EP2260221A1 - Mehrlagiger metallbalg und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Mehrlagiger metallbalg und verfahren zu dessen herstellung

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EP2260221A1
EP2260221A1 EP09729581A EP09729581A EP2260221A1 EP 2260221 A1 EP2260221 A1 EP 2260221A1 EP 09729581 A EP09729581 A EP 09729581A EP 09729581 A EP09729581 A EP 09729581A EP 2260221 A1 EP2260221 A1 EP 2260221A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
bellows
metal
intermediate layer
multilayer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09729581A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas KÄMPFE
Hans-Jürgen Leidig
Michael Pluschke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Witzenmann GmbH
Original Assignee
Witzenmann GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Witzenmann GmbH filed Critical Witzenmann GmbH
Publication of EP2260221A1 publication Critical patent/EP2260221A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J3/00—Diaphragms; Bellows; Bellows pistons
    • F16J3/04—Bellows
    • F16J3/047—Metallic bellows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/18—Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly
    • F01N13/1805—Fixing exhaust manifolds, exhaust pipes or pipe sections to each other, to engine or to vehicle body
    • F01N13/1811—Fixing exhaust manifolds, exhaust pipes or pipe sections to each other, to engine or to vehicle body with means permitting relative movement, e.g. compensation of thermal expansion or vibration
    • F01N13/1816—Fixing exhaust manifolds, exhaust pipes or pipe sections to each other, to engine or to vehicle body with means permitting relative movement, e.g. compensation of thermal expansion or vibration the pipe sections being joined together by flexible tubular elements only, e.g. using bellows or strip-wound pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L51/00—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines
    • F16L51/02—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines making use of bellows or an expansible folded or corrugated tube
    • F16L51/025—Expansion-compensation arrangements for pipe-lines making use of bellows or an expansible folded or corrugated tube with several corrugations

Definitions

  • the present invention relates to a multilayer metal bellows according to the term of claim 1, in particular as a flexible conduit member for automotive applications, with at least two metal layers, namely an inner layer and an outer layer surrounding the inner layer.
  • the present invention relates to various methods for producing a multilayer metal bellows.
  • the invention has for its object to prevent diffusion bonds between the layers of multilayer bellows when exposed to said high temperatures to ensure a constancy of the functional properties of the bellows and counteract failures. Furthermore, the considerable strength and service life potential of hardenable materials should also be developed for multilayer bellows.
  • the invention has for its object to provide a number of methods for producing a bellows according to the invention.
  • the invention solves the problems by means of a multilayer metal bellows with the features of patent claim 1 and by means of a method for producing a multilayer bellows with the features of claim 9, claim 10 or claim 11.
  • a multilayer metal bellows in particular as a flexible conduit element for motor vehicle applications, with at least two metal layers, namely an inner layer and an outer layer surrounding the inner layer, characterized in that between the inner layer and the outer layer at least in sections of the bellows at least one intermediate layer in shape a diffusion barrier is arranged for the inner layer material and / or for the outer layer material.
  • a first method according to the invention for producing a multilayer bellows is characterized in that a metal tube which is one of the talllagen of the bellows is to form, before forming at least on its passing with the other metal layer in contact lateral surface is provided with a coating forming the intermediate layer.
  • Another inventive method for producing a multilayer bellows is characterized in that first a first metal tube is formed to the outer layer of the bellows, then that the outer layer is provided on the inside with an intermediate layer forming coating and then that a second metal tube within the outer layer to the Inner layer is formed.
  • the second metal tube may also have been suitably coated prior to forming.
  • a further method according to the invention for producing a multilayer bellows is characterized in that first the outer layer and the inner layer of the bellows are formed and subsequently the intermediate layer between the outer layer and the inner layer is produced.
  • the intermediate layer is formed as an oxide layer.
  • the intermediate layer in this context may be a Cr oxide layer.
  • the intermediate layer is formed as a further metal bellows, however is formed from a relative to the other metal layers oxidation-resistant material.
  • the intermediate layer may also be formed as a tungsten or titanium / tungsten layer, which is applied in particular by sputtering on the inner layer and / or the outer layer of the bellows.
