurch wiederum der Winkel zwischen den Flanken im Bereich der Schweißnaht (deutlich) weniger als 90° beträgt.
Während sich die Schweißnaht im allgemeinen Fall am Außendurchmesser oder am Innendurchmesser befinden kann, ist aufgrund der besseren Erreichbarkeit während des Schweißens in der Regel eine Lage am Außendurchmesser bevorzugt.
Optional kann ein Membranbalg gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auch durch eine zusammenhängende, als Stirnflachnaht ausgeführte und am Außendurchmesser oder am Innendurchmesser angeordnete Schweißnaht verbunden sein.
Der gewickelte Metallstreifen der Membranbälge gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung ist vorteilhafterweise im Querschnitt U-förmig oder V-förmig profiliert. In diesem Falle sind zwei im Wesentlichen gerade Flanken des Metallstreifens vorhanden, welche sich entsprechend flach aneinander legen können, wenn der Membranbalg gestaucht wird.
Bei einer V-förmigen Profilierung beträgt der Biegeradius im Innern der Knicklinie des Profils typischerweise weniger als 0.8 mm, vorzugsweise weniger als 0.1 mm.
Der Membranbalg kann weiterhin optional so ausgestaltet sein, dass das Verhältnis der axialen Erstreckung seiner Wellenberge zur axialen Erstreckung seiner Wellentäler kleiner als 1, vorzugsweise kleiner als 0.9, besonders bevorzugt kleiner als 0.85 ist. Dabei werden die axialen Erstreckungen jeweils bei entspanntem Membranbalg ab dem mittleren Radius zwischen Innenradius und Außenradius gemessen.
Der Metallstreifen des Membranbalgs kann gemäß einer weiteren Ausführungsform im Querschnitt mit gewellten Flanken profiliert sein. Die Wellung ist dabei für beide Flanken vorzugsweise gleichgerichtet, so dass sich die Flanken bei Stauchung des Membranbalgs im Wesentlichen ohne Zwischenräume aneinanderlegen können. Durch die Wellung erhalten die Flanken eine gewisse radiale Flexibilität.
Wie schon in der Bezeichnung "Balg" zum Ausdruck kommt, ist bei den erfindungsgemäßen Membranbälgen die Steghöhe, d. h. der Unterschied zwischen maximalem Außenradius und minimalem Innenradius, verhältnismäßig groß. Typischerweise liegt sie in einem Bereich von 5% bis 30% des Innendurchmessers des Schlauches. Bezogen auf die Materialstärke des Metallstreifens beträgt die Steghöhe h vorzugsweise mindestens das Zehn- bis Zwanzigfache.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Metallschlauches, bei dem es sich insbesondere um einen Membranbalg gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen handeln kann. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Das Walzprofilieren eines Metallbandes auf einer spiralförmigen Bahn.
b) Das Wickeln des walzprofilierten Metallbandes zu einem Schlauch (z. B. mit balgförmiger Geometrie) bzw. zu einem flexiblen Rohr.

Weiterhin kann optional nach bzw. während dem Wickeln das Verschweißen benachbarter Windungen des gewickelten Metallbandes erfolgen.
Durch das Walzprofilieren entlang einer spiralförmigen Bahn wird vorteilhafterweise sowohl die den Querschnitt des Metallbandes betreffende Profilierung als auch eine Biegung dieses Metallbandes in seiner Längsachse in abwechselnd aufeinanderfolgenden, inkrementellen Schritten erzeugt. Im Gegensatz zur konventionellen Technologie, bei der zunächst die Endkontur am ebenen Band erzeugt und anschließend die Rundung vorgenommen wird, sind mit Walzprofilieren auf einer spiralförmigen Bahn größere Umformgrade erzielbar. Hauptvorteil ist dabei, dass die Rundungen am flexiblen Rohr in alternierenden Schritten mit der Profilblüte erzeugt werden und somit der den erzielbaren kleinsten Krümmungsradius begrenzende Faktor, die radiale Höhe des Profils, hin zu kleineren Durchmessern bzw. hin zu größeren radialen Höhen des Profils verschoben wird.
Vorzugsweise wird das Metallband vor dem Walzprofilieren auf der spiralförmigen Bahn (Schritt a) bereits im ebenen Verfahren vorprofiliert, so dass eine bereits vorgeformte Kontur in die spiralförmige Bahn einläuft.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines gewickelten Metallschlauches, insbesondere eines Membranbalgs der oben beschriebenen Art. Die Vorrichtung enthält Umformeinheiten zum Walzprofilieren eines Metallbandes, welche auf einer spiralförmigen Bahn angeordnet sind.
