DE102018117566A1 - Flexibles Leitungselement mit Verstärkungselementen und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents

Flexibles Leitungselement mit Verstärkungselementen und Verfahren zum Herstellen desselben Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement, umfassend einen Metallbalg 1 mit mindestens einem gewellten Balgabschnitt 6, der eine Anzahl von Wellen 7 mit ringförmigen oder schraubengangförmigen Außenkrempen 8 enthält, von denen zumindest ein Teil mit im Inneren der Außenkrempen 8 angeordneten Verstärkungselementen 9 versehen ist. Die Verstärkungselemente 9 bestehen aus jeweils mindestens einem Draht 13, der, in seiner Längsrichtung im Wesentlichen parallel zum Außenumfang der Außenkrempe 8 einer Welle 7 verlaufend, in die Außenkrempe 8 eingelegt ist. Bevorzugt wird als Verstärkungselement 9 ein Drahtseil 12 verwendet.Die Erfindung betrifft ferner ein Verstärkungselement zum Einbau in ein solches flexibles Leitungselement, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines gegen Außendruck stabilen flexiblen Leitungselements unter Verwendung von Drahtseilringen als Verstärkungselemente.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verstärkungselement zum Einbau in ein solches flexibles Leitungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines gegen Außendruck stabilen flexiblen Leitungselements nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
  • Ein flexibles Leitungselement der vorliegenden Art umfasst einen Metallbalg mit mindestens einem gewellten Balgabschnitt, der eine Anzahl von Wellen mit ringförmigen oder schraubengangförmigen Außenkrempen enthält. Zumindest ein Teil dieser Wellen ist mit Verstärkungselementen zur Erhöhung der Druckfestigkeit gegen einen Außendruck versehen, die im Inneren der Außenkrempen angeordnet sind.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines gegen Außendruck stabilen flexiblen Leitungselements der vorliegenden Art umfasst im Wesentlichen das Einformen eines ringgewellten Abschnitts eines Metallbalgs in ein Rohr und ein nachfolgendes Einbringen der Verstärkungselemente in den Metallbalg, sowie das Einlegen derselben in das Innere der Außenkrempen der zu verstärkenden Wellen des Metallbalgs.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung eines Drahtseils und ein Hochdruckventil mit einem Ventilbalg.
  • Flexible Leitungselemente der vorliegenden Art werden nicht nur zum Durchleiten von Fluiden verwendet, sondern auch zum abdichtenden Umhüllen von beweglichen Baugruppen, wobei diese Umhüllung die Bewegung der beweglichen Baugruppen zumindest zum Teil mitmacht. Hierbei werden in der Regel axiale Stauch- und Zugbewegungen ausgeführt. Als Anwendungsbeispiel ist ein Hochdruckventil zu nennen, das beispielsweise im Inneren eines Druckbehälters angeordnet ist und gegen den im Druckbehälter herrschenden Druck und/oder das Medium im Druckbehälter geschützt werden muss. Das entsprechende flexible Leitungselement, und hier insbesondere der gewellte Balgabschnitt, muss demnach gegen einen Außendruck druckstabil ausgebildet sein.
  • An sich kann eine solche Druckstabilität durch eine entsprechend dickwandige und/oder vorzugsweise mehrlagige Ausbildung des Balgabschnitts gewährleistet werden, zumindest in einem statischen Zustand des Leitungselements. Wenn der Balgabschnitt des Leitungselements jedoch axiale Stauch- und Zugbewegungen unter Außendrucklast ausführt, ist zu beobachten, dass ein solcher Balgabschnitt mitunter schon nach wenigen Dutzend Lastspielen kollabiert, obwohl die Druckstabilität im statischen Zustand sogar mit großen Sicherheitsabschlägen vorliegt.
  • Im Stand der Technik wird dieses Problem so gelöst, dass Wurmfedern in das Innere der Außenkrempen von zu verstärkenden Balgwellen eingelegt werden. Eine Wurmfeder ist eine Schraubenfeder, die zu einem Ring zusammengebogen wurde und die hierbei aufeinandertreffenden Enden der Schraubenfeder miteinander verbunden wurden.
