DE102017124162A1 - Metal bellows and method for producing a metal bellows - Google Patents
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Abstract
Ein Metallbalg (10), mit einer sich um eine Längsachse (12) erstreckenden und einen Balginnenraum (14) umschließenden Balgwandung (16), wobei die Balgwandung (16) Innenfalten (18) und Außenfalten (20) aufweist, die über Wandungsflanken (22) miteinander verbunden sind, ist im Hinblick auf eine kostengünstige Herstellung eines hinreichend haltbaren und verformbaren Metallbalgs derart ausgestaltet und weitergebildet, dass die Innenfalten (18) und/oder die Außenfalten (20) derart geformt sind, dass diese jeweils einen Ringraum (24, 25)umschließen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbalgs (10) ist angegeben.
A metal bellows (10), having a bellows wall (16) extending around a longitudinal axis (12) and enclosing a bellows interior (14), the bellows wall (16) having inner folds (18) and outer folds (20) which are provided via wall flanks (22 ) are connected with respect to a cost-effective production of a sufficiently durable and deformable metal bellows configured and further developed such that the inner folds (18) and / or the outer folds (20) are formed such that they each have an annular space (24, 25 )enclose.
A method for producing a metal bellows (10) is given.
Description
Die Erfindung betrifft einen Metallbalg, mit einer sich um eine Längsachse erstreckenden und einen Balginnenraum umschließenden Balgwandung, wobei die Balgwandung Innenfalten und Außenfalten aufweist, die über Wandungsflanken miteinander verbunden sind. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbalgs.The invention relates to a metal bellows, having a bellows wall extending around a longitudinal axis and enclosing a bellows interior, the bellows wall having inner folds and outer folds which are connected to one another via wall flanks. In addition, the invention relates to a method for producing a metal bellows.
Metallbälge und Verfahren zur Herstellung von Metallbälgen sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei eine Bauweise von Metallbälgen darin besteht, dass ein Metallrohr durch Innendruck beaufschlagt und zu einem Metallbalg verformt wird (Faltenbalg), wie beispielsweise in
Bei einem Faltenbalg ist von Nachteil, dass dessen Verformung, beispielsweise dessen Längung, und dessen Haltbarkeit vergleichsweise begrenzt sind. Bei einem Membranbalg ist von Nachteil, dass dessen Herstellung durch Verschweißen konstruktiv aufwändig und daher vergleichsweise teuer ist.In a bellows is disadvantageous that its deformation, for example, its elongation, and its durability are relatively limited. In a diaphragm bellows is disadvantageous that its production by welding is structurally complex and therefore relatively expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Herstellung eines hinreichend haltbaren und verformbaren Metallbalgs zu ermöglichen.The invention has for its object to enable a cost-effective production of a sufficiently durable and deformable metal bellows.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen Metallbalg mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach zeichnet sich der Metallbalg dadurch aus, dass die Innenfalten und/oder die Außenfalten derart geformt sind, dass diese insbesondere in deren radialen Endbereichen (Faltenendbereich) jeweils einen Ringraum einschließen.The invention achieves the object by a metal bellows with the features of claim 1. Thereafter, the metal bellows is characterized in that the inner folds and / or the outer folds are shaped such that they include in each case in the radial end regions (fold end region) each having an annular space.