Weiterhin kann die Vorrichtung optional eine Schweißvorrichtung zum Verschweißen benachbarter Windungen des gewickelten Metallbandes enthalten. Die Schweißvorrichtung kann beispielsweise einen Laser-, WIG-, Mikroplasma- oder ein Widerstandsschweißgerät umfassen. Auch Kombinationen von zwei der genannten Schweißtechnologien können zielführend sein, da insbesondere bei hohen Schweißgeschwindigkeiten ein Vorwärmen der zu verschweißenden Bereiche vor dem Einlauf in die Schweißzone zu stabileren Prozeßergebnissen führt.
Mindestens eine der Umformeinheiten der Vorrichtung kann optional aus drei Umformwalzen bestehen. Eine solche Umformeinheit kann dann in einem Schritt das Metallband profilieren (d. h. in der Querachse biegen) und wickeln (d. h. in der Längsachse biegen).
Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigt:
1 eine Seitenansicht auf eine (obere) Hälfte eines Membranbalgs gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem U-förmig vorprofiliertem Metallband;
2 eine Seitenansicht auf eine (obere) Hälfte eines Membranbalgs gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem V-förmig vorprofiliertem Metallband;
3 eine Seitenansicht auf eine (obere) Hälfte eines Membranbalgs gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem spiegelbildlich-gewellt vorprofilierten Metallband;
4 eine Stirnflachnaht;
5 eine radial innenliegende Schweißnaht;
6 aufeinander folgende Schritte des Profilierens eines gewellten Metallbandes im Querschnitt durch das Metallband;
7 eine Seitenansicht auf eine Herstellungsvorrichtung für einen Membranbalg gemäß der vorliegenden Erfindung.
Identische oder ähnliche Komponenten tragen in den Figuren gleiche bzw. um Vielfache von 100 unterschiedliche Bezugszeichen.
Die 1 bis 3 zeigen jeweils einen erfindungsgemäßen wendelgewellten Membranbalg 100, 200 und 300, der aus einem U-, V- oder wellenförmigen Blechband 111, 211, bzw. 311 besteht, das am Außenumfang des Membranbalgs einen schraubenlinienförmigen Verlauf aufweist. Die Steigung der Schraubenlinie entspricht der Breite des U-, V- oder wellenförmigen Blechbands 111, 211, 311.
Wie in 1 dargestellt ist, laufen benachbarte Flanken 111a, 111b des Blechbandes 111 (bei entspanntem Membranbalg) unter einem kleinen Winkel α von typischerweise zwischen 10° und 30° in den Bereich des maximalen Außenumfangs ein, wo sie sich typischerweise flächig berühren. Bei einer axialen Stauchung des Membranbalgs können sich diese Flanken daher nahezu parallel zueinander legen, so dass das Volumen zwischen ihnen gegen Null tendiert.
Am Innendurchmesser des Membranbalgs befindet sich der tiefste Punkt des Membranbalgprofils. Die bei herkömmlichen Membranbälgen an dieser Stelle übliche Schweißnaht kann somit entfallen und wird durch eine Blechfaltung ersetzt. Am Außendurchmesser des Membranbalgs befindet sich die schraubenlinienförmige Fügestelle 114, 214, 314 zwischen den nebeneinander liegenden Windungen des U-, V- oder wellenförmigen Blechbands 111, 211, 311. Sie ermöglicht die Herstellung des Membranbalgs in einer kontinuierlichen Schweißoperation.
Die Steghöhe h des Membranbalgs 100, d. h. die Differenz zwischen seinem Außenradius r_a und seinem Innenradius r_i, beträgt typischerweise zwischen 10% und 60% des Innenradius r_i. Bezogen auf die Blechdicke s gilt hinsichtlich der Fertigung im konventionellem, sequentiellen Ablauf von Profilieren und Rundung in der Regel die Formel h ≥ 20·s, d. h. bei einer Blechdicke s von 0.5 mm ist die Steghöhe somit mindestens 10 mm.
Des Weiteren ist charakteristisch für die Schlauchgeometrie, dass die axiale Breite B₂ der Wellenberge kleiner ist als die axiale Breite B₁ der Wellentäler. Vorzugsweise ist das Verhältnis B₂:B₁ sogar kleiner als 0.9, besonders bevorzugt kleiner als 0.85. Die jeweiligen Breiten werden dabei zwischen den Punkten gemessen, an denen die Wellenflanken 111a bzw. 111b den mittleren Radius (r_a + r_i)/2 zwischen Innenradius r_i und Außenradius r_a kreuzen.
Wie in 4 dargestellt ist, kann der beschriebene wendelgewellte Membranbalg am Außendurchmesser, wie heute in der Membranbalg-Technik verbreitet, eine Stirnflachnaht 15 zwischen den aneinander stoßenden Flanken benachbarter Bandwindungen aufweisen.