  • Eine verbesserte Ausführungsform einer solchen Wurmfeder zum Abstützen von Balgwellen gegen einen Außendruck ist aus der DE 10 2013 111 737 A1 der Anmelderin bekannt geworden. Dort wird eine Sonderfeder als Wurmfeder verwendet, die mit von Null verschiedenen Abständen zwischen den einzelnen Windungen konstruiert wurde, so dass ein Außendurchmesser der ringförmigen Wurmfeder größer gewählt werden kann als ein dafür vorgesehener Durchmesser innerhalb der Außenkrempe der zu verstärkenden Welle. Dies führt dazu, dass die Wurmfeder bei der Montage expandiert, sich mit radialer Spannung von innen an die Außenkrempe der zu verstärkenden Welle anlegt und sich so optimal der Wellengeometrie anpasst. Wenn unter Außendruck Lastspiele ausgeführt werden, legen sich die Außenkrempen der Wellen an die Wurmfeder an und bilden hierdurch eine druckbeständige Geometrie.
  • Gleichwohl hat sich herausgestellt, dass bei Lastspielen unter besonders hohen Außendrücken, typischerweise von 1000 bar und darüber, noch Verbesserungsbedarf bei der Anzahl der garantiert erzielbaren Lastwechsel besteht.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Leitungselement der eingangs genannten Art hinsichtlich der beschädigungsfrei durchlaufbaren Anzahl von Lastspielen unter besonders hohen Außendrücken zu verbessern. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines solchermaßen verbesserten flexiblen Leitungselements anzugeben und ein Verstärkungselement zur Verbesserung eines flexiblen Leitungselements der vorliegenden Art vorzuschlagen.
  • Gelöst ist diese Aufgabe durch ein flexibles Leitungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und durch ein Verstärkungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Eine erfindungsgemäße Verwendung eines Drahtseilrings ist im Anspruch 12 niedergelegt; ein Hochdruckventil mit einem erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselement ist Gegenstand des Anspruchs 15.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements finden sich in den Ansprüchen 2 bis 9; vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verstärkungselements sind in den Ansprüchen 11 und 12 niedergelegt.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich das Material der Balgabschnitte eines flexiblen Leitungselements der vorliegenden Art bei Lastspielen unter hohen Außendrücken im Bereich der Wellenaußenkrempen sukzessive plastisch verformt, bis sich die Wellen in etwa an den Übergängen zwischen den Außenkrempen und den Innenkrempen berühren (das sogenannte „Ratcheting“).
  • Die Außenkrempen werden also gewissermaßen axial zusammengedrückt, was bei hohen Außendrücken schon nach wenigen Lastspielen der Fall sein kann. Im Moment des Kontakts der benachbarten Wellen versagt das Leitungselement.
  • Ein eingelegter Wurmring kann ein solches Ratcheting bis zu hohen Außendrücken, im Anwendungsbereich von Hochdruckventilen typischerweise bis 900 bar, zuverlässig verhindern. Allerdings ist auch die Struktur einer Wurmfeder nicht per se geometrisch druckstabil, so dass bei besonders hohen Drücken auch die Wurmfeder verformt werden kann, so dass sie das Ratcheting nicht langfristig verhindern kann. Erschwerend kommt hinzu, dass bei einer dynamischen Beanspruchung des Balgabschnitts zwischen der Außenkrempe einer verstärkten Welle und der innenliegenden Wurmfeder hohe Reibungskräfte wirken, wodurch sich die Wurmfeder erwärmt und hierdurch eine zusätzliche Materialschwächung erleidet.
  • Erfindungsgemäß wird ein flexibles Leitungselement der vorliegenden Art daher solcherart verbessert, dass die aus dem Stand der Technik bekannte Wurmfeder durch mindestens einen Draht ersetzt wird, der in das Innere der Außenkrempe einer zu verstärkenden Welle eingelegt ist, und zwar vorzugsweise in Form eines Drahtseils, das seinerseits aus einer Mehrzahl von einzelnen Drähten besteht. Diese verlaufen entweder im Wesentlichen parallel zueinander, oder aber sie sind miteinander verdrillt, und zwar vorzugsweise so, dass ein Litzenseil vorliegt, bei dem eine Anzahl verdrillter Drähte jeweils eine Litze bilden und die Litzen zu einem Seil geschlagen sind.
  • Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Außenkrempe einer Welle eines gewellten Balgabschnitts eines flexiblen Leitungselements bei Lastspielen unter hohem Außendruck durch Umlagerung des Gefüges sukzessive so weit plastisch verformt wird, bis sie am eingelegten Verstärkungselement anliegt. Weist dieses eine entsprechende Geometrie, also einen ausreichend großen Querschnitt auf, wird hierdurch das Ratcheting verhindert, da dann eine weitere plastische Verformung der Außenkrempe nicht mehr stattfindet.
  • Darüber hinaus haben Versuche der Anmelderin gezeigt, dass auch eine Materialermüdung im gewellten Balgabschnitt mit entsprechender Wellenstabilität verhindert oder zumindest um ein Vielfaches verzögert wird, wenn die plastische Verformung der Balgwellen unter hohem Außendruck aufgrund des erfindungsgemäßen Verstärkungselements begrenzt wird. Das erfindungsgemäße flexible Leitungselement kann im Ergebnis viel mehr Lastspiele unter hohem Außendruck, und vor allem unter besonders hohem Außendruck durchlaufen, als dies im Stand der Technik möglich ist. Typischerweise werden bei gewellten Balgabschnitten aus üblichem Material mit typischen Durchmessern von 28 bis 45 mm und typischen Wellenzahlen von 15 bis 25 Wellen sowie typischen axialen Bewegungswegen von +/ - 2 mm Lastspielzahlen von 20.000 und weit darüber erzielt, wenn bei Raumtemperatur ein Außendruck von 1000 bar anliegt.
  • Der erfindungsgemäß als Verstärkungselement verwendete Draht ist aus Metall gefertigt und kann aus demselben Material bestehen, wie der gewellte Balgabschnitt. Um die ihm zugedachte Funktion ausüben zu können, muss der Draht einen Querschnitt aufweisen, der ein Ratcheting verhindert oder zumindest begrenzt, so dass er den Innenraum einer Außenkrempe des gewellten Balgabschnitts zumindest zu einem Großteil ausfüllen sollte. Bei typischen Wellenformen von gewellten Balgabschnitten ergibt sich hieraus ein Draht mit entsprechend eigenstabilen Eigenschaften, so dass es insbesondere dann, wenn der gewellte Balgabschnitt ringgewellt ausgebildet ist und die solcherart ringförmig ausgebildeten Außenkrempen mit Drahtringen versehen werden müssen, schwierig wird, die Drahtringe in den gewellten Balgabschnitt des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements einzubringen. Denn sie weisen bestimmungsgemäß einen Durchmesser auf, der zwischen dem lichten Innendurchmesser und dem Außendurchmesser des gewellten Balgabschnitts liegt.
  • Vor allem für gewellte Balgabschnitte eines flexiblen Leitungselements, die ringgewellt ausgebildet sind und dementsprechend ringförmige Außenkrempen enthalten, ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung ganz besonders bevorzugt, wenn die Verstärkungselemente nicht aus nur einem Draht bestehen, sondern aus jeweils mindestens einem Drahtseil gefertigt sind, welches seinerseits aus einer Mehrzahl von einzelnen Drähten besteht. Wie bei Drahtseilen üblich, kann dies entweder so aussehen, dass die einzelnen Drähte des Drahtseils im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, oder aber dass sie miteinander verdrillt sind. Je nach Geometrie der einzelnen Drähte und des zu verstärkenden gewellten Balgabschnitts kann es auch sinnvoll sein, ein Litzenseil als Drahtseil zu verwenden, indem einzelne verdrillte Drähte jeweils eine Litze bilden, und die einzelnen Litzen zum fertigen Drahtseil geschlagen sind.
  • Wenn die Wellen des Balgabschnitts mit ringförmigen Außenkrempen versehen sind, sollten die Verstärkungselemente jeweils eine geschlossene Ringform aufweisen, um zu verhindern, dass einzelne Bereiche der Außenkrempen ohne Verstärkung bleiben. Hierzu sind die in der geschlossenen Ringform aufeinandertreffenden Drahtenden des erfindungsgemäß als Verstärkungselement verwendeten, mindestens einen Drahts stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere durch Verschweißen.