  • the intermediate layer can also be formed from in particular galvanically deposited chromium or nickel.
  • the intermediate layer is formed from at least one in particular chemically deposited nickel alloy.
  • nickel alloys in this context in particular nickel-phosphorus, nickel-phosphorus-tungsten or iron-nickel-phosphorus alloys in question, especially in nanocrystalline form, that is with a particle size in the nanometer range.
  • the intermediate layer may also be formed as an intermetallic iron-zinc phase, which is obtained in particular by hot-dip galvanizing.
  • the intermediate layer is formed as a carbonitride, nitride or boride boundary layer.
  • Preferred embodiments in this context include iron carbonitride, iron nitride or iron boride edge straighteners, which are produced in particular by nitriding or boriding in a salt bath.
  • the middle layer may consist of a material which is more resistant to oxidation, for example material 2.4856, compared to material 1.4571 for the outer and inner layer.
  • materials curable for the outer layer and / or for the inner layer of the bellows eg 2.4668, 2.4667, 1.4564 or 1.4568) are used in order to achieve the spring behavior of the bellows To influence Balgs in a targeted way.
  • the present invention is not limited to multilayer bellows having only one inner and one outer layer and a single intermediate layer, but is generally expandable to multilayer metal bellows having any number of metal layers and a corresponding number of intermediate layers.
  • the intermediate layers can each be formed on only one of two metallic surfaces in contact, or they can be formed on both metal surfaces in contact or even as an independent intermediate layer, as described above by way of example.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a multilayer metal bellows with a
  • FIG. 1 shows a multilayer metal bellows 1, as it is used in particular as a flexible conduit member for automotive applications, for example as a decoupling element in exhaust systems, as an expansion body in the manifold area or the like.
  • the multilayer bellows 1 has at least two metallic bellows layers, namely an inner layer 2 and an outer layer 3, the outer layer 3 surrounding the inner layer 2.
  • the multilayer metal bellows 1 according to the present invention is not limited to the presence of exactly one inner layer 2 and one outer layer 3; rather, the bellows can also be configured as a much-walled bellows and correspondingly have more metallic bellows layers, which in the present case is not explicitly shown for reasons of clarity.
  • an intermediate layer 4 in the form of a diffusion barrier is arranged or formed, which separates the material of the inner layer 2 and the material of the outer layer 3 diffusion-preventing each other.
  • the intermediate layer 4 is formed over its entire surface between the inner layer 2 and the outer layer 3 of the multilayer bellows 1, without the present invention being restricted thereto. Rather, alternatively, it can also be provided that the intermediate layer 4 is provided only in Sectionabschnit- th of the bellows 1 between the inner layer 2 and the outer layer 3.
  • the inner layer 2 and the outer layer 3 are usually metal bellows layers of the same material, in particular steel, preferably with the same material thickness d, where d may be 0.3 mm, for example.
  • the intermediate layer 4 serves - as already stated - as a diffusion barrier and is intended to prevent it during operation when high temperatures in the range of about 600 0 C to a selective welding of inner layer 2 and outer layer 3 of the bellows 1 comes.
  • the intermediate layer 4 may be formed, for example, as an oxide layer, in particular as chromium oxide (Cr oxide).
  • the layer thickness d 'of the intermediate layer 4 may be greater than or equal to 1 ⁇ m in this context.
  • the intermediate layer 4 may also be formed as another metal bellows, which is formed correspondingly relative to the inner layer 2 and / or the outer layer 3 of a more oxidation-resistant material.
  • the intermediate layer 4 may also be formed as a tungsten or titanium / tungsten layer, which is applied in particular by sputtering and whose layer thickness d 1 is a few micrometers ( ⁇ m).
  • the intermediate layer 4 is formed in particular of electrodeposited chromium or nickel.
  • the intermediate layer is formed from at least one in particular chemically deposited nickel alloy, which preferably has a grain size s in the nanocrystalline range, that is 1 nm ⁇ s ⁇ 1000 nm.
  • nickel-phosphorus nickel-phosphorous-tungsten or iron-nickel-phosphorus alloys.
