DE202011102549U1

DE202011102549U1 - Metallbalg

Info

Publication number: DE202011102549U1
Application number: DE201120102549
Authority: DE
Original assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: Boa Metal Solutions De GmbH
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2012-10-01
Anticipated expiration: 2021-06-30

Abstract

Metallbalg (2), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine metallische Lage (2a; 2b) aus einem herkömmlichen Stahl, aus Edelstahl, besteht, der zumius hochkorrosionsbeständigem Metall aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Metallbalg.
Derartige Metallbälge werden als Teile von Kompensatoren in Prozessrohrleitungen zum Ausgleich von Bewegungen aufgrund von Temperaturänderungen, durch die sich das Rohrleitungsmaterial bei Temperaturerhöhung ausdehnt bzw. bei Temperaturerniedrigung zusammenzieht, eingesetzt. Darüber hinaus werden sie auch als Entkopplungselemente in Abgasrohrleitungen von Kraftfahrzeugen zum Ausgleich schneller Bewegungen im Hinblick auf eine angestrebte Geräuschdämpfung eingesetzt. Diese Bälge können einlagig sein, sind vorzugsweise aber mehrlagig ausgebildet. Die Bälge können bei den genannten Anwendungsfällen Korrosionseinflüssen ausgesetzt sein, die ihre Lebensdauer vermindert. So werden in Prozessleitungen oft hochkorrosive Mittel, Gase, Flüssigkeiten, geführt, die übliches Leitungsmaterial, wie Stahl, auch Edelstahl, angreifen können. Bei Bälgen in Kraftfahrzeugen stellt sich eher das Problem von korrosiven Angriffen von der Außenseite her, beispielsweise aufgrund von salzhaltigen Flüssigkeiten durch das Streuen eisglatter oder schneebedeckter Fahrbahnen mit Streusalz. Herkömmlich wurden einzelne separate Lagen aus hochkorrosionsbeständigem Material hergestellt. Da diese aus Stabilitätsgründen eine gewisse Mindeststärke im Bereich von mehreren hundert μm aufweisen müssen, ergeben sich aufgrund der Kosten dieser hochkorrosionsbeständigen Metalle erhebliche Kosten.
Mehrlagige Bälge bestehen aus ineinandergeschobenen Balgzylindern, die anschließend gemeinsam zu einem Balg verformt werden. Sofern besonders korrosive Umgebungen oder Medien spezifiziert werden, kommen auf der korrosionsbelasteten Seite nickelhaltige Sonderedelstähle zum Einsatz, die entweder mit der gleichen Wanddicke wie die Nachbarlagen ausgeführt werden, oder wesentlich dünner als die drucktragenden Hauptlagen sind, wobei sie dann nur als Korrosionsschutzlagen betrachtet und als nicht drucktragend bei der Berechnung berücksichtigt werden.
Ein Nachteil beim Einsatz separater dünnwandiger hochkorrosionsbeständiger Innenlagen sind die besonderen Anforderungen an die Toleranzen der Paarung Balgende und weiterführende Rohrleitung. Bei sehr dünnwandigen ”Linerlagen” muss der Balg spaltfrei auf dem weiterführenden Rohr sitzen, damit eine sichere Verschweißung gewährleistet ist. Bei unzureichenden Passungen der zu verschweißenden Teile kommt es vor, dass die dünne Linerlage nicht dicht mit dem Rohr verschweißt wird, was dazu führt, dass Medium in die Zwischenlagen eindringen kann. Derartige Undichtigkeiten lassen sich häufig nur mit aufwändigen Dichtheitsprüfungen (Heliumlecktests) auffinden. Diese Art von Problemen tritt bei Lagen gleicher Dicke mit spaltfreiem Sitz auf dem Rohr normalerweise nicht auf. Weiter sind der Herstellung von sehr dünnwandigen Balgzylindern (kleiner 0,1 mm) aus schweißtechnischen Gründen Grenzen gesetzt. Auch steigen die Preise für hochnickelhaltige Werkstoffe seit Jahren.
Es wurde daher schon vorgeschlagen den Ausgangsbalg-Zylinder aus herkömmlichem Metall (Stahl, auch Edelstahl) vor dem Umformen zum Balg mit einer Beschichtung zu versehen und zwar mit Nickel, Chrom oder auch Kunststoff, wie Polytetrafluorethylen mittels chemischer, elektrolytischer oder Spritz-Schweißverfahren, soweit ein solches Verfahren dem Beschichtungsmaterial angemessen ist.