  • Wenn als Verstärkungselement erfindungsgemäß bevorzugt ein Drahtseil verwendet wird, kann es ebenfalls sinnvoll sein, dieses mittels Verschweißen zweier freien Enden zu einem geschlossenen Ring zu formen. Besonders bevorzugt ist es hier jedoch, wenn das Schließen des Rings mittels Spleißen erfolgt, wobei die einzelnen Drähte jeweils miteinander verbunden werden. Dies gewährleistet die volle Beweglichkeit des Drahtseilrings, die durch ein stumpfes Verschweißen möglicherweise bereichsweise beeinträchtigt wird.
  • Der Metallbalg des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements ist vorzugsweise aus Stahl gefertigt, insbesondere mit der Werkstoffnummer 1.4571 oder 2.4856. Auch die Drähte des erfindungsgemäßen Verstärkungselements sind, insbesondere wenn es sich um einen Drahtseilring handelt, vorzugsweise aus Stahl, insbesondere mit der Werkstoffnummer 1.4571 oder 2.4856 gefertigt.
  • Der Metallbalg des erfindungsgemäß flexiblen Leitungselements besteht schließlich vorzugsweise aus mehreren Lagen, insbesondere weist er 4 - 10 Lagen auf. Nicht zuletzt hierdurch kann eine bevorzugte Eigenschaft des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements gewährleistet werden, nach welcher es in einem statischen Zustand einem Außendruck von mindestens 1000 bar, vorzugsweise von mindestens 1.500 bar standhält.
  • Wie bereits ausgeführt, kann die erfindungsgemäße Lösung der oben skizzierten Aufgabe bevorzugt durch die Verwendung eines Drahtseils als Verstärkungselement für ein flexibles Leitungselement der vorliegenden Art erzielt werden, wobei das Drahtseil aus einer Mehrzahl von einzelnen Drähten besteht, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen oder miteinander verdrillt sind und hierbei ein Litzenseil bilden können.
  • Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Herstellen eines gegen Außendruck stabilen flexiblen Leitungselements vorgeschlagen, wobei dieses flexible Leitungselement einen Metallbalg mit mindestens einem gewellten Balgabschnitt umfasst, der eine Anzahl von Wellen mit ringförmigen Außenkrempen enthält, von denen zumindest ein Teil mit im Inneren der Außenkrempen angeordneten (ringförmigen) Verstärkungselementen zur Erhöhung der Druckfestigkeit gegen einen Außendruck versehen ist. Nach diesem Verfahren wird der gewellte Abschnitt des Metallbalgs in ein Rohr eingeformt, und erst danach werden die Verstärkungselemente in den Metallbalg eingebracht und in das Innere der Au-ßenkrempen der zu verstärkenden Wellen eingelegt.
  • Diese Verfahrensweise ist auch nach dem Stand der Technik mit Wurmfedern als Verstärkungselementen problemlos möglich gewesen, da die Wurmfedern in sich flexibel sind - was letztlich bei besonders hohen Außendrücken auch ihr Nachteil ist. Ein massiver Drahtring lässt sich so allerdings kaum in den gewellten Abschnitt des flexiblen Leitungselements einbringen, da sein Durchmesser deutlich größer ist als der lichte Innendurchmesser des Balgabschnitts.
  • Daher ist es besonders vorteilhaft, Drahtseilringe als Verstärkungselemente zu verwenden, denn diese sind ebenfalls in sich flexibel und können insbesondere zum Einbringen in den Metallbalg zu einer „8“ verformt werden, um dann zum Einlegen in das Innere der Außenkrempen wieder in ihre ursprüngliche Kreisform verbracht zu werden. Gleichwohl ist ein Drahtseilring in Radialrichtung Druckstabil und insbesondere viel druckstabiler als eine Wurmfeder, so dass er dem Ratcheting der Balgwellen bei Lastspielen unter hohen Außendrücken noch besser entgegenwirkt.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist schließlich auch ein Hochdruckventil mit einem Ventilbalg, der durch ein erfindungsgemäßes flexibles Leitungselement gebildet wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes flexibles Leitungselement wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
    • 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes flexibles Leitungselement;
    • 2 eine Detailvergrößerung aus 1;
    • 3 einen Schnitt durch eine Balgwelle ohne und mit innenliegendem Verstärkungselement und dazugehörige Diagramme zur plastischen Umlagerung des Materials;
    • 4 einen erfindungsgemäß verwendeten Drahseilring.
