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Die Erfindung betrifft ein Rohrleitungssegment für eine fluidführende Rohrleitung mit zumindest einem Faltenbalgrohr. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Rohrleitung mit einem derartigen Rohrleitungssegment.
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Derzeit werden üblicherweise in fluidführenden Rohrleitungen, in denen vor allem Heißgase wie beispielsweise Abgas oder Ladeluft geführt werden, sogenannte Kompensatoren, beziehungsweise Abgaskompensatoren, als spannungskompensierende Rohrleitungssegmente verbaut, um zum einen Montagetoleranzen und die damit einhergehenden Spannungen zu kompensieren und um zum anderen Verspannungen und Verformungen auszugleichen, die bei den hohen Temperaturunterschieden während des Betriebs in der Rohrleitung, beziehungsweise in der Abgasleitung, auftreten können. Damit die Rohrleitung jedoch weitestgehend druckdicht bleibt, müssen derartige spannungskompensierende Rohrleitungssegmente, beziehungsweise Abgaskompensatoren, derartig in die Rohrleitung eingebaut werden, dass die Verbindungsbereiche des Rohrleitungssegmentes an das jeweilige weitere Rohrleitungsbauteil druckdicht ausgebildet sind. Zu diesem Zweck werden beispielsweise derartige Rohrleitungssegmente mit dem jeweilig weiteren Rohrleitungsbauteil verschweißt oder man kann mittels Flanschen oder anderweitiger Verbindungsvorrichtungen versuchen, die Verbindungsbereiche des Rohrleitungssegmentes an das jeweilige weitere Rohrleitungsbauteil druckdicht auszubilden. Da insbesondere in Abgasrohren erhebliche Druckpulsationen auftreten können und da die Temperaturunterschiede enorm sein können, müssen zur druckdichten Verbindung des spannungskompensierenden Rohrleitungssegmentes, beziehungsweise eines Faltenbalgrohres als Abgaskompensator, mit dem jeweils weiteren Rohrleitungsbauteil kostenintensive und aufwendige konstruktive Maßnahmen durchgeführt werden. Zudem sind aufgrund der hohen Temperaturschwankungen und des korrosiven Charakters des Abgases hochwertige Materialien in der Rohrleitung zu verwenden und gegebenenfalls müssen spezielle Verbindungselemente, wie beispielsweise Flansche, an dem Rohrleitungssegment und an den weiteren Rohrleitungsbauteilen zusätzlich beispielsweise angeschweißt werden, damit der Verbindungsbereich trotz den rauhen Betriebsbedingungen im Abgasrohr druckdicht bleibt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform für ein spannungskompensierendes Rohrleitungssegment anzugeben, das kostengünstig und konstruktiv einfach hergestellt werden kann und dennoch druckdicht mit dem jeweilig weiteren Rohrleitungsbauteil verbunden werden kann, sodass über einen weiten Temperaturbereich und den geforderten Druckbereich die Druckdichtigkeit des Verbindungsbereiches zwischen Rohrleitungssegment und weiterem Rohrleitungsbauteil sichergestellt werden kann.
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In einem Aspekt der Erfindung wird ein spannungskompensierendes Rohrleitungssegment für eine fluidführende Rohrleitung vorgeschlagen, das mit zumindest einem Faltenbalgrohr ausgestattet ist und das an zumindest einem Rohrende eine aus dem Material des Faltenbalgrohres ausgebildete, im Querschnitt ringförmige Bördelung aufweist, die in Einbaulage in der Rohrleitung zumindest eine Dichtlinie zu einem weiteren Rohrleitungsbauteil ausbildet, wobei durch die zumindest eine Dichtlinie eine druckdichte Verbindung des Faltenbalgrohres an das weitere Rohrleitungsbauteil ausgebildet wird.
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Vorteilhaft kann durch diese Ausgestaltung das spannungskompensierende Rohrleitungssegment sowohl mit einer spannungskompensierenden Funktion für die Rohrleitung, als auch mit einer integrierten Dichtfunktion ausgestattet werden. Somit kann in das eine Bauteil Rohrleitungssegment die Funktion der Spannungskompensation und die Dichtfunktion integriert werden, und dies lediglich durch Umformen des Faltenbalgrohres und ohne dass zusätzliche Verbindungselemente aufwendig mit dem Faltenbalgrohr verbunden werden müssen. Zudem können aufgrund der konstruktiv einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung die Herstellungskosten gesenkt werden und das Herstellungsverfahren konstruktiv vereinfacht werden. Auch ist bei einer derartigen integralen Bauweise aus einem Rohrstück die Kombinationen der beiden Funktionen möglich, ohne dass Schweißnähte notwendig werden, um beispielsweise einen Flansch oder eine andere Verbindungselemente an dem Faltenbalgrohr zu befestigen. Da zudem das Faltenbalgrohr so ausgebildet werden kann, dass das Faltenbalgrohr direkt mit dem weiteren Rohrleitungsbauteil verbunden werden kann, kann zudem auf weitere aufwendige Verbindungstechniken und Abdichtungsmaßnahmen vorteilhaft verzichtet werden, da die im Querschnitt ringförmigen Bördelung selbst die Abdichtung sicherstellt. Somit kann mittels der im Querschnitt ringförmigen Bördelung eine druckdichte Verbindung zu einem weiteren Rohrleitungsbauteil ausgebildet werden, die auch bei während des Betriebes auftretenden enormen Druck- und Temperaturschwankungen immer noch eine druckdichte Verbindung an das jeweilig weitere Rohrleitungsbauteil sicherstellt. Obwohl somit die fluidführende Rohleitung zeitweise oder dauerhaft unter großen Spannungen stehen kann, ist vorteilhaft vor allem aufgrund der Ausbildung zumindest einer Dichtlinie durch die im Querschnitt ringförmige Bördelung zu dem weiteren Rohrleitungsbauteil und trotz enormer Temperaturschwankungen und Druckschwankungen während des Betriebes eine druckdichte Verbindung des Faltenbalgrohres an das weitere Rohrleitungsbauteil sichergestellt.