Weiter wurde die Elektroplattierung einer Trägerschicht unter Verwendung eines Nickel-Plattierungsbades mit NiSO₄, NiCl₂ und H₃BO₃ zu Plattierungsschichten von 0,2 bis 15 μm vorgeschlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Balg zu schaffen, der gegenüber Korrosionseinflüssen dauerhaft geschützt ist.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei einem Balg der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass mindestens eine metallische Lage aus einem herkömmlichen Stahl, aus Edelstahl, besteht, der zumindest einseitig eine walzplattierte Schicht aus hochkorrosionsbeständigem Metall aufweist.
Durch den Einsatz einer walzplattierten Balglage auf der oder den korrosionsgefährdeten Seiten kann die Lage wesentlich stärkere hochkorrosionsfeste Schichten aufweisen, als dies bei elektrolytischer Plattierung möglich ist, nämlich bis im Bereich von 10 bis 20% der Gesamtlagenstärke und damit beispielsweise bei 1 mm Gesamtlagenstärkeschichten im Bereich von 100 bis 200 μm. Hierdurch wird eine bessere Dauerstandfestigkeit erreicht, als dies bei elektroplattierten Lagen der Fall ist. Darüber hinaus ist die Herstellung der derart plattierten Lagen einfacher, weniger aufwändig und umweltfreundlicher durchzuführen. Eine bevorzugte Ausbildung des erfindungsgemäßen Balges sieht vor, dass zumindest eine Lage beidseitig eine walzplattierte Schicht aus hochkorrosionsbeständigem Metall aufweist. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch mindestens zwei Lagen, wobei mindestens eine äußere Lage zumindest auf ihrer Außenseite eine walzplattierte Schicht aus hochkorrosionsbeständigem Metall und mindestens eine innerste Lage auf ihrer Innenseite eine walzplattierte Schicht aus hochkorrosionsbeständigem Metall aufweist. Weiterhin sieht die Erfindung vor, dass das walzplattierte hochkorrosionsbeständige Metall Nickel, Chrom, Monelmetall, Inconel 625 ist.
Insbesondere stellt der Einsatz walzplattierter Bleche einen Kostenvorteil gegenüber Volllagen aus hochkorrosionsbeständigem Sonderedelstahl dar. Gegenüber einer Beschichtung entfällt der zusätzliche Beschichtungsvorgang und es ist ebenfalls eine dickere Schutzschicht erreichbar.
Verfahrensmäßig geschieht die Herstellung der erfindungsgemäßen Bälge derart, dass zunächst Grund- und Plattiermaterial, beispielsweise in Form von von Rollen abgezogenen Bänder übereinander gebracht werden, darüber hinaus sie ggf. durch dünne Schutzbleche (Kopfbleche) abgedeckt werden, worauf anschließend ein Walzen (der Bänder) erfolgt. Soweit Schutzbleche verwendet wurden, so können diese z. B. durch Beizen entfernt werden. Alternativ, insbesondere wenn das Grundmetall beidseitig durch hochkorrosionsbeständiges Metall geschützt werden soll, kann das Grundmetall auch von dem hochkorrosionsbeständigen Plattierungsmetall umwickelt und das so gebildet zusammengesetzte Material anschließend unter hohem Walzdruck ausgewalzt werden. Gegebenenfalls erfolgt das Walzen unter zusätzlicher Erwärmung.
Anschließend werden aus dem walzplattierten band- oder plattenförmigen Material Rohre gebildet. Soweit mehrlagige Bälge geschaffen werden sollen, werden mehrere Rohre ineinandergesteckt, wobei erfindungsgemäß zumindest eines der Rohre mit zumindest auf seiner den anderen Rohren abgewandten Seite hochkorrosionsbeständiger Schicht versehen ist (innerstes Rohr zumindest nach innen hin hochkorrosionsbeständige Schicht, äußerstes Rohr nach außen hin hochkorrosionsbeständige Schicht, je nach Gefährdung); anschließend erfolgt die Herstellung des Balges durch Einprägen der Balgwellen in den Rohrmantel des mehrlagigen Ausgangsrohres mittels Formelementen, wie dies beispielsweise in der DE 196 23 158 C2 im Einzelnen beschrieben ist und vollinhaltlich zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.
Weiter Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:
1 einen Halbschnitt eines Ausschnitts eines Kompensators mit einem erfindungsgemäßen Balg;
2 ein Halbschnitt eines üblicherweise in der Abgasleitung eines Kraftfahrzeugs eingesetzten Entkopplungselements mit einem erfindungsgemäßen Balg; und
3 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details A der 2.
Kompensatoren 1, wie ein solcher im Teilschnitt der 1 dargestellt ist, werden in der Prozesstechnik eingesetzt. Sie weisen einen Balg 2 und ein rohrförmiges Anschweißende 3 auf, mit denen sie in einer Rohrleitung eingebunden werden. Der Balg 2 ist am Anschweißende 3 mittels einer dichten und geschweißten Umfangsnaht 4 festgelegt. Derartige Bälge sind bei einer Lagendicke von 0,8 bis 1,25 mm im Stande einen Innendruck von 16 bis 25 barü (Überdruck) auszuhalten.