  • the intermediate layer 4 may also be formed as an intermetallic iron-zinc phase, as it is obtainable in particular by hot-dip galvanizing, in which context a complete conversion of zinc is required.
  • the intermediate layer 4 is formed as a carbonitride, nitride or boride surface layer, in particular as Eisencarbonitrid-, iron nitride or Eisenborid- layer, wherein the corresponding edge layer in particular by nitriding or boriding is produced in the salt bath.
  • FIGS. 2 to 4 schematically show various methods for producing the multilayer metal bellows 1 according to FIG. 1.
  • the metal tube 5 shows a smooth-cylindrical metal tube 5, from which one of the metal layers 2, 3 (cf., FIG. 1) of the multilayer metal bellows is formed by forming.
  • the metal tube 5 is provided with a sufficiently ductile coating, at least on one of its lateral surfaces 5a, 5b, before forming, which forms the intermediate layer 4 (see FIG. Whether the inner lateral surface 5a or the outer lateral surface 5b is coated in particular depends in particular on whether the metal tube 5 should subsequently be used as the inner layer 2 or as the outer layer 3 of the metal bellows 1 (see FIG.
  • the metal tube 5 is reshaped and used as the inner or outer layer of the multilayer metal bellows 1 according to FIG.
  • the forming expediently takes place only after introduction of the metal tube 5 into the already formed outer layer, which is known per se to the person skilled in the art.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of the method for producing the multilayer metal bellows 1 according to FIG. 1.
  • first the forming process for forming the outer layer 3 is carried out, which is subsequently coated on its inner side in order to form the intermediate layer 4 (see FIG 1) train.
  • the coating process itself is symbolized in FIG. 3 by means of arrows P3.
  • FIG. 4 shows a further method for producing the multilayer metal bellows 1 according to FIG. 1.
  • the inner layer 2 and the outer layer 3 are bellows-shaped, and subsequently the intermediate layer 4, which in FIG is shown produced directly between the inner layer 2 and the outer layer 3, which is symbolized by the arrow P4, for example by oxidation in the area between the inner layer 2 and outer layer 3.
  • the distance between the inner layer 2 and outer layer. 3 For reasons of illustration, it is markedly exaggerated.
  • the intermediate layer 4 allows the use of hardenable materials for producing multilayer metal bellows.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Diaphragms And Bellows (AREA)

Abstract

Ein mehrlagiger Metallbalg (1), insbesondere als flexibles Leitungselement für Kfz-Anwendungen, mit wenigstens zwei Metalllagen, nämlich einer Innenlage (2) und einer die Innenlage (2) umgebenden Außenlage (3), zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der Innenlage (2) und der Außenlage (3) zumindest in Teilabschnitten des Balgs (1) wenigstens eine Zwischenlage (4) in Form einer Diffusionsbarriere für das Innenlagenmaterial und/oder für das Außenlagenmaterial angeordnet ist.

Description

LEMCKE • BROMMER SL PARTNER
PATENTANWÄLTE
BIΞMARCKSTR 1 G D- 76133 KARLSRUHE
Mehrlagiger Metallbalg und Verfaren zu dessen Herstellung
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrlagigen Metallbalg nach dem O- berbegriff des Patentanspruch 1 , insbesondere als flexibles Leitungselement für Kfz-Anwendungen, mit wenigstens zwei Metalllagen, nämlich einer Innenlage und einer die Innenlage umgebenden Außenlage.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung verschiedene Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Metallbalgs.
Insbesondere in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor, jedoch auch bei Verbrennungsmotoren im Allgemeinen sowie bei Großmotoren, stationären Motoren und auch Gasturbinenmotoren werden zum Entkoppeln von Schwingungen bzw. zur Aufnahme von Relativbewegungen regelmäßig Metallbälge eingesetzt. Wenn in diesem Zusammenhang hohe Drücke auftreten und bei ausreichender Dichtigkeit dennoch eine hohe Beweglichkeit gewährleistet sein soll, kommen mehrlagige Bälge zum Einsatz, deren Wände entsprechend aus mehreren im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Metalllagen gebildet sind.