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Dabei versteht man unter einer Rohrleitung ein beliebig verzweigtes System von Rohren oder auch in oder an den Rohren angeordneten Bauteilen, wobei die Rohre und die Bauteile von dem jeweilige Fluid durchströmt werden.
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Demzufolge ist unter einem Rohrleitungssegment ein Rohrleitungsbauteil zu verstehen, das in die Rohrleitung eingesetzt werden kann und in Einbaulage von dem jeweiligen Fluid durchströmt wird, wobei das Rohrleitungssegment zumindest an einem Rohrende kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil verbunden ist.
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Ein derartiges Rohrleitungssegment weist ein Faltenbalgrohr auf, wobei unter einem Faltenbalgrohr ein Rohr zu verstehen ist, das an zumindest einem Abschnitt einen Faltenbalg aufweist, wobei der Faltenbalg durch einen in Axialrichtung wellenartigen, beziehungsweise mäanderartigen Verlauf des Rohrmantels ausgebildet wird. Derartige Faltenbalgrohre beziehungsweise Faltenbalganordnungen, wie sie beispielsweise auch bei Bussen mit Überlänge oder bei der Kopplung von Eisenbahnwaggons bekannt sind, zeichnen sich dadurch aus, dass sie ein hohes elastisches Verhalten hinsichtlich der Verkippung bzw. des Verschwenkens der beiden Rohrenden zueinander aufweisen. Durch dieses elastische Verkippungsverhalten eignen sich derartige Faltenbalgrohre besonders gut zur Spannungskompensation in Abgasleitungen, da diese druckdicht bleibend hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden können. Beispielsweise eingesetzt als Abgaskompensatoren können durch sie in der Abgasleitung sowohl Montagetoleranzen, als auch Verformungen aufgrund der enormen Temperaturschwankungen während des laufenden Betriebes kompensiert oder doch zumindest teilweise ausgeglichen werden.
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Unter einer im Querschnitt ringförmigen Bördelung versteht man eine Umrollung des Rohrendes des Faltenbalgrohres, sodass dieses umgerollte Rohrende ein im Querschnitt zur Umfangsrichtung des Faltenbalgrohres ringförmiges Profil ausbildet. Demzufolge ist die Bördelung hinsichtlich ihres Querschnittes im Wesentlichen rund ausgebildet, beziehungsweise überwiegend mit Rundungen, wobei unter dem Begriff ringförmig zumindest ein Halbring und somit auch eine offene Ringstruktur verstanden werden kann. Es ist aber auch denkbar, dass die ringförmige Bördelung auch geschlossener als ein Halbring ausgebildet ist, beispielsweise als ein Dreiviertelring oder sogar geschlossen ausgebildet ist, wobei in diesem Fall die Bördelung bezogen auf den Querschnitt einen Vollring ausbildet. Die Querschnittsfläche steht dabei im Wesentlichen senkrecht zur Mittellinie der Bördelung, wobei die Mittellinie im Wesentlichen äquidistant zur Bördelung positioniert ist. Dabei versteht man unter einer äquidistanten Positionierung, dass die Schnittpunkte einer beliebigen in der Querschnittsfläche liegenden Geraden durch die Mittellinie mit der Bördelung gleich weit von der Mittellinie entfernt sind.
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Unter einer Dichtlinie ist eine im Wesentlichen ununterbrochene ringförmige Linie zu verstehen, wobei von dem Begriff Dichtlinie auch eine regelmäßige oder unregelmäßige verlaufende dichtende Ringfläche verstanden werden kann, wobei zumindest, wenn auch teilweise dichtende Flächen ausgebildet werden, zumindest eine Dichtlinie übrig bleibt, die durchgehend und im Wesentlichen ununterbrochen eine druckdichte Verbindung des Faltenbalgrohres an das weitere Rohrleitungsbauteil ausbildet.
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Des Weiteren kann die ringförmige Bördelung in unverbautem Zustand oder in Einbaulage in der Rohrleitung eine runde Ausbildung, eine in Axialrichtung ausgerichtete ovale Ausbildung, eine in Radialrichtung ausgerichtete ovale Ausbildung oder eine kreisrunde Ausbildung aufweisen.
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Vorteilhaft kann durch eine jeweilige derartige Ausbildung in unverbautem Zustand oder in Einbaulage die in Einbaulage jeweils gewünschte Form der Bördelung und die in Einbaulage jeweils gewünschte Position und Vorspannung der Dichtlinie dargestellt werden. So ist es beispielweise denkbar, dass die ringförmige Bördelung in unverbautem Zustand im Querschnitt eine kreisrunde Ausbildung aufweist, die aber in Einbaulage aufgrund der Verpressung zu einer in Radialrichtung ausgerichteten ovalen Ausbildung umgeformt wird. In diesem Fall kann aufgrund der Verpressung und kreisrunden Ausbildung im unverbauten Zustand sowohl eine radiale, als auch eine axiale Dichtlinie ausgebildet werden oder nur eine axiale Dichtlinie. Aufgrund des elastischen Verhaltens der ringförmigen Bördelung können die Dichtlinien unter einer vorbestimmten Vorspannung stehen, sodass die druckdichte Verbindung auch in unteren Temperaturbereichen sichergestellt werden kann. Dabei sind sämtliche Kombinationen der Ausbildungen in Einbaulage und im unverbauten Zustand denkbar, je nachdem welches Dichtprofil dargestellt werden soll. Eine oder mehrere Dichtlinien, unterschiedliche Positionierungen der Dichtlinien und unterschiedliche Vorspannungen der Dichtlinien. Dabei ist unter der Vorspannung einer Dichtlinie diejenige Kraft bzw. Spannung zu verstehen, mit der die ringförmige Bördelung in Einbaulage aber im Nicht-Betrieb beaufschlagt ist.