In derartigen Prozessleitungen werden oft korrosive Mittel, Gase oder Flüssigkeiten geführt, die herkömmliche Stähle ohnehin, aber zum Teil auch Edelstähle angreifen.
Der erfindungsgemäße Balg 2 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus drei separaten Lagen 2a, 2b, 2c (von innen nach außen), die dadurch hergestellt werden, dass zunächst die Ausgangsrohre, aus denen der Balg hergestellt wird, ineinandergeschoben werden und anschließend der Balg durch Ausbildung seiner Balgwellen in üblicher Weise geformt wird.
Beim dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die innerste Lage 2a eine Verbundlage aus einer äußeren Schicht eines herkömmlichen Stahls und einer inneren hochkorrosionsbeständigen Schicht 2d, wie beispielsweise Nickel, Inconel 625 oder dergleichen. Die Doppelschicht 2a wurde vorab im Walzschweißplattierungsverfahren hergestellt, wobei Grundmaterial, wie Stahl, auch Edelstahl, und Plattiermaterial (wie vorstehend genannt), ggf. mit Schutzabdeckungen versehen, und ausgewalzt werden, woraufhin die Schutzabdeckung entfernt, wie durch Beizen. Die hochkorrosionsbeständige Schicht 2d findet sich auf der zum inneren des Balgs gerichteten Seite der Lage 2a.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können relativ dicke korrosionsbeständige Schichten 2d in der Lage 2a erreicht werden, beispielsweise bei einer Stärke derselben von 100 bis 200 μm (entsprechend 10 bis 20% der Gesamtstärke).
Die 2 zeigt ein Entkopplungselement 1', wie es in der Auspuffanlage eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird. Auch dieses weist einen mehrlagigen Balg 2 mit zwei Lagen – von innen nach außen – 2a und 2b auf. Weiterhin weist ein solches Entkopplungselement 1 einen äußeren Schutz gegen mechanische Einwirkung in Form eines Metalldrahtschlauches 5 aus Geflecht oder Gestricke auf. Zum Schutz des Balgs gegen die hohen Temperaturen der Abgase eines Kraftfahrzeugs und zur besseren Führung der Abgase innerhalb des Entkopplungselements (zur Vermeidung von Verwirbelungen in den Balgwellen) ist im Inneren ein Inliner in Form eines Wickelschlauchs 7 angeordnet. Die Teile 2, 5, 7 sind an beiden Enden durch Schweißen mit Winkelringen 6 verbunden, über die auch die Verbindung des Entkopplungselements 1' mit den Anschlussteilen der Abgasleitung erfolgt.
Bei einem solchen Entkopplungselement ergeben sich die korrosiven Einflüsse auf den Balg eher von außen her, nämlich beispielsweise im Winter durch Salzwasser aufgrund des Streuens bei Schnee oder Eisglätte mittels Salz, so dass ein Korrosionsschutz auf der Außenseite vorteilhaft ist. Demgemäß ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Außenseite der äußeren Lage 2b des Balgs 2 mit einer hochkorrosionsfesten Lage 2d walzplattiert und zwar in der gleichen Weise, wie dies in Bezug auf den Balg der 1 beschrieben wurde.
Bezugszeichenliste

1: Kompensator
1': Entkopplungselement
2: Balg
2a–c: Lagen
2d: Schicht
3: Anschweißende
4: Umfangsnaht
5: Metalldrahtschlauch
6: Winkelring
7: Wickelschlauch

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 19623158 C2 [0012]

Claims

Metallbalg (2), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine metallische Lage (2a; 2b) aus einem herkömmlichen Stahl, aus Edelstahl, besteht, der zumindest einseitig eine walzplattierte Schicht (2d) aus hochkorrosionsbeständigem Metall aufweist.
Balg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lage beidseitig eine walzplattierte Schicht (2d) aus hochkorrosionsbeständigem Metall aufweist.
Balg nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens zwei Lagen, wobei mindestens eine äußere Lage zumindest auf ihrer Außenseite eine walzplattierte Schicht (2d) aus hochkorrosionsbeständigem Metall und mindestens eine innerste Lage auf ihrer Innenseite eine walzplattierte Schicht (2d) aus hochkorrosionsbeständigem Metall aufweist.
Balg nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das walzplattierte hochkorrosionsbeständige Metall Nickel, Chrom, Monelmetall, Inconel 625 ist.