Wenn derartige Bälge über längere Zeit Temperaturen größer 600 0C ausge- setzt sind, kann punktuell Diffusionsverschweißung zwischen den Lagen auftreten, wodurch sich die Funktionseigenschaften der mehrlagigen Bälge (z. B. die Federrate) verändern. Zudem treten lokale Spannungskonzentrationen auf, die zu einem Ausfall des Balgs führen können. Aus gleichem Grund können Bälge aus aushärtbaren Werkstoffen (1.4564, 1.4568, 2.4667, 2.4668), bei denen in der Wärmebehandlung Temperaturen von über 600 0C benötigt werden, nach dem Stand der Technik nur einwandig ausgeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Diffusionsverschweißungen zwischen den einzelnen Lagen mehrlagiger Bälge beim Einwirken der genannten hohen Temperaturen zu verhindern, um eine Konstanz der Funktionseigenschaften des Balgs zu gewährleisten und Ausfällen entgegenzuwirken. Des Weiteren soll das erhebliche Festigkeits- und Lebensdauerpotential aushärtbarer Werkstoffe auch für mehrlagige Bälge erschlossen werden.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anzahl von Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Balgs anzugeben.
Die Erfindung löst die Aufgaben mittels eines mehrlagigen Metallbalgs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mittels eines Verfahrens zum Herstellen eines mehrlagigen Balgs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, des Patentanspruchs 10 oder des Patentanspruchs 11.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen, deren Wortlaut hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird, um unnötige Textwiederholungen zu vermeiden.
Erfindungsgemäß ist ein mehrlagiger Metallbalg, insbesondere als flexibles Leitungselement für Kfz-Anwendungen, mit wenigstens zwei Metalllagen, nämlich einer Innenlage und einer die Innenlage umgebenden Außenlage, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenlage und der Außenlage zumindest in Teilabschnitten des Balgs wenigstens eine Zwischenlage in Form einer Diffusionsbarriere für das Innenlagenmaterial und/oder für das Außenlagenmaterial angeordnet ist.
Ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Balgs ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallrohr, welches eine der Me- talllagen des Balgs bilden soll, vor dem Umformen zumindest an seiner mit der anderen Metalllage in Kontakt tretenden Mantelfläche mit einer die Zwischenlage bildenden Beschichtung versehen wird.
Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Balgs ist dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein erstes Metallrohr zu der Außenlage des Balgs umgeformt wird, dass anschließend die Außenlage innenseitig mit einer die Zwischenlage bildenden Beschichtung versehen wird und dass dann ein zweites Metallrohr innerhalb der Außenlage zu der Innenla- ge umgeformt wird. Dabei kann das zweite Metallrohr vor dem Umformen ebenfalls geeignet beschichtet worden sein.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Balgs ist dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Außenlage und die In- nenlage des Balgs ausgebildet werden und dass anschließend die Zwischenlage zwischen der Außenlage und der Innenlage erzeugt wird.
Auch Kombinationen der vorstehend genannten erfindungsgemäßen Verfahrensgestaltungen sind möglich.
Um das Auftreten von Diffusionsverschweißungen bei mehrlagigen Metallbälgen zu verhindern, wird demnach erfindungsgemäß das Ausbilden von Diffusionsbarrieren zwischen Metalllagen des Balgs vorgeschlagen. In diesem Zusammenhang sind verschiedene Arten von Diffusionsbarrieren bzw. Zwischen- lagen möglich, die zudem auch jeweils auf Teilabschnitte des Balgs beschränkt sein können:
Eine erste Weiterbildung des erfindungsgemäßen Metallbalgs sieht vor, dass die Zwischenlage als Oxidschicht ausgebildet ist. Insbesondere kann es sich bei der Zwischenlage in diesem Zusammenhang um eine Cr-Oxid-Schicht handeln.