  • 1 zeigt im Schnitt ein erfindungsgemäß ausgestaltetes flexibles Leitungselement. Dieses umfasst zwei Metallbälge 1, die auf jeweils einer Schulter 2 eines Verbindungsrohrstücks 3 sitzen und mit diesem zusammen sowie mit an den beiden anderen Enden der Metallbälge 1 eingesetzten Verbindungsstücken 4 mit Flanschen 5 das flexible Leitungselement bilden.
  • Jeder der beiden Metallbälge 1 besteht aus einem ringgewellten Balgabschnitt 6 mit jeweils neun Wellen 7, wobei in den jeweils ringförmigen Außenkrempen 8 der Wellen 7 Verstärkungselemente 9 sitzen, die wiederum ringförmig ausgebildet sind und in ihrer Geometrie solcherart der Form der Außenkrempen 8 der Wellen 7 angepasst sind, dass sie, im Querschnitt gesehen, einen Großteil der Fläche innerhalb der Außenkrempen 8 überdecken bzw. einnehmen.
  • Um eine hohe Stabilität gegen Außendrücke zu erreichen, sind die beiden Metallbälge 1 relativ dickwandig und insgesamt siebenlagig ausgebildet, so dass sie eine hohe Steifigkeit besitzen. Aufgrund der zweimal neun Wellen 7 der beiden Metallbälge 1 ergibt sich insgesamt dennoch ein ausreichender axialer Bewegungshub pro Lastspiel, der bei der vorliegenden Geometrie der Metallbälge 1, mit einem lichten Innendurchmesser von 29 mm und einem Außendurchmesser von 44,5 mm typischerweise + / - 2 mm beträgt.
  • 2 zeigt eine Detailvergrößerung aus 1, wobei zwei Wellen 7 ganz zu erkennen sind, und wobei das Innere des Metallbalgs 1 in der vorliegenden Darstellung oben und die Umgebung des Metallbalgs 1, in der besonders hohe Drücke herrschen sollen, unten dargestellt sind. Dementsprechend befinden sich die Außenkrempen 8 der Wellen 7 unten, und die Innenkrempen 10 befinden sich in der vorliegenden Darstellung oben.
  • Wie die Detaildarstellung verdeutlicht, ist der Metallbalg 1 aus insgesamt sieben Lagen 11 gefertigt. Ebenso wird deutlich, dass die Verstärkungselemente 9, die vorliegend den Innenraum der Außenkrempen 8 nahezu vollständig ausfüllen, aus jeweils einem Drahtseil 12 bestehen, das als Litzenseil gefertigt ist: Je sieben Einzeldrähte 13 sind jeweils zu einer Litze 14 zusammengefasst und verdrillt, und insgesamt sieben Litzen 14 sind zum fertigen Drahtseil 12 geschlagen.
  • Anhand 2 wird auch verdeutlicht, dass die als Verstärkungselemente 9 verwendeten Drahtseile 12 bzw. Drahtseilringe in Radialrichtung, also vorliegend in der Zeichenebene, nur sehr wenig kompressibel sind, da recht schnell die massiven Drähte 13 aufeinander zu liegen kommen und das Drahtseil 12 aufgrund seiner Eigenschaft als Litzenseil mit mehrfach verdrillten einzelnen Drähten 13 einer radialen Kompression hohe Kräfte entgegensetzt.
  • 4 zeigt das Drahtseil 12 separat, und diese Darstellung verdeutlicht, dass der Drahtseilring durch Spleißen aus einem Stück Drahtseil hergestellt worden ist; es sind also jeweils die einzelnen Drähte des Drahtseils 12 an ihren jeweiligen Enden miteinander verbunden, um sie zu einem Ring zusammenzuführen.