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Dabei versteht man unter einer dementsprechend ausgerichteten ovalen Ausbildung diejenige Richtung, in der die lange Halbachse ausgerichtet ist.
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Weiterhin kann die ringförmige Bördelung in unverbautem Zustand oder in Einbaulage eine zu 1 bis 50% offene Ausbildung oder eine geschlossene Ausbildung aufweisen. Die ringförmige Bördelung kann auch von 2 bis 40%, beispielsweise von 3 bis 30%, insbesondere von 4 bis 30% und gegebenenfalls von 4 bis 25% offen ausgebildet sein.
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Vorteilhaft kann dadurch beispielsweise die ringförmige Bördelung in unverbautem Zustand offen ausgebildet sein, und aufgrund der Verpressung in Einbaulage geschlossen. Somit kann das Schließen der ringförmigen Bördelung vorteilhaft als sanfte Vorspannung verwendet werden, sodass auch im niedrigen Temperaturbereich die druckdichte Verbindung von Faltenbalgrohr und weiterem Rohrleitungsbauteil über einen weiten Streckenbereich und mittels einer geringen Verformung sichergestellt werden kann.
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Dabei versteht man unter einer zu 1 bis 50% offenen Ausbildung eine auf 360 Grad bezogene prozentuale offene Ausbildung der ringförmigen Bördelung. Somit bildet eine zu 50% offene ringförmige Bördelung einen Halbring aus und eine zu 25% offene Ausbildung einen Dreiviertelring.
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Des Weiteren kann die ringförmige Bördelung in unverbautem Zustand oder in Einbaulage eine in Umfangsrichtung des Faltenbalgrohres ununterbrochenen Verlauf aufweisen. Vorteilhaft kann dadurch eine Leckage aufgrund einer ebenfalls ununterbrochenen Ausbildung der Dichtlinie größtenteils verhindert werden.
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Des Weiteren kann die ringförmige Bördelung in unverbautem Zustand oder in Einbaulage einen radial nach innen ausgebildeten Verlauf aufweisen, wodurch vorteilhaft im Inneren des Faltenbalgrohres und gleichzeitig im Inneren der ringförmigen Bördelung beispielsweise ein Leitrohr angeordnet werden kann, welches das Faltenbalgrohr zumindest endständig mechanisch verstärkt. Dadurch kann weiterhin das Faltenbalgrohr die Dichtlinie/n zum weiteren Rohrleitungsbauteil ausbilden, ohne dass das Leitrohr zum Faltenbalgrohr druckdicht ausgebildet werden muss.
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Zudem kann die ringförmige Bördelung in unverbautem Zustand oder in Einbaulage einen in Richtung des Rohrendes sich über die zumindest eine Dichtlinie hinaus erstreckenden Verlauf aufweisen. Dadurch kann vorteilhaft verhindert oder das Risiko verringert werden, dass unregelmäßige Ausbildungen zu einem Dichtigkeitsverlust führen. Zudem kann auch verhindert werden, dass das Rohrende die an dem jeweiligen weiteren Rohrleitungsbauteil ausgebildeten Dichtlinien bzw. Dichtflächen verkratzt. Dadurch kann das Rohrende weniger aufwendig nachbearbeitet werden, ohne dass Einbußen hinsichtlich der integrierten Dichtfunktion in Kauf genommen werden müssen.
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Von den Begriffen Axialrichtung und Radialrichtung ist im Folgenden immer auch die nachfolgend definierte Orientierung der jeweiligen Richtung umfasst. Dabei versteht man unter einer Axialrichtung eine Richtung parallel zur Mittellinie des Rohrleitungssegmentes und in der Orientierung jeweils zu der ringförmigen Bördelung, die jeweils gerade betrachtet wird. Unter der Radialrichtung versteht man eine Richtung, die von der Mittellinie des Rohrleitungssegmentes zum Mantel des Rohrleitungssegmentes verläuft, senkrecht zur Axialrichtung steht und von der Mittellinie zum Mantel orientiert ist. Unter der Umfangsrichtung ist diejenige Richtung zu verstehen, die man abführt, wenn man dem Umfang des Rohrleitungssegmentes folgt. Der Begriff der Umfangsrichtung wird ohne Orientierung verwendet Des Weiteren kann in der ringförmigen Bördelung als Einlage ein O-Ring, ein C-Ring oder eine endständige ringförmige Bördelung eines im Inneren des Faltenbalgrohres eingesetzten Leitrohres angeordnet sein. Vorteilhaft kann durch eine derartige Einlage das Elastizitätsverhalten der ringförmigen Bördelung des Faltenbalgrohres in die gewünschte Richtung angepasst werden. Somit kann durch die Verstärkung mittels der Einlage eine Dichtlinie erzeugt werden, die unter einer höheren Vorspannung in der Rohrleitung steht, sodass die Druckdichtheit vor allem im sehr tiefen Temperaturbereich während des Betriebes sichergestellt werden kann.
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Dabei können derartige Einlagen aus Eisen, Stahl, Edelstahl, rostfreiem Stahl, Edelstahl des Typs X8CrNiTi18-10, Edelstahl des Typs X15CrNiSi20-12, Inconel 625, Inconel 718, Inconel X750, Rene 41, oder Waspalloy ausgebildet sein oder ein Material dieser Gruppe enthalten. Vorteilhaft können durch derartige Materialien vor allem beispielsweise für den Abgasbereich hohe Temperaturen erreicht werden, ohne dass das Material die für die Druckdichtheit wichtigen elastischen Eigenschaften zumindest teilweise verliert.