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Metallbalgs sieht vor, dass die Zwischenlage als eine weitere Metallbalglage ausgebildet ist, die jedoch aus einem relativ zu den anderen Metalllagen oxidationsbeständigeren Werkstoff gebildet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Zwischenlage auch als Wolfram- oder Titan- /Wolfram-Schicht ausgebildet sein, welche insbesondere durch Sputtern auf die Innenlage und/oder die Außenlage des Balgs aufgebracht ist.
Bei einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Metallbalgs kann die Zwischenlage auch aus insbesondere galvanisch abgeschiedenem Chrom oder Nickel gebildet sein.
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Metallbalgs sieht vor, dass die Zwischenlage aus wenigstens einer insbesondere chemisch abgeschiedenen Nickellegierung gebildet ist. Als Nickellegierungen kommen in diesem Zu- sammenhang insbesondere Nickel-Phosphor-, Nickel-Phosphor-Wolfram- oder Eisen-Nickel-Phosphor-Legierungen in Frage, insbesondere in nanokristalliner Form, das heißt mit einer Korngröße im Nanometerbereich.
Alternativ oder zusätzlich kann die Zwischenlage auch als eine intermetallische Eisen-Zink-Phase ausgebildet sein, welche insbesondere durch Feuerverzinken erhalten wird.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Metallbalgs sieht vor, dass die Zwischenlage als Carbonitrid-, Nitrid- oder Borid-Randschicht ausgebildet ist. Bevorzugte Ausgestaltungen umfassen in diesem Zusammenhang Eisen- carbonitrid-, Eisennitrid- oder Eisenborid-Randschrichten, welche insbesondere durch Nitrieren bzw. Borieren in einem Salzbad erzeugt werden.
Wie bereits angesprochen, können zum Ausbilden der Zwischenlage unter- schiedliche Werkstoffpaarungen eingesetzt werden. Beispielsweise kann bei einem dreilagigen Balg die mittlere Lage (Zwischenlage) aus einem oxidationsbeständigeren Werkstoff bestehen, beispielsweise Werkstoff 2.4856, gegenüber Werkstoff 1.4571 für die Außen- und Innenlage. Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Metallbalgs sieht vor, dass für die Außenlage und/oder für die Innenlage des Balgs aushärtbare Werkstoffe (z. B. 2.4668, 2.4667, 1 .4564 oder 1 .4568) verwendet werden, um auf diese Weise das Federverhalten des Balgs gezielt beeinflussen zu können. Bei der Verwendung von aushärtbaren Werkstoffen der vorstehend genannten Art tritt herkömmlicherweise das besondere Problem auf, dass die Werkstoffe bereits bei der Balgherstellung beim thermischen Aushärten diffusiv verschweißen. Das erfindungsgemäße Vorsehen einer diffusionshemmenden Zwischenlage trägt dazu bei, diese besondere Problematik zu vermeiden, so dass folglich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch die wirtschaftlich sinnvolle Herstellung von mehrlagigen Metallbälgen aus aushärtbarem Werkstoff ermöglicht wird.
Die vorliegende Erfindung ist - wie der Fachmann leicht erkennt - nicht auf mehrlagige Bälge mit lediglich einer I nnen- und einer Außenlage sowie einer einzigen Zwischenlage beschränkt, sondern generell auf mehrlagige Metallbälge mit einer beliebigen Anzahl von Metalllagen und einer entsprechenden Anzahl von Zwischenlagen erweiterbar. Die Zwischenlagen können jeweils auf nur einer von zwei in Kontakt tretenden metallischen Oberflächen ausgebildet sein, oder sie können auf beiden in Kontakt tretenden Metalloberflächen oder sogar als eigenständige Zwischenschicht ausgebildet sein, wie oben exemplarisch beschrieben.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen mehrlagigen Metallbalg mit einer
Zwischenlage in Form einer Diffusionsbarriere; Figur 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines ersten Herstellungsverfahrens für den mehrlagigen Balg gemäß Figur 1 ; Figur 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines zweiten Herstellungsverfahrens für den mehrlagigen Balg gemäß Figur 1 ; und Figur 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines dritten Herstel- lungsverfahrens für den mehrlagigen Balg gemäß Figur 1 . Figur 1 zeigt einen mehrlagigen Metallbalg 1 , wie er insbesondere als flexibles Leitungselement für Kfz-Anwendungen zum Einsatz kommt, beispielsweise als Entkopplungselement in Abgasanlagen, als Dehnkörper im Krümmerbereich oder dergleichen. Der mehrlagige Balg 1 weist wenigstens zwei metallische Balglagen auf, nämlich eine Innenlage 2 und eine Außenlage 3, wobei die Außenlage 3 die Innenlage 2 umgibt.