  • 3 verdeutlicht in vier Teilfiguren (a) bis (d) die erfindungsgemäß erkannte Wirkung eines Verstärkungselements 9, das im Inneren einer Außenkrempe 8 einer Metallbalgwelle sitzt und im Querschnitt die Innenfläche im Wesentlichen überdeckt. Mit der Innenfläche ist hierbei diejenige Fläche gemeint, die von der gebogenen Innenlinie der Außenkrempe umschrieben wird und die in 3a schraffiert und mit dem Bezugszeichen 15 versehen ist.
  • Unterhalb dieser Innenfläche 15 ist mit dem Buchstaben d der kleinste Abstand zwischen zwei benachbarten Wellen 7 bezeichnet; dieser befindet sich im Wesentlichen am Übergang zwischen der Außenkrempe 8 und den benachbarten Innenkrempen 10.
  • In 3b ist dieser Abstand d in einem Diagramm über der Zeit bzw. der Anzahl von Lastspielen unter Außendruck aufgetragen. Wie zu erkennen ist, nimmt der Abstand d durch plastische Umlagerung des Materials des Metallbalgs 1 während der Lastspielbewegungen mit zunehmender Lastspielanzahl sukzessive ab („Ratcheting“), bis der Abstand d zu Null wird („Wellenkontakt“). Ab da wird zwar der Abstand nicht mehr weiter verringert, jedoch wird die Funktion des Metallbalgs 1 durch den Wellenkontakt massiv beeinträchtigt, was dann in relativ kurzer Zeit zu einem Versagen des Bauteils führt.
  • Die 3c und 3d zeigen in entsprechender Weise eine Außenkrempe des Metallbalgs 1 (3c) im Schnitt und ein zugehöriges Diagramm (3d), in dem wiederum der Abstand d über der Anzahl der absolvierten Lastspiele aufgetragen ist.
  • Hier ist allerdings im Inneren der Außenkrempe 8 ein Verstärkungselement in Form eines massiven Drahts 13 oder eines Drahtseils 12 eingesetzt, wobei dieses Verstärkungselement 9 im Querschnitt die Innenfläche 15 der Außenkrempe 8 nahezu ausfüllt.
  • Wenn die in 3c dargestellte Außenkrempe unter hohem Außendruck Lastspiele ausführt, lagert sich auch hier das Material der einzelnen Lagen 11 des Metallbalgs 11 sukzessive um, wodurch der Abstand d abnimmt, wie dies auch im Diagramm 3d zu erkennen ist. Allerdings führt dies nach einigen Lastspielen dazu, dass die Außenkrempe 8 am Verstärkungselement 9 anliegt und das Verstärkungselement 9 dafür sorgt, dass eine weitere Umlagerung des Materials nicht stattfindet und sich der Abstand d dementsprechend nicht weiter verringert. Denn das Verstärkungselement 9 nimmt Kräfte auf, die ansonsten zu hohen Spannungen im Material der einzelnen Lagen 11 des Metallbalgs 1 führen und die erwähnte Umlagerung des Materials und somit eine plastische Verformung der Außenkrempe 8 bewirken.
  • Die in 2 dargestellte Ausbildung der Verstärkungselemente 9 als Drahtseile 12, die vorzugsweise mit einer Vorspannung in das Innere der Außenkrempen 8 eingelegt werden, so dass sie sich deren Form anpassen, bietet die in den 3c und 3d dargestellt Wirkung. Aufgrund der Flexibilität von Drahtseilen lassen sich die Drahtseile 12 besonders gut in den Metallbalg 1 einbringen und dort montieren.
  • In einem Versuch der Anmelderin mit erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselementen, die den Aufbau und die Abmessungen aufwiesen, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist, konnten mit dem Werkstoff 2.4856 für den Metallbalg 1 bei einem Außendruck von 1000 bar bei 20°C zwischen etwa 27.000 und über 70.000 Lastspielen bei einem axialen Bewegungswegen von + / - 2 mm erzielt werden.
  • 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 102013111737 A1 [0008]

Claims (15)

  1. Flexibles Leitungselement, umfassend einen Metallbalg (1) mit mindestens einem gewellten Balgabschnitt (6), der eine Anzahl von Wellen (7) mit ringförmigen oder schraubengangförmigen Außenkrempen (8) enthält, von denen zumindest ein Teil mit im Inneren der Außenkrempen (8) angeordneten Verstärkungselementen (9) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente (9) aus jeweils mindestens einem Draht (13) bestehen, der, in seiner Längsrichtung im Wesentlichen parallel zum Außenumfang der Außenkrempe (8) einer Welle (7) verlaufend, in die Außenkrempe (8) eingelegt ist.