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Weiter kann die zumindest eine Dichtlinie eine axiale Orientierung, eine radiale Orientierung oder eine Orientierung der Dichtlinie unter einem im Uhrzeigersinn ermittelten Winkel von 225 bis 135 Grad zur Axialrichtung aufweisen. Vorteilhaft kann durch eine derartige Ausrichtung die jeweils gewünschte und am stärksten abdichtende Positionierung der Dichtlinie ausgebildet werden, wobei es auch denkbar ist, dass mehrere Dichtlinien unterschiedlicher Orientierung mit unterschiedlichen Vorspannungen ausgebildet werden, sodass die Druckdichtheit über mehrere Dichtlinien mit unterschiedlicher Orientierung und Vorspannung sichergestellt wird.
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Dabei versteht man unter einer jeweiligen Orientierung der Dichtlinie diejenige Richtung der Verbindung der Mittellinie der ringförmigen Bördelung mit der Dichtlinie im Querschnitt der Bördelung und zusätzlich die Orientierung von der Mittellinie zur Dichtlinie. Somit ist von dem Begriff Orientierung in Bezug auf die Dichtlinie sowohl die Richtung, als auch die Orientierung umfasst. Eine axiale Orientierung der Dichtlinie liegt vor, wenn die Verbindung der Mittellinie der ringförmigen Bördelung und der Dichtlinie in Axialrichtung angeordnet ist, während bei einer radialen Ausrichtung die Verbindung von der Mittellinie und der Dichtlinie in Radialrichtung verläuft.
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Allgemein versteht man unter einer Orientierung der Dichtlinie unter dem jeweiligen im Uhrzeigersinn ermittelten Winkel zur Axialrichtung die zuvor beschriebene Orientierung der Dichtlinie, die zur Axialrichtung unter dem jeweiligen Winkel positioniert ist, wobei der jeweilige Winkel im Uhrzeigersinn von der Orientierung der Dichtlinie zur Axialrichtung ermittelt wird.
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Des Weiteren ist die ringförmige Bördelung derartig ausgebildet, dass die druckdichte Verbindung in einem Temperaturbereich von –40 bis +1.000°C und/oder in einen Überdruckbereich von 0,1 Bar bis 30 Bar druckdicht ausgebildet ist. Dabei ist auch denkbar, dass die druckdichte Verbindung in einem Temperaturbereich von –40 bis +950°C und/oder in einen Überdruckbereich von 0,1 Bar bis 20 Bar, beispielsweise in einem Temperaturbereich von –40 bis +900°C und/oder in einen Überdruckbereich von 0,1 Bar bis 10 Bar, insbesondere in einem Temperaturbereich von –40 bis +850°C und/oder in einen Überdruckbereich von 0,1 Bar bis 8 Bar und ggf. in einem Temperaturbereich von –40 bis +800°C und/oder in einen Überdruckbereich von 0,1 Bar bis 6 Bar druckdicht ausgebildet ist.
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Vorteilhaft kann durch die Auswahl derartiger Parameterbereiche über einen weiten Druckbereich und über einen enormen Temperaturbereich sichergestellt werden, sodass ein derartiges Rohrleitungssegment beispielsweise als Abgaskompensator in der Abgasleitung eingesetzt werden kann.
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Des Weiteren kann ein zwischen der ringförmigen Bördelung und einem Faltenbalg des Faltenbalgrohres angeordneter konischer Rohrabschnitt des Faltenbalgrohres in Orientierung der konischen Weitung unter einem im Uhrzeigersinn ermittelten Winkel von 50 bis 85 Grad zur Axialrichtung angeordnet sein.
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Vorteilhaft kann durch eine derartige Anordnung eine V-Bandschelle zur Verbindung des Rohleitungssegmentes mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil verwendet werden, wobei aufgrund des jeweilig angepassten konisches Verlaufs des Rohrabschnittes die jeweilig gewünschte Anpresskraft und Anpressrichtung mittels der V-Bandschelle auf die ringförmige Bördelung ausgebildet werden kann. Auch dadurch kann die Spannung während des Betriebes und die Vorspannung hinsichtlich der einen oder mehreren Dichtlinien wie gewünscht gesteuert werden.
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Dabei versteht man unter der Orientierung der konischen Weitung die Richtung und die Orientierung des konischen Verlaufes in Richtung der konischen Weitung im Querschnitt der ringförmigen Bördelung. Der jeweilige Winkel, wird von der Orientierung der konischen Weitung zur Axialrichtung im Uhrzeigersinn ermittelt.
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Ist das Rohrleitungssegment für Abgas oder Ladeluft ausgebildet, so kann das Rohrleitungssegment beispielsweise als Abgaskompensator in der Abgasleitung oder in der Abgasrückführungsleitung oder auch als Kompensator in der Ladeluftleitung verwendet werden, wobei in diesem Fall das Rohrleitungssegment so ausgebildet ist, dass es vorteilhaft sowohl die Temperaturschwankung des Abgases, als auch die korrosiven Eigenschaften des Abgases, sowie die auftretenden Spannungen aushält.
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Ist das Faltenbalgrohr einlagig, zweilagig, dreilagig, vierlagig oder fünflagig oder allgemein mehrlagig ausgebildet, so kann aufgrund der Lagigkeit das Faltenbalgrohr mechanisch einfacher bearbeitet werden.
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Wird für das Faltenbalgrohr Eisen, Stahl, Edelstahl, rostfreiem Stahl, Edelstahl des Typs X8CrNiTi18-10, Edelstahl des Typs X15CrNiSi20-12, Inconel 625, Inconel 718, Inconel X750, Rene 41, oder Waspalloy verwendet, so kann vorteilhaft ein derartiges Faltenbalgrohr auch bei korrosiven Fluiden, wie Abgasen, auch mit enormen Temperaturschwankungen der korrosiven Fluide verwendet werden.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Rohrleitung mit einem wie zuvor beschriebenen Rohrleitungssegment vorgeschlagen, wobei das Rohrleitungssegment mittels einer Verbindungsvorrichtung an das weitere Rohrleitungsbauteil angebunden ist, sodass die ringförmige Bördelung des Faltenbalgrohres an einen Dichtbereich des weiteren Rohrleitungsbauteils angepresst wird.