Wie der Fachmann erkennt, ist der mehrlagige Metallbalg 1 gemäß der vorlie- genden Erfindung jedoch nicht auf das Vorhandensein genau einer Innenlage 2 und einer Außenlage 3 beschränkt; vielmehr kann der Balg auch als vielwandi- ger Balg ausgebildet sein und entsprechend mehr metallische Balglagen aufweisen, was vorliegend aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht explizit dargestellt ist.
Zwischen der Innenlage 2 und der Außenlage 3 ist eine Zwischenlage 4 in Form einer Diffusionsbarriere angeordnet bzw. ausgebildet, welche das Material der Innenlage 2 und das Material der Außenlage 3 diffusionshindernd voneinander trennt.
Gemäß der Darstellung in Figur 1 ist die Zwischenlage 4 vollflächig zwischen der Innenlage 2 und der Außenlage 3 des mehrlagigen Balgs 1 ausgebildet, ohne dass die vorliegende Erfindung hierauf beschränkt wäre. Vielmehr kann alternativ auch vorgesehen sein, dass die Zwischenlage 4 nur in Teilabschnit- ten des Balgs 1 zwischen der Innenlage 2 und der Außenlage 3 vorgesehen ist.
Bei der Innenlage 2 und der Außenlage 3 handelt es sich in der Regel um metallische Balglagen aus demselben Material, insbesondere Stahl, mit vorzugsweise derselben Materialdicke d, wobei d beispielsweise 0,3 mm betragen kann.
Die Zwischenlage 4 dient - wie bereits ausgeführt - als Diffusionsbarriere und soll verhindern, dass es im Betrieb beim Auftreten von hohen Temperaturen im Bereich von über 600 0C zu einem punktuellen Verschweißen von Innenlage 2 und Außenlage 3 des Balgs 1 kommt. Zu diesem Zweck kann die Zwischenlage 4 beispielsweise als Oxidschicht ausgebildet sein, insbesondere als Chromoxid (Cr-Oxid). Die Schichtdicke d' der Zwischenlage 4 kann in diesem Zusammenhang größer oder gleich 1 μm sein.
Im Zuge einer anderen Ausgestaltung kann die Zwischenlage 4 auch als eine andere Metallbalglage ausgebildet sein, die entsprechend relativ zu der Innenlage 2 und/oder der Außenlage 3 aus einem oxidationsbeständigeren Werkstoff gebildet ist.
Alternativ kann die Zwischenlage 4 auch als Wolfram- oder Titan/Wolfram- Schicht ausgebildet sein, die insbesondere durch Sputtern aufgebracht ist und deren Schichtdicke d1 wenige Mikrometer (μm) beträgt.
Im Zuge einer anderen Ausgestaltung ist die Zwischenlage 4 aus insbesondere galvanisch abgeschiedenem Chrom oder Nickel gebildet.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass die Zwischenlage aus wenigstens einer insbesondere chemisch abgeschiedenen Nickellegierung gebildet ist, die vorzugsweise eine Korngröße s im nanokristallinen Bereich aufweist, das heißt 1 nm < s ≤ 1000 nm. Verwendung finden können in diesem Zusammenhang insbesondere Nickel-Phosphor-, Nickel-Phospor-Wolfram- oder Eisen-Nickel- Phosphor-Legierungen.
Alternativ kann die Zwischenlage 4 auch als eine intermetallische Eisen-Zink- Phase ausgebildet sein, wie sie insbesondere durch Feuerverzinken erhaltbar ist, wobei in diesem Zusammenhang eine vollständige Zinkumwandlung erforderlich ist.