Gemäß 5 ist eine bevorzugte, zweite Variante das Anbringen einer Schweißnaht 14 zwischen den aneinander stoßenden Flanken 11a, 11b benachbarter Bandwindungen knapp unterhalb des größten Außendurchmessers, d. h. typischerweise in einem Abstand d von etwa 0.5 mm bis 2 mm. Eine solche Naht kann beispielsweise durch ein lasergestütztes Schweißen erzeugt werden, bei dem die zu fügenden Elemente nicht radial von außen (d. h. aus z-Richtung), sondern axial (d. h. aus x-Richtung) verschweißt werden. Eine Vorrichtung zur Positionierung der zu verschweißenden Elemente liegt dabei tangential zum Bauteil und kann weiterhin während dem Schweißvorgang eine in axialer Richtung zum Bauteil oszillierende Bewegung ausführen. Diese Art der Schweißung kann im wesentlichen ortsfest erfolgen. Die axial unterhalb des größten Außendurchmessers des rotierenden Bauteils erfolgende Schweißung verlangt bei der Positionierung der Teile zueinander keine hohe Genauigkeitsanforderung und trägt somit zur Prozessstabilität bei. Das Fügen der U-, V- oder wellenförmigen Geometrien 111, 211, 311 am Außendurchmesser kann optional auch mittels Widerstands-Schweißen erfolgen. Eine andere Alternative bezieht sich auf eine Verfahrenskombination aus WIG- und Laserschweißen, die bevorzugt axial zum Bauteil sowie ohne Zusatzmaterial aufgebracht wird.
6 zeigt schematisch mehrere aufeinander folgende Schritte des Profilierens eines Metallbandes im Querschnitt durch das Metallband. Die Profilierung kann bei einem U-förmigen Profil 111 enden oder alternativ zu einem Profil 411 mit gewellten Flanken fortgeführt werden. Aufgrund der in beiden Flanken gleichgerichteten Wellung können sich die Flanken des Profils 411 bei Stauchung optimal aneinanderlegen. Zwischen den dargestellten Schritten der Profilierung (d. h. Biegung in Querrichtung des Metallbandes) kann jeweils eine Biegung in Längsrichtung der Bandes erfolgen, die zur Wicklung führt.
Neben dem wendelgewellten Membranbalg selbst betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung und ein Verfahren zu seiner Herstellung, welche in 7 veranschaulicht sind. Der Ausgangswerkstoff zur Herstellung des wendelgewellten Membranbalgs ist ebenes Bandmaterial 11', vorzugsweise aus Edelstahl. Das Band 11' wird zunächst in einer aus mehreren Stichen bestehenden, ebenen Walzprofiliereinheit 31 vorgeformt. Das Walzprofilieren ist dabei ein dem Fachmann bekanntes Verfahren und z. B. Gegenstand der Norm DIN 8586. Im Anschluss an das ebene Walzprofilieren erfolgt eine zweite Walzprofilier-Operation 32, bei der das vorprofilierte Band auf einer spiralförmigen Bahn abwechselnd im Profil-Querschnitt weiter umgeformt und im Durchmesser der entstehenden Wicklung verkleinert wird. Die einzelnen Umformstationen 33 bestehen dabei nicht wie beim ebenen Walzprofilieren 31 aus einer Ober- und Unterwalze, sondern aus drei Umformwalzen, die auf einzelnen Positionen der spiralförmigen Bahn starr angeordnet sind (jeweils zwei außen und eine innen). Die dritte Walze ist erforderlich, um die Krümmung ähnlich wie bei einer Drei-Walzen-Biegemaschine zu erzeugen. Der letzte Walzenstich 34 am Auslauf der Profilierstrecke ist im Gegensatz zu den übrigen Profilierstichen nicht starr angeordnet, sondern in mindestens zwei Koordinatenachsen zur Feinjustage der Krümmung und Steigung verstellbar.
Die abwechselnde Ausformung des Profils und Erzeugung größerer Krümmung ist speziell zur Herstellung von Membranbalg-Geometrien erforderlich, bei denen das Verhältnis von radialer Steghöhe h zu Blechdicke s größer als 30 ist. In diesen Fällen können die Stege nicht zunächst komplett am ebenen Band 11' angeformt und anschließend gerundet werden, da sich entweder im Bereich des Innendurchmessers unerwünschte Blechfalten bilden oder es aber am Außendurchmesser zu Einschnürungen bis hin zum Materialriss bzw. zu einer unerwünschten Verringerung der Blechdicke kommt.