Auf diese Weise ist ein Metallbalg geschaffen, der vorteilhafte Verformungseigenschaften aufweist, so können große Axialbewegungen ausgeglichen und eine hohe Längung und Verkürzung (Kompression) erreicht werden. Dies gelingt auf Grund der Tatsache, dass durch die Ausgestaltung der Innenfalten und/oder der Außenfalten mit Ringräumen die auf die Falten wirkenden Belastungen, bspw. bei axialer Verformung (z.B. Verkürzung), reduziert sind. Dies hat Vorteile beim Einsatz des Metallbalgs, da eine verbesserte Haltbarkeit erzielt werden kann. Zudem ist durch die Falten mit Ringräumen eine kostengünstige Herstellung des Metallbalgs durch Innenhochdruckumformung (oftmals auch „Hydroforming“ bezeichnet) und Stauchen des Metallbalgs ermöglicht, da eine Beschädigung der Falten vermieden werden kann. Mit anderen Worten weist der vorgeschlagene Metallbalg in seiner Verwendung die Vorteile eines Membranbalges auf, ist jedoch kostengünstiger herstellbar. Die Innenfalten können auch als „innere Falten“ und die Außenfalten auch als „äußere Falten“ bezeichnet werden.In this way, a metal bellows is created, which has advantageous deformation properties, so large axial movements can be compensated and a high elongation and shortening (compression) can be achieved. This is achieved by virtue of the fact that the design of the inner folds and / or the outer folds with annular spaces reduces the loads acting on the folds, for example in the case of axial deformation (for example shortening). This has advantages when using the metal bellows, as improved durability can be achieved. In addition, by the wrinkles with annular spaces, a cost-effective production of the metal bellows by hydroforming (often called "hydroforming") and upsetting of the metal bellows allows, as damage to the folds can be avoided. In other words, the proposed metal bellows in its use the advantages of a diaphragm bellows, but is cheaper to produce. The inner pleats may also be referred to as "inner pleats" and the outer pleats may also be referred to as "outer pleats".
Die Falte, die den Ringraum einschließt, kann im Querschnitt die Form einer Schlaufe, Öse oder dergleichen aufweisen. Der Ringraum kann nicht ausschließlich, bspw. abschnittsweise, einen kreisförmigen, elliptischen oder ovalen Querschnitt aufweisen. Hierbei sind symmetrische oder unsymmetrische Ausgestaltungen möglich. Bei dem vorliegenden Metallbalg handelt es sich insbesondere um einen durch Innenhochdruckumformung hergestellten und anschließend verformten, insbesondere gestauchten, Faltenbalg.The fold enclosing the annulus may have the shape of a loop, eyelet or the like in cross section. The annular space can not exclusively, for example. Sectionally, have a circular, elliptical or oval cross-section. In this case, symmetrical or asymmetrical embodiments are possible. The present metal bellows are, in particular, a bellows produced by hydroforming and subsequently deformed, in particular compressed.
Der Übergang von benachbarten Wandungsflanken zu einer an diesen Wandungsflanken ausgebildeten Falte, z.B. von zwei benachbarten Wandungsflanken zu einer Außenfalte, ist insbesondere derart ausgebildet, dass Abschnitte benachbarter Wandungsflanken direkt aneinander anliegen (Kontaktbereich). Dieser Kontaktbereich liegt an der diesen Wandungsflanken zugewandten Seite des Ringraums. Durch das direkte Anliegen ist der Ringraum geschlossen. Die benachbarten Wandungsflanken können im Kontaktbereich einen Linienkontakt (z.B. Kreislinie) oder einen flächigen Kontakt (z.B. Kreisring) ausbilden.The transition from adjacent wall flanks to a fold formed on these wall flanks, e.g. of two adjacent Wandungsflanken to an outer fold, is in particular designed such that portions of adjacent Wandungsflanken lie directly against each other (contact area). This contact region is located on the side of the annulus facing this wall flanks. Due to the direct concern of the annulus is closed. The adjacent wall flanks may form a line contact (e.g., circle) or a planar contact (e.g., circular ring) in the contact area.
Diese Kontaktbereiche bewirken eine Begrenzung der Biegebelastung an den jeweils den Wandungsflanken radial gegenüberliegenden Begrenzungen der Ringräume der Innen- und Außenfalten durch Umlenkung der Balg-Axial-Bewegungen in ein Abrollen der aneinander angrenzenden Wandungsflanken aufeinander.These contact areas cause a limitation of the bending load on each of the Wandungsflanken radially opposite boundaries of the annular spaces of the inner and outer folds by deflecting the bellows-axial movements in a rolling of the mutually adjacent Wandungsflanken each other.