Im Rahmen einer nicht abschließenden Aufzählung ist weiterhin auch möglich, dass die Zwischenlage 4 als Carbonitrid-, Nitrid- oder Borid-Randschicht ausgebildet ist, insbesondere als Eisencarbonitrid-, Eisennitrid- oder Eisenborid- schicht, wobei die entsprechende Randschicht insbesondere durch Nitrieren bzw. Borieren im Salzbad erzeugt wird.
8 Die Figuren 2 bis 4 zeigen schematisch verschiedene Verfahren zur Herstellung des mehrlagigen Metallbalgs 1 gemäß Figur 1.
In Figur 2 ist ein glattzylindrisches Metallrohr 5 dargestellt, aus welchem eine der Metalllagen 2, 3 (vgl. Figur 1) des mehrlagigen Metallbalgs durch Umformen gebildet wird. Gemäß der Darstellung in Figur 2 wird das Metallrohr 5 vor dem Umformen zumindest an einer seiner Mantelflächen 5a, 5b mit einer hinreichend duktilen Beschichtung versehen, welche nach dem Umformen die Zwischenlage 4 (vgl. Figur 1) bildet. Ob speziell die innere Mantelfläche 5a oder die äußere Mantelfläche 5b beschichtet wird, hängt insbesondere davon ab, ob das Metallrohr 5 anschließend als Innenlage 2 oder als Außenlage 3 des Metallbalgs 1 (vgl. Figur 1 ) Verwendung finden soll. Folglich wird im Falle einer Verwendung des Metallrohrs 5 als Innenlage dessen äußere Mantelfläche 5b beschichtet, wohingegen bei einer Verwendung des Metallrohrs 5 als Außenla- ge die innere Mantelfläche 5a beschichtet wird. Der Beschichtungsvorgang selbst ist in Figur 2 mittels Pfeilen P1 (für die äußere Mantelfläche 5b) bzw. mittels Pfeilen P2 (für die innere Mantelfläche 5a) symbolisiert.
Nach dem Beschichten P1 , P2 wird das Metallrohr 5 umgeformt und als Innen- bzw. Außenlage des mehrlagigen Metallbalgs 1 gemäß Figur 1 verwendet. Bei einer Verwendung des Metallbalgs als Innenlage erfolgt das Umformen zweckmäßigerweise erst nach Einbringen des Metallrohrs 5 in die bereits ausgeformte Außenlage, was dem Fachmann an sich bekannt ist.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens zum Herstellen des mehrlagigen Metallbalgs 1 gemäß Figur 1. Gemäß der Darstellung in Figur 1 erfolgt zunächst der Umformvorgang zum Ausbilden der Außenlage 3, welche anschließend auf ihrer Innenseite beschichtet wird, um die Zwischenlage 4 (vgl. Figur 1 ) auszubilden. Der Beschichtungsvorgang selbst ist in Figur 3 mit- tels Pfeilen P3 symbolisiert.
Anschließend wird ein gegebenenfalls beschichtetes Glattrohr gemäß Figur 2 in die bereits ausgeformte Außenlage 3 gemäß Figur 3 eingebracht und dort zwecks Herstellung der Innenlage umgeformt, was in Figur 3 nicht explizit dar- gestellt ist. Schließlich zeigt die Figur 4 ein weiteres Verfahren zum Herstellen des mehrlagigen Metallbalgs 1 gemäß Figur 1. Gemäß der Darstellung in Figur 4 werden zunächst die Innenlage 2 und die Außenlage 3 balgartig ausgeformt, und an- schließend wird die Zwischenlage 4, welche in Figur 4 nicht dargestellt ist, direkt zwischen der Innenlage 2 und der Außenlage 3 erzeugt, was mittels des Pfeils P4 symbolisiert ist, beispielsweise durch Oxidation im Bereich zwischen Innenlage 2 und Außenlage 3. Es sei angemerkt, dass in Figur 4 der Abstand zwischen Innenlage 2 und Außenlage 3 aus Darstellungsgründen stark über- trieben gezeichnet ist.