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Vorteilhaft kann dadurch als Rohrleitungssegment ein Rohrleitungsbauteil verwendet werden, das sowohl eine spannungskompensierende Funktion als auch eine Dichtfunktion in einem Bauteil in integraler Bauweise vereinigt und das zudem einfach hergestellt werden kann. Trotz dieser Funktionsanhäufung im Rohrleitungssegment kann die Druckdichtheit der Verbindung zwischen Rohrleitungssegment und weiterem Rohrleitungsbauteil sichergestellt werden. Da die ringförmige Bördelung und ggf. der konische Rohrabschnitt einfach in gewünschter Form hergestellt werden kann, ist es möglich, auf eine Anpassung der Verbindungsvorrichtung zu verzichten, so dass gängige, marktübliche Verbindungsvorrichtungen verwendet werden können. Dies spart Herstellungskosten und erhöht die Betriebssicherheit, sowie es den Wartungsaufwand verringert aufgrund der Verwendung ausgereifter Komponenten.
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Dabei versteht man unter einem Dichtbereich einen Bereich des weiteren Rohrleitungsbauteils, der in Zusammenwirken mit der ringförmigen Bördelung des Faltenbalgrohres die zumindest eine Dichtlinie ausbildet.
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Des Weiteren kann die Verbindungsvorrichtung beispielsweise als V-Bandschelle oder als Flansch ausgebildet sein.
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Im Falle der V-Bandschelle können vorteilhaft Verbindungselemente verwendet werden, die üblicherweise beispielsweise im Abgasrohrbereich oder auch in anderen Bereichen des Führens von Fluiden, die unter hohen Temperaturschwankungen stehen, verwendet werden, sodass auf gängige, marktübliche Verbindungsvorrichtungen zugegriffen werden kann. Dabei kann der konische Rohrabschnitt des Faltenbalgrohres an die jeweilige V-Bandschelle derart angepasst werden, dass das gewünschte Spannungsprofil an der/den Dichtlinien ausgebildet wird.
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Es ist auch denkbar, dass die Verbindungsvorrichtung einen Flansch aufweist, wobei in diesem Fall im Zusammenwirken mit dem Flansch die Verpressung beziehungsweise Anpressung der ringförmigen Bördelung an den Dichtbereich vorgenommen wird. Zu diesem Zweck kann an dem weiteren Rohrleitungsbauteil ein Flansch ausgebildet sein, an den ein Flanschring angeschraubt wird, wobei in Einbaulage zumindest die ringförmige Bördelung zwischen dem Flanschring und dem Flansch positioniert wird und durch das Verbinden von Flansch und Flanschring an den Dichtbereich angepresst wird. Des Weiteren ist es denkbar, dass auch ein konischer Rohrabschnitt in Einbaulage zwischen dem Flanschring und dem Flansch positioniert ist und ebenfalls durch das Verbinden von Flansch und Flanschring verpresst wird. Vorteilhaft kann in diesem Fall durch eine Art Flanschverbindung das Rohleitungssegment mit dem weiteren Rohrleitungsbauteil verbunden werden, ohne dass an dem Faltenbalgrohr aufwendig ein Flansch ausgebildet oder angebracht werden muss.
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Dabei kann das weitere Rohrleitungsbauteil ein Rohrleitungssegment, ein Rohrstück, ein Abgasturbolader, ein Krümmer oder dergleichen sein.
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Vorteilhaft kann dadurch eine hohe Flexibilität der Verwendung des Rohrleitungssegmentes in der Rohleitung vorgenommen werden, sodass an den unterschiedlichsten Stellen, vor allem auch vor funktionellen Rohrleitungsbauteilen wie beispielsweise dem Abgasturbolader eine Spannungskompensation vorgenommen werden kann, sodass die funktionellen Rohrleitungsbauteile mit einer verringerten mechanischer Spannung beaufschlagt werden.
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Weiterhin kann der Dichtbereich des weiteren Rohrleitungsbauteils eine radiale Ringfläche, die mit der ringförmigen Bördelung zumindest eine radiale Dichtlinie ausbildet und/oder eine axiale Ringfläche, die mit der ringförmigen Bördelung zumindest eine axiale Dichtlinie ausbildet, aufweisen. Vorteilhaft kann dadurch eine in der Radialrichtung oder in der Axialrichtung oder in beiden Richtungen ausgebildete Dichtlinie aufgebaut werden, sodass jeweils das gewünschte Druckprofil erzeugt werden kann.
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Dabei versteht man unter einer radialen Ringfläche eine Ringfläche, deren Flächennormalen in Radialrichtung orientiert sind, während man unter einer axialen Ringfläche eine Ringfläche versteht, deren Flächennormalen in Axialrichtung ausgerichtet sind.
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Des Weiteren kann der Dichtbereich des weiteren Rohrleitungsbauteiles auch zumindest eine konische Ringfläche aufweisen, die in Orientierung der konischen Weitung unter einem im Uhrzeigersinn ermittelten Winkel von 10 bis 170 Grad zur Axialrichtung angeordnet ist und zumindest eine Dichtlinie ausbildet, die in einem im Uhrzeigersinn ermittelten Winkel von 225 bis 135 Grad im Uhrzeigersinn zur Axialrichtung orientiert ist.
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Durch derartige konische Ringflächen kann die radiale Ausrichtung und die axiale Ausrichtung einer Dichtlinie durch nahezu eine unbegrenzte Auswahl von unterschiedlich orientierten Dichtlinien ergänzt werden, sodass beliebig viele und für den jeweiligen Einsatz optimierte Dichtlinien ausgebildet werden können. Dadurch kann nahezu jedes gewünschte und optimierte Dichtprofil erstellt werden. Dies ist vor allem bei mehreren Dichtlinien eine vorteilhafte Situation, da beispielsweise bei 2, 3 oder 4 Dichtlinien die Anpresskraft bei den einzelnen Dichtlinien zueinander ausgewogen angepasst werden können, so dass die Dichtwirkung optimiert ist. Dabei kann die Optimierung der Dichtwirkung und das Erzielen des jeweils gewünschten Dichtprofils und Spannungsprofils auch durch die Form der ringförmigen Bördelung unterstützt werden.