Nach dem kombinierten Walzprofilieren und Runden des Profils (Stationen 31, 32) auf einer spiralförmigen Kreisbahn wird der U-, V- oder wellenförmige und auf Enddurchmesser gekrümmte Blechstreifen 11 einer ortsfesten Schweißvorrichtung 41 zugeführt. Diese Schweißvorrichtung erzeugt eine schraubenförmig axial am Bauteil verlaufende Schweißnaht, die sich wie in 5 gezeigt vorzugsweise knapp unterhalb des größten Außendurchmessers befindet.
Es sei darauf hingewiesen, dass abweichend von der obigen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele die Verschweißung eines gewickelten, profilierten Metallbandes auch am Innendurchmesser erfolgen könnte.
Neben der Herstellung eines wendelgewellten Membranbalgs aus Edelstahl sind Bauteile aus konventionellem Stahl sowie aus NE-Metallen auf die gleiche Weise herstellbar. Das Konzept des wendelgewellten Membranbalgs sowie das beschriebene, kontinuierliche Verfahren zu seiner Herstellung erzielen eine deutliche Reduktion der Fertigungskosten, so dass neben den konventionellen Einsatzbereichen neue Anwendungsgebiete erschlossen werden können. Beispielhaft, jedoch nicht abschließend werden hierzu die flexiblen Leitungselemente in Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen angeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 861732 B [0004]
- DE 1503436 A [0004]
- EP 1241388 B1 [0005]
- FR 1038160 [0007]
- DE 1287545 A [0008]
- GB 907095 A [0009]
- AU 6833465 A [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 8586 [0048]

Claims

Membranbalg (100, 200, 300) aus einem schraubengangförmig gewickelten, vorprofilierten Metallstreifen (11, 111, 211, 311, 411), dessen benachbarte Windungen im Bereich des Außendurchmessers oder des Innendurchmessers durch eine zusammenhängende Schweißnaht (14, 15, 114, 214, 314) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Flanken (11a, 11b, 111a, 111b) des Metallstreifens unter einem Winkel (α) von weniger als 60°, vorzugsweise von weniger als 45°, in den Bereich der Schweißnaht einlaufen.
Membranbalg (100, 200, 300) aus einem schraubengangförmig gewickelten, vorprofilierten Metallstreifen (11, 111, 211, 311, 411), dessen benachbarte Windungen im Bereich des Außendurchmessers oder des Innendurchmessers durch eine zusammenhängende Schweißnaht (14, 114, 214, 314) verbunden sind, insbesondere Membranbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitte der Schweißnaht radial mindestens um einen Abstand (d) von ca. 0.5 mm vom Außendurchmesser und Innendurchmesser entfernt ist.
Membranbalg (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstreifen (111) im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig profiliert ist.
Membranbalg (200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstreifen (211) im Querschnitt im Wesentlichen V-förmig profiliert ist mit einem Biegeradius von weniger als 0.8 mm, vorzugsweise weniger als 0.1 mm.
Membranbalg (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der axialen Erstreckung (B₂) seiner Wellenberge zur axialen Erstreckung (B₁) seiner Wellentäler kleiner als 1, vorzugsweise kleiner als 0.9 ist.
Membranbalg (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstreifen (311, 411) im Querschnitt gewellte Flanken hat.
Membranbalg nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenhängende Schweißnaht zumindest teilweise als Stirnflachnaht (15) ausgeführt ist.
Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Metallschlauches, insbesondere eines Membranbalgs (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die Schritte: a) Walzprofilieren eines Metallbandes (11') auf einer spiralförmigen Bahn (32); b) Wickeln des walzprofilierten Metallbandes zu einem Schlauch.
Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend das Verschweißen benachbarter Windungen des gewickelten Metallbandes.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (11') vor Schritt a) vorprofiliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzprofilieren des Metallbandes (11') gleichzeitig oder abwechselnd mit einer Biegung in der Längsachse erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Umformung und Schweißung zeitgleich und kontinuierlich erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißoperation: – mit einem Laser (41) ausgeführt wird, vorzugsweise mit einem Ytterbium-Faserlaser, wobei die Laserleistung gepulst in das Bauteil induziert wird; – mit Widerstands-Schweißtechnik durchgeführt wird; – mit WIG-Schweißtechnik durchgeführt wird; – mit Mikroplasma-Schweißtechnik durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines gewickelten Metallschlauches, insbesondere eines Membranbalgs (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, enthaltend auf einer spiralförmigen Bahn (32) angeordnete Umformeinheiten (33) zum Walzprofilieren eines Metallbandes (11').
Vorrichtung nach Anspruch 14, weiterhin enthaltend eine Schweißvorrichtung (41) zum Verschweißen benachbarter Windungen des gewickelten Metallbandes.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Umformeinheiten (33) aus drei Umformwalzen besteht.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformeinheit (34) des letzten Stiches am Auslauf der Profilierstrecke in mindestens zwei Koordinatenachsen verstellbar ist.