Auf diese Weise weist der mehrlagige Metallbalg 1 gemäß Figur 1 zwischen seiner Innenlage 2 und seiner Außenlage 3 eine als Diffusionsbarriere für das jeweilige Lagenmaterial dienende Zwischenlage 4 auf, so dass es bei Verwen- düng des Metallbalgs 1 auch bei hohen Temperaturen zu keinem Verschweißen der Balglagen und einer entsprechend eingeschränkten Verwendbarkeit des gesamten Balgs kommt.
Außerdem ermöglicht die Zwischenlage 4 die Verwendung von aushärtbaren Werkstoffen zur Herstellung mehrlagiger Metallbälge.
10

Claims

LEMCKE ■ BROMMER S PARTNERPATEΞNT ANWÄLTEBI SMARCKSTR. 1 6 • D-76133 KARLSRUHEP a t e n t a n s p r ü c h e
1. Mehrlagiger Metallbalg (1 ), insbesondere als flexibles Leitungselement für Hochtemperatur-Anwendungen, beispielsweise im Kfz-Bereich, mit wenigstens zwei Metalllagen, nämlich einer Innenlage (2) und einer die Innenlage (2) umgebenden Außenlage (3), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenlage (2) und der Außenlage (3) zumindest in Teilabschnitten des Balgs (1 ) wenigstens eine Zwischenlage (4) in Form einer Diffusionsbarriere für das Innenlagenmaterial und/oder für das Außenla- genmaterial angeordnet ist.
2. Mehrlagiger Metallbalg (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (4) eine Oxidschicht, insbesondere eine oxidkeramische Schicht ist.
3. Mehrlagiger Metallbalg (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (4) eine Metallbalglage aus einem relativ oxidations- beständigeren Werkstoff als die Innenlage (2) und/oder die Außenlage (3) ist.
1 1
4. Mehrlagiger Metallbalg (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (4) eine insbesondere durch Sputtern aufgebrachte Wolfram- oder Titan/Wolfram-Schicht ist.
5. Mehrlagiger Metallbalg (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (4) aus insbesondere galvanisch abgeschiedenem Chrom oder Nickel gebildet ist.
6. Mehrlagiger Metallbalg (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (4) aus wenigstens einer insbesondere chemisch abgeschiedenen Nickellegierung gebildet ist, insbesondere Nickel-
Phosphor-, Nickel-Phosphor-Wolfram- oder Eisen-Nickel-Phosphor- Legierung, insbesondere in nanokristalliner Form mit einer Korngröße s, 1 nm < s ≤ 1000 nm.
7. Mehrlagiger Metallbalg (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (4) als eine intermetallische Eisen-Zink-Phase ausgebildet ist, insbesondere durch Feuerverzinken.
8. Mehrlagiger Metallbalg (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (4) als Carbonitrid-, Nitrid- oder Borid-Randschicht ausgebildet ist, insbesondere als Eisencarbonitrid-, Eisennitrid- oder Eisen- boridschicht, insbesondere durch Nitrieren bzw. Borieren im Salzbad.
12
9. Mehrlagiger Metallbalg (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Balglage (2, 3) aus einem aushärtbaren Werkstoff gebildet ist.
10. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Balgs (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallrohr (5), welches eine der Metalllagen (2, 3) des Balgs (1 ) bilden soll, vor dem Umformen zumindest an seiner mit der anderen Metalllage (2, 3) in Kontakt tretenden Mantelfläche (5a, 5b) mit einer die Zwischenlage (4) bildenden Beschichtung versehen wird.
1 1 . Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Balgs (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein erstes Metallrohr (5) zu der Außenlage (3) des Balgs (1 ) umgeformt wird, dass anschließend die Außenlage (3) innenseitig mit einer die Zwischenlage (4) bildenden Beschichtung versehen wird und dass dann ein zweites Metallrohr (5) innerhalb der Außenlage (3) zu der Innenlage (2) umgeformt wird.
12. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Balgs (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Außenlage (3) und die Innenlage (2) des Balgs (1 ) ausgebildet werden und dass anschließend die Zwischenlage (4) zwischen der Außenlage (3) und der Innenlage (2) erzeugt wird.
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