  2. Flexibles Leitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente (9) aus jeweils mindestens einem Drahtseil (12) gefertigt sind, welches seinerseits aus einer Mehrzahl von einzelnen Drähten (13) besteht.
  3. Flexibles Leitungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Drähte (13) des Drahtseils (12) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen oder miteinander verdrillt sind und insbesondere ein Litzenseil bilden.
  4. Flexibles Leitungselement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (7) des Balgabschnitts (6) mit ringförmigen Außenkrempen (8) versehen sind, und dass die Verstärkungselemente (9) jeweils eine geschlossene Ringform aufweisen.
  5. Flexibles Leitungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in der geschlossenen Ringform aufeinander treffenden Drahtenden der Verstärkungselemente (9) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  6. Flexibles Leitungselement nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtenden der Verstärkungselemente (9) mittels Schweißen oder Spleißen verbunden sind.
  7. Flexibles Leitungselement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbalg (1) mehrlagig, insbesondere mit 4 bis 10 Lagen gefertigt ist.
  8. Flexibles Leitungselement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbalg (1) aus Stahl, insbesondere mit der Werkstoffnummer 1.4571 oder 2.4856 gefertigt ist.
  9. Flexibles Leitungselement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es so ausgebildet ist, dass es in einem statischen Zustand einem Außendruck von mindestens 1000 bar, vorzugsweise von mindestens 1500 bar standhält.
  10. Verstärkungselement zum Einbau in ein flexibles Leitungselement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das flexible Leitungselement einen gewellten Balgabschnitt (6) mit einer Anzahl von Wellen (7) mit ringförmigen Außenkrempen (8) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (9) ein Drahtseilring ist, der aus einer Mehrzahl einzelner Drähte (13) besteht, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen oder miteinander verdrillt sind und insbesondere ein Litzenseil bilden.
  11. Verstärkungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (13) des Drahtseilrings aus Stahl, insbesondere mit der Werkstoffnummer 1.4571 oder 2.4856 bestehen.
  12. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die in der geschlossenen Ringform aufeinander treffenden Drahtenden des Drahtseilrings mittels Schweißen oder Spleißen verbunden sind.
  13. Verwendung eines Drahtseils (12), das aus einer Mehrzahl von einzelnen Drähten (13) besteht, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen oder miteinander verdrillt sind und insbesondere ein Litzenseil bilden, als Verstärkungselement (9) für ein flexibles Leitungselement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9.
  14. Verfahren zum Herstellen eines gegen Außendruck stabilen flexiblen Leitungselements, umfassend einen Metallbalg (1) mit mindestens einem gewellten Balgabschnitt (6), der eine Anzahl von Wellen (7) mit ringförmigen Außenkrempen (8) enthält, von denen zumindest ein Teil mit im Inneren der Außenkrempen (8) angeordneten Verstärkungselementen (9) zur Erhöhung der Druckfestigkeit gegen einen Außendruck versehen ist, wobei der gewellte Balgabschnitt (6) des Metallbalgs (1) in ein Rohr eingeformt wird und danach die Verstärkungselemente (9) in den Metallbalg (1) eingebracht und in das Innere der Außenkrempen (8) der zu verstärkenden Wellen (7) eingelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärkungselemente (9) Drahtseilringe, insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, verwendet werden, und dass diese zum Einbringen in den Metallbalg (1) verformt, insbesondere im Wesentlichen zu einer „8“ verformt und zum Einlegen in das Innere der Außenkrempen (8) der zu verstärkenden Wellen (7) wieder in ihre Kreisform gebracht werden.
  15. Hochdruckventil mit einem Ventilbalg, der als flexibles Leitungselement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
DE102018117566.3A 2018-07-20 2018-07-20 Flexibles Leitungselement mit Verstärkungselementen und Verfahren zum Herstellen desselben Pending DE102018117566A1 (de)

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