Im Konkreten sind die Innenfalten und Außenfalten insbesondere kontinuierlich miteinander verbunden, und zwar über zwischenliegende Wandlungsflanken. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Wandungsflanken, die an eine identische Falte angrenzen, kann auch als „Teilung“ bezeichnet werden. Bezogen auf die Längsachse ist die Innenfalte radial innen und die Außenfalte radial außen angeordnet (radiale Richtung orthogonal zur Längsachse orientiert). Die Innenfalte bildet ein „Tal“. Die Außenfalte bildet einen „Berg“. Eine Außenfalte und die an diese Außenfalte angrenzenden Wandungsflanken bilden eine Wellung. Entlang der Längsachse benachbarte Wellungen sind über eine Innenfalte miteinander verbunden.Specifically, the inner folds and outer folds are in particular continuously connected to each other, via intermediate transition edges. The distance between two adjacent wall flanks adjacent to an identical fold can also be referred to as a "division". Relative to the longitudinal axis, the inner fold is arranged radially inward and the outer fold is arranged radially on the outside (radial direction oriented orthogonally to the longitudinal axis). The inner fold forms a "valley". The outer fold forms a "mountain". An outer fold and the wall flanks adjacent to this outer fold form a corrugation. Along the longitudinal axis adjacent corrugations are interconnected via an inner fold.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung können die Innenfalten und/oder die Außenfalten den Ringraum jeweils unmittelbar umschließen. Dies bedeutet, dass die Wandungen der Falten direkt an die Ringräume grenzen. Hierdurch ist eine konstruktiv einfache Ausgestaltung der Falten ohne weitere Bestandteile ermöglicht (Außenfalte/Innenfalte und/oder Ringraum frei von weiteren Bestandteilen). Zudem umschließen die Innenfalten und/oder die Außenfalten den Ringraum jeweils insbesondere vollständig. Auch dies trägt zu einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung bei. Within the scope of a preferred embodiment, the inner folds and / or the outer folds can each directly enclose the annular space. This means that the walls of the folds border directly on the annular spaces. As a result, a structurally simple design of the folds without further components is possible (outer fold / inner fold and / or annulus free of other components). In addition, the inner folds and / or the outer folds in particular completely enclose the annular space in each case. This also contributes to a structurally simple design.
In vorteilhafter Weise können die Wandungsflanken gleichsinnig oder gegensinnig gewellt sein. Dadurch ist die Stabilität der Wandungsflanken erhöht. Zudem ist von Vorteil, dass bei Kompression des Metallbalgs benachbarte Wandungsflanken flächig, ggf. großflächig, aneinander anliegen können. Die Wandungsflanken können im Querschnitt S-förmig oder schlangenlinienförmig (mäanderförmig bzw. hin- und hergehend) ausgebildet sein.Advantageously, the wall flanks can be corrugated in the same direction or in opposite directions. As a result, the stability of the Wandungsflanken is increased. In addition, it is advantageous that, when the metal bellows is compressed, adjacent wall flanks can lie flat against one another, possibly over a large area. The Wandungsflanken may be formed in cross-section S-shaped or serpentine (meandering or reciprocating).
In zweckmäßiger Weise können die Wandungsflanken kontinuierlich in die Innenfalten und/oder die Außenfalten übergehen. Mit anderen Worten können die Wandungsflanken und die Außenfalten und/oder die Innenfalten einstückig ausgebildet sein. Somit kann eine Schwächung der Wandungsflanken und/oder der Falten in Form von Sollbruchstellen vermieden werden. Insbesondere sind die Wandungsflanken und/oder die Falten frei von radialen Schweißnähten (Schweißnaht entlang der Längsachse des Metallbalges kann vorhanden sein).Conveniently, the Wandungsflanken can pass continuously into the inner folds and / or the outer folds. In other words, the wall flanks and the outer folds and / or the inner folds can be formed in one piece. Thus, a weakening of the wall flanks and / or the folds in the form of predetermined breaking points can be avoided. In particular, the wall flanks and / or the folds are free of radial welds (weld seam along the longitudinal axis of the metal bellows can be present).