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Dabei versteht man unter der Orientierung der konischen Weitung die Richtung und die Orientierung des konischen Verlaufes in Richtung der konischen Weitung im Querschnitt der ringförmigen Bördelung. Der jeweilige Winkel, wird von der Orientierung der konischen Weitung zur Axialrichtung im Uhrzeigersinn ermittelt.
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Ist zudem eine Ringwulst, insbesondere ausgebildet auf einer der Ringflächen, vorgesehen, die mit der ringförmigen Bördelung eine Dichtlinie ausbildet, die in einem im Uhrzeigersinn ermittelten Winkel von 225 bis 135 Grad zur Axialrichtung orientiert ist, kann die Positionierung der Dichtlinien exakter vorgenommen werden, sodass auch bei längerem Einsatz des Rohrleitungssegmentes beziehungsweise des weiteren Rohrleitungsbauteiles ein Verrutschen der Dichtlinie und somit eine Auslenkung der zueinander optimierten Dichtverhältnisse größtenteils verhindert beziehungsweise verzögert werden kann.
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Ist eine konische Spannringfläche, die in Orientierung der konischen Weitung unter einem im Uhrzeigersinn bestimmten Winkel von 95 bis 130 Grad zur Axialrichtung angeordnet ist, an dem Dichtbereich des weiteren Rohrleitungsbauteils vorgesehen, so kann in Zusammenwirkung mit einem dementsprechend angeordneten konischen Rohrabschnitt des Faltenbalgrohres vorteilhaft eine V-Bandschelle als Verbindungsvorrichtung verwendet werden.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1 ein Rohrende, beispielsweise eines Faltenbalgrohres, mit einer im Querschnitt ringförmigen Bördelung am Rohrende,
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2 ein Rohrleitungssegment in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil, wobei eine ringförmige Bördelung eine in Axialrichtung ausgerichtete ovale Ausbildung aufweist,
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3 ein Rohrleitungssegment in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil, wobei ein Dichtbereich des weiteren Rohrleitungsbauteils eine axiale Ringfläche und eine innenliegende radiale Ringfläche aufweist,
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4 ein Rohrleitungssegment in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil, wobei der Dichtbereich des weiteren Rohrleitungsbauteils eine innenliegende radiale Ringfläche und eine konische Ringfläche aufweist,
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5 ein Rohrleitungssegment in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil, wobei Dichtbereich des weiteren Rohrleitungsbauteils eine außenliegende radiale Ringfläche aufweist,
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6 ein Rohrleitungssegment in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil, wobei der Dichtbereich des weiteren Rohrleitungsbauteils eine innenliegende radiale Ringfläche, eine axiale Ringfläche und eine außenliegende radiale Ringfläche aufweist,
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7A ein Rohrleitungssegment in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil, wobei als Verbindungsvorrichtung ein Flansch verwendet wird,
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7B ein Rohrleitungssegment in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil, wobei als Verbindungsvorrichtung ein Flansch mit einem Flanschvorsprung verwendet wird,
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8A ein Rohrleitungssegment in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil, wobei der Dichtbereich des weiteren Rohrleitungsbauteiles zumindest eine Ringwulst aufweist,
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8B eine Vergrößerung des Dichtbereiches der 8a,
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9 ein Rohrleitungssegment mit einem in der ringförmigen Bördelung angeordneten O-Ring als Einlage,
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10 ein Rohrleitungssegment mit einer offenen ringförmigen Bördelung und einem in der ringförmigen Bördelung angeordneten O-Ring als Einlage,
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11 ein Rohrleitungssegment mit einem in der ringförmigen Bördelung angeordneten C-Ring als Einlage.
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Ein Rohrleitungssegment 100, wie in 1 dargestellt, weist zumindest ein Faltenbalgrohr 110 auf, dass mit einem Faltenbalg 115 ausgestattet ist und zumindest an einem Rohrende 120 eine im Querschnitt ringförmige Bördelung 130 aufweist. Dabei kann die ringförmige Bördelung 130, wie in 1 dargestellt, geschlossen und somit im Wesentlichen als Vollring ausgebildet sein.
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Des Weiteren kann das Rohrleitungssegment 100 mit einem innerhalb des Faltenbalgrohres 110 angeordneten Leitrohr 140 ausgestattet sein. Dabei übernimmt das Leitrohr 140 eine Stabilisierungsfunktion, so dass das Faltenbalgrohr 110 zumindest an seinem Rohrende 120 gegenüber mechanischen Beanspruchungen unempfindlicher ausgebildet ist. Zusätzlich dient das Leitrohr 140 auch zur Führung und Leitung des Fluidstromes. Üblicherweise sind beispielsweise bei Abgaskompensatoren an beiden Rohrenden 120 derartige Leitrohre 140 eingesetzt, wobei die Leitrohre 140 zur Mitte des Faltenbalgrohres 110 nicht verbunden miteinander ausgebildet sind. Dadurch ist ein derartiger Abgaskompensator endständig stabilisiert und im Bereich des Faltenbalges 115, in dem zumeist kein Leitrohr 140 angeordnet ist, flexibel und elastisch ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, dass nur an einem Rohrende, wie in der 1 gezeigt, ein derartiges Leitrohr 140 eingesetzt ist.
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Das Leitrohr 140 kann an seinem Rohrende 150 ebenfalls eine endständige, ringförmige Bördelung 160 aufweisen, wobei die endständige ringförmige Bördelung 160 aufgrund der Innenlage des Leitrohres 140 von der ringförmigen Bördelung 130 des Faltenbalgrohres 110 umgeben ist, beziehungsweise innerhalb der ringförmigen Bördelung 130 angeordnet ist. Dadurch kann vorteilhaft das Leitrohr 140 mittels den ringförmigen Bördelungen 130, 160 fixiert werden und die ringförmige Bördelung 130 des Faltenbalgrohres 110 durch die endständige, ringförmige Bördelung 160 des Leitrohres 140 stabilisiert werden.
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Zudem kann das Faltenbalgrohr 110 einen zwischen der ringförmigen Bördelung 130 und dem Faltenbalg 115 angeordneten konischen Rohrabschnitt 170 aufweisen. Mittels des konischen Rohrabschnittes 170 und in Zusammenwirkung mit einer Verbindungsvorrichtung 180, beispielsweise einer V-Bandschelle 185, wie in 2 gezeigt, kann das Rohrleitungssegment 100 in eine fluidführende Rohrleitung 190 eingebunden werden. Dabei kann eine Orientierung 193 einer konischen Weitung des konischen Rohrabschnittes 170 zur Axialrichtung 195 unter einem im Uhrzeigersinn 197 ermittelten Winkel α von 50 bis 85 Grad angeordnet sein.
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In 2 ist das Rohrleitungssegment 100 in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil 200 dargestellt. Dabei weist das weitere Rohrleitungsbauteil 200 in seinem Dichtbereich 205 eine axiale Ringfläche 210 und eine innenliegende, radiale Ringfläche 220 auf. Da die ringförmige Bördelung 130 mittels der V-Bandschelle 185 sowohl an die axiale Ringfläche 210 als auch an die innenliegende, radiale Ringfläche 220 angepresst wird, entsteht zumindest eine axial orientierte Dichtlinie 240 und eine radial orientierte Dichtlinie 250 im Zusammenwirken der ringförmigen Bördelung 130 mit der axialen Ringfläche 210 und der innenliegenden, radialen Ringfläche 220. Dabei ist es auch denkbar, dass die Dichtlinien 240, 250 als gegebenenfalls unregelmäßig verlaufenden Dichtflächen ausgebildet sind, wobei zumindest eine verbleibende Dichtlinie 240, 250 durchgehend die druckdichte Verbindung 260 des Faltenbalgrohres 110 an das weitere Rohrleitungsbauteil 200 sicherstellt.
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Aufgrund der Anpresskraft der Verbindungsvorrichtung 180 im Verbindungsbereich 265 kann eine Verformung der ringförmigen Bördelung 130 eintreten. So ist es beispielsweise denkbar, dass die kreisrunde Ausbildung 270 der ringförmigen Bördelung 130 in unverbautem Zustand, wie in 1 gezeigt, durch die Anpresskraft zu einer ovalen Ausbildung 280 ggf. reversibel verformt wird, wie in 2 gezeigt. Dabei ist die in der 2 gezeigt ovale Ausbildung 280 in Radialrichtung 285 ausgerichtet. Es ist aber auch denkbar, dass beispielsweise die ringförmige Bördelung 130 in unverbautem Zustand oval in Axialrichtung 195 ausgerichtet ausgebildet ist und in Einbaulage ebenfalls oval in Axialrichtung 195 ausgerichtet, oval in Radialrichtung 285 ausgerichtet oder kreisrund ausgebildet ist. Somit bleibt eine Vielzahl von möglichen Kombinationen der Ausgestaltung der ringförmigen Bördelung 130 in unverbautem Zustand oder in Einbaulage in der Rohrleitung 190, je nachdem, welches Dichtprofil gewünscht ist.
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In der 3 ist beispielsweise ein Rohrleitungssegment 100 in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil 200 gezeigt, bei dem die ringförmige Bördelung 130 in Einbaulage eine kreisrunde Ausbildung 270 aufweist. Zudem ist die ringförmige Bördelung 130 geschlossen ausgebildet, wie dies auch in den 1 bis 7B der Fall ist.
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Im Folgenden wird in den 4 bis 11 auf die Darstellung des Faltenbalges 115 verzichtet.
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In der 4 ist ein Rohrleitungssegment 100 in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil 200 gezeigt, wobei der Dichtbereich 205 eine innenliegende, radiale Ringfläche 220 aufweist und eine konische Ringfläche 290. Diese konische Ringfläche 290 kann hinsichtlich der Orientierung 300 ihrer konischen Weitung unter einem im Uhrzeigersinn 197 ermittelten Winkel β von 10 bis 170 Grad zur Axialrichtung 195 angeordnet sein. Aufgrund derartiger konischer Ringflächen 290, die in einem weiten Winkelbereich angeordnet sein können, lassen sich unterschiedlich positionierte Dichtlinien beziehungsweise Dichtflächen ausbilden.
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In 5 ist ein Rohrleitungssegment 100 in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil 200 dargestellt, das einen Dichtbereich 205 aufweist, der mit einer außenliegenden, radialen Ringfläche 310 ausgestattet ist. Zudem weist der Dichtbereich 205 eine konische Spannringfläche 320 auf, wobei die Orientierung 330 ihrer konischen Weitung unter einem im Uhrzeigersinn 197 ermittelten Winkel γ von 95 bis 130 Grad zur Axialrichtung 195 angeordnet sein kann. Eine derartige konische Spannringfläche 320 ist auch in den 2 bis 6 und 8A bis 11 gezeigt.
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In 6 ist das Rohrleitungssegment 100 in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil 200 dargestellt. Das weitere Rohrleitungsbauteil 200 ist derartig ausgebildet, dass der Dichtbereich 205 eine innenliegende, radiale Ringfläche 220, eine außenliegende, radiale Ringfläche 310 und eine axiale Ringfläche 210 aufweist. In diesem Fall kann zum einen vorteilhaft die ringförmige Bördelung 130 bei der Montage gut zentriert werden und zum anderen bilden sich bei der Verpressung mittels der Verbindungsvorrichtung 180 bei dementsprechender konstruktiver Ausgestaltung drei Dichtlinien aus, zwei radial orientierte Dichtlinien 250, 250' und eine axial orientierte Dichtlinie 240.