Im Konkreten kann die Balgwandung an den Außenfalten eine geringere Wandstärke aufweisen als an den Innenfalten. Dadurch ist die Balgwandung insbesondere auf Grund der Innenhochdruckumformung an den Außenfalten elastischer als an den Innenfalten, wobei die Ausgestaltung der Außenfalten mit Ringräumen die Außenfalten vor Überlastung schützt.In concrete terms, the bellows wall can have a smaller wall thickness at the outer folds than at the inner folds. As a result, the bellows wall, in particular due to the hydroforming at the outer folds elastic than at the inner folds, wherein the design of the outer folds with annular spaces protects the outer folds from overloading.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Ringraum in radialer Richtung eine Höhe (Höhe des Ringraums orthogonal zur Längsachse) aufweisen, die weniger als 50 Prozent, vorzugsweise weniger als 30 Prozent, weiter vorzugsweise weniger als 20 Prozent, der Höhe zwischen Außenfalte und Innenfalte beträgt. Dadurch lässt sich eine hinreichende Entlastung der Falten erzielen, ohne die Herstellung oder die Verformung des Metallbalgs im Betrieb zu sehr einzuschränken.In a preferred embodiment, the annulus in the radial direction, a height (height of the annulus orthogonal to the longitudinal axis), which is less than 50 percent, preferably less than 30 percent, more preferably less than 20 percent, the height between outer fold and inner fold. As a result, a sufficient relief of the wrinkles can be achieved without restricting the production or the deformation of the metal bellows in operation too much.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbalgs gelöst, insbesondere eines Metallbalgs wie voranstehend beschrieben. Danach zeichnet sich der Metallbalg durch folgende Schritte aus:
- - Einlegen eines Metallrohrs (Halbzeug) in ein Formwerkzeug,
- - Verformen des Metallrohrs zu einem Metallbalg durch Beaufschlagen des Metallrohrinnenraums mit einem unter Druck stehenden Wirkmedium, wobei durch Zusammenwirken mit Formelementen des Formwerkzeugs Innenfalten, Außenfalten und Wandungsflanken des Metallbalgs ausgebildet werden, und
- - Stauchen des Metallbalgs entlang dessen Längsachse, wobei die Innenfalten und/oder die Außenfalten derart verformt werden, dass diese jeweils einen insbesondere geschlossenen Ringraum einschließen oder bilden.
- Inserting a metal tube (semifinished product) into a mold,
- - Deforming of the metal tube to a metal bellows by applying the metal tube interior with a pressurized active medium, which are formed by cooperation with mold elements of the mold inner folds, outer folds and Wandungsflanken the metal bellows, and
- - Compressing the metal bellows along its longitudinal axis, wherein the inner folds and / or the outer folds are deformed such that they each include or form a particular closed annulus.
Hinsichtlich der mit dem Verfahren erzielbaren Vorteile wird auf die voranstehenden Ausführungen zum Metallbalg verwiesen.With regard to the achievable with the method advantages, reference is made to the above statements to the metal bellows.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung können während des Verformens des Metallrohrs zu einem Metallbalg die Wandungsflanken derart verformt werden, dass diese gleichsinnig oder gegensinnig gewellt sind. Dadurch wird den Wandungsflanken die gewellte Struktur auf konstruktiv besonders günstige Weise aufgebracht, wobei diese Aufbringung gemeinsam innerhalb lediglich eines Arbeitsschrittes erfolgt. Durch die gewellte Struktur wird die Steifigkeit der Wandungsflanken erhöht.In the context of a preferred embodiment, during the deformation of the metal tube into a metal bellows, the wall flanks can be deformed such that they are corrugated in the same direction or in opposite directions. As a result, the corrugated structure is applied to the wall flanks in a structurally particularly favorable manner, with this application occurring together within only one work step. The corrugated structure increases the rigidity of the wall flanks.