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In der Ausführungsform gemäß 7A ist ein Rohrleitungssegment 100 in Einbaulage mit einem weiteren Rohrleitungsbauteil 200 gezeigt, wobei das weitere Rohrleitungsbauteil 200 eine Verbindungsvorrichtung 180 aufweist, die als Flanschverbindung 340 oder flanschähnliche Verbindung ausgebildet ist. Dabei ist an dem weiteren Rohrleitungsbauteil 200 ein Flansch 343 ausgebildet. Dieser Flansch 343 wird mit einem Flanschring 347 gekontert, wobei die ringförmige Bördelung 130 und ggf. zusätzlich auch der konische Rohrabschnitt 170 in Einbaulage zwischen dem Flanschring 347 und dem Flansch 343 positioniert ist. Durch Verbinden der Flanschringes 347 mit dem Flansch 343 kann ein Anpressen der ringförmigen Bördelung 130 an beispielsweise die axiale Ringfläche 210 im Dichtbereich 205 vorgenommen werden. Ist der Flanschring 347 mit einer konischen Spannringfläche 348, ggf. komplementär zum konischen Rohrabschnitt 170 ausgebildet, ausgestattet, so kann auch mittels des Zusammenwirkens des konischen Rohrabschnittes 170 mit der konischen Spannringfläche 348 beim Verbinden des Flanschringes 347 mit dem Flansch 343 der Anpressdruck des Faltenbalgrohres 110 auf den Dichtbereich 205 verstärkt werden.
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Wie in 7B gezeigt, kann zusätzlich am Flansch 343 ein Flanschvorsprung 349 vorhanden sein, der in Einbaulage in Richtung des Faltenbalgrohres 110 orientiert ist. Mittels dieses Flanschvorsprunges 349 gelingt eine einfachere Positionierung der ringförmigen Bördelung während der Montage. Ist der Flanschvorsprung 349 zudem komplementär verlaufend zum konischen Rohrabschnitt 170 ausgebildet, kann bei dementsprechender Ausgestaltung eine weitere radial orientierte Dichtlinie 250 zwischen dem Flanschvorsprung 343 und der ringförmigen Bördelung 130 ausgebildet werden und/oder eine in der 7B nicht gezeigte Dichtlinie bzw. Dichtfläche zwischen dem Flanschvorsprung 349 und dem konischen Rohrabschnitt 170. Die Ausbildung letztgenannter Dichtlinie bzw. Dichtfläche kann zusätzlich noch durch an dem Flanschvorsprung 349 und/oder an dem konischen Rohrabschnitt 170 ausgebildete Ringwulsten unterstützt werden. Derartige Ringwulste und deren Funktionsweise werden nachfolgend in den 8A und 8B beschrieben.
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Der Dichtbereich 205, des in den 8A und 8B gezeigten weiteren Rohrleitungsbauteiles 200, ist mit einer innenliegenden, radialen Ringfläche 220 und einer axialen Ringfläche 210 ausgestattet. Zudem, wie in 8B gezeigt, weist die innenliegende, radiale Ringfläche 220 eine Ringwulst 350 auf, die mit der ringförmigen Bördelung 130 eine radial orientierte Dichtlinie 250 ausbildet. Weiterhin kann die axiale Ringfläche 210 eine Ringwulst 360 aufweisen, die mit der ringförmigen Bördelung 130 eine axial orientierte Dichtlinie 240 ausbildet. Zusätzlich oder alternativ kann der Dichtbereich 205 eine Ringwulst 370 aufweisen, mit dem die ringförmige Bördelung 130 eine schräg orientierte Dichtlinie 380 ausbildet, deren Orientierung 390 unter einem im Uhrzeigersinn 197 ermittelten Winkel δ von 225 bis 135 Grad zur Axialrichtung 195 angeordnet sein kann.
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Dabei wird die Orientierung 390 der schräg orientierten Dichtlinie 380 derart ermittelt, dass im Querschnitt bzw. in der Querschnittsansicht eine Mittellinie 395 der ringförmigen Bördelung 130 mit der schräg orientierten Dichtlinie 380 verbunden wird und die Orientierung 390 von der Mittellinie 395 zur schräg orientierten Dichtlinie 380 verläuft. Eine radiale Orientierung der radial orientierten Dichtlinie 250 bzw. eine axiale Orientierung der axial orientierten Dichtlinie 240 kann analog ermittelt werden.
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Das Rohrleitungssegment 100, wie in 9 gezeigt, ist mit einer in der ringförmigen Bördelung 130 angeordneten Einlage 400 ausgestattet, wobei die Einlage 400 als O-Ring 410 ausgebildet ist. Das Leitrohr 140 ist in diesem Fall nicht in die ringförmige Bördelung 130 beziehungsweise innerhalb der ringförmigen Bördelung 130 angeordnet.
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Das Rohrleitungssegment 100 gemäß der 10 weist ebenfalls eine als O-Ring 410 ausgebildete Einlage 400 auf, die in der ringförmigen Bördelung 130 angeordnet ist, wobei in dieser Ausführungsform das Leitrohr 140 derart um die Einlage 400 herum angeordnet ist, dass die als O-Ring 410 ausgebildete Einlage 400 von der offen ausgebildeten Bördelung 130 und dem Leitrohr 140 eingefasst wird.
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Das in der 11 gezeigte Rohrleitungssegment 100 weist als Einlage 400 einen C-Ring 420 auf. Dabei ist auch in diesem Fall die ringförmige Bördelung 130 offen ausgebildet, wobei das Leitrohr 140 bis zum Ende der ringförmigen Bördelung 130 in der Art und Weise geführt ist, dass die ringförmige Bördelung 130 und das Leitrohr 140 die Einlage 400 umgeben.