In vorteilhafter Weise kann das Stauchen des Metallbalgs dadurch erfolgen, dass die Formelemente des Formwerkzeugs entlang der Längsachse des Metallbalges verfahren werden, insbesondere bis die Wandungsflanken und/oder die Formelemente miteinander auf Block liegen. Dadurch ist in einem Arbeitsschritt eine zuverlässige Aufbringung von Merkmalen auf den Metallbalg ermöglicht, wobei das „auf Block liegen“ zuverlässig das Ende der Verformung signalisiert. Mit anderen Worten werden die Formelemente des Formwerkzeugs entlang der Längsachse des Metallbalges aufeinander zu bewegt, bis die Wandungsflanken und/oder die Formelemente miteinander auf Block liegen und eine weitere Stauchung des Metallbalges nicht möglich ist. Dabei liegt ein Formwerkzeug zwischen zwei Wandungsflanken, die über eine Innenfalte oder eine Außenfalte miteinander verbunden sind.Advantageously, the upsetting of the metal bellows can be effected by moving the shaped elements of the molding tool along the longitudinal axis of the metal bellows, in particular until the wall flanks and / or the shaped elements lie together on a block. As a result, a reliable application of features on the metal bellows is possible in one step, wherein the "lying on block" reliably signals the end of the deformation. In other words, the mold elements of the mold along the longitudinal axis of the metal bellows are moved towards each other until the wall flanks and / or the form elements are together on block and further compression of the metal bellows is not possible. In this case, a mold is located between two wall flanks, which are connected to each other via an inner fold or an outer fold.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung können das Verformen des Metallrohrs zu einem Metallbalg und das Stauchen des Metallbalgs durch dasselbe Formwerkzeug erfolgen. Dadurch ist die kostengünstige Herstellung des Metallbalgs abermals begünstigt, da lediglich ein Formwerkzeug benötigt und eine Handhabung des Metallbalgs zum Umlagern in ein weiteres Werkzeug nicht erforderlich ist. Durchlaufzeiten, apparative Hilfsmittel zur Umlagerung und Stellfläche in einer Fertigung können eingespart werden.In a preferred embodiment, the deformation of the metal tube to a metal bellows and the upsetting of the metal bellows can be carried out by the same mold. As a result, the cost-effective production of the metal bellows is favored again, since only a mold is needed and handling of the metal bellows for repositioning into another tool is not required. Throughput times, apparatus aids for Rearrangement and footprint in a production can be saved.
Zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Metallbalgs können die im Zusammenhang mit dem Metallbalg beschriebenen Maßnahmen dienen.For further embodiment of the method for producing a metal bellows, the measures described in connection with the metal bellows can be used.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente teilweise nur einmal mit Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
-
1 eine Ausführungsform des Metallbalgs in einer schematischen Schnittansicht (Teilschnitt).
-
1 an embodiment of the metal bellows in a schematic sectional view (partial section).
Die Innenfalten
Entsprechendes gilt für den entlang der Längsachse
Im Querschnitt bilden die Innenfalte
Die Wandungsflanken
Die Wandungsflanken
Der Ringraum
Das Verfahren zum Herstellen eines Metallbalgs
Zunächst wird ein insbesondere mit einer Längsnaht verschweißtes Metallrohr, das ein Halbzeug für einen noch zu fertigenden Metallbalg
Anschließend erfolgt ein Verformen des Metallrohrs zu einem Metallbalg
Danach erfolgt ein Stauchen des Metallbalgs
Während des Verformens des Metallrohrs zu einem Metallbalg
Das Stauchen des Metallbalgs
Das Verformen des Metallrohrs zu einem Metallbalg
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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