WO2022228873A1 - Metal bellows and method for the production thereof - Google Patents

Metal bellows and method for the production thereof Download PDF

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WO2022228873A1
WO2022228873A1 PCT/EP2022/059566 EP2022059566W WO2022228873A1 WO 2022228873 A1 WO2022228873 A1 WO 2022228873A1 EP 2022059566 W EP2022059566 W EP 2022059566W WO 2022228873 A1 WO2022228873 A1 WO 2022228873A1
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WO
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metal bellows
flanks
die
wall
ring
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/059566
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German (de)
French (fr)
Inventor
Karsten Birkholz
Manuel Fody
Daniel Hiller
Steffen Rilk
Frank Schweickert
Joachim Wellensiek
Kenny Wirschum
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.)
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Publication date
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D15/00—Corrugating tubes
    • B21D15/04—Corrugating tubes transversely, e.g. helically
    • B21D15/06—Corrugating tubes transversely, e.g. helically annularly
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D15/00—Corrugating tubes
    • B21D15/04—Corrugating tubes transversely, e.g. helically
    • B21D15/10—Corrugating tubes transversely, e.g. helically by applying fluid pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass

Definitions

  • the invention relates to a metal bellows with a tubular wall, produced from a thin-walled pipe section or from several thin-walled metal pipe sections joined together, according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a metal bellows according to the preamble of claim 10.
  • a metal bellows of the present type has a number of annular corrugations molded into the tubular wall. These corrugations each include an outer rim running in the circumferential direction of the wall and two corrugated flanks adjoining this. The flanks of a wave, together with the associated outer brim, describe the interior of a wave. The flanks of two adjacent waves each enclose an inner flange running in the circumferential direction of the wall.
  • metal bellows have been known for a long time and are used in a wide variety of applications. Due to the elastic deformability of the ring-shaped corrugations, metal bellows can move both axially and angularly and laterally, but are still fluid-tight and temperature-resistant at all times, and if the appropriate material is selected, they are also corrosion-resistant.
  • the corrugations of ring-corrugated metal bellows are symmetrically shaped in their profile; in an axial section they roughly describe a sine wave or, most commonly, a compressed sine wave, which, viewed from inner rim to inner rim, leads to a W-profile of the individual waves.
  • a number of annular corrugations are molded into a single-layer or multi-layer, cylindrical or flattened, thin-walled tube, usually by hydro-forming the wall at internal high pressure.
  • a section of pipe divided by external and internal tools is deformed under pressure by introducing a liquid into its interior.
  • the wall of the pipe section bulges and forms a pre-wave.
  • two matrix ring tools are attached to the wall of the pipe section from the outside, which prevent the pipe from being radially expanded by the internal pressure at the points where the inner rims of the corrugations are to form.
  • the pre-wave is thus formed into an intermediate space between the two ring dies, in that the wall bulges in a nus-shaped manner there.
  • the die ring tools are moved towards one another in order to form the desired wave from the pre-wave.
  • metal bellows of the present type are composed of individual annular disks with a truncated cone shape in longitudinal section, in that two annular disks are welded together at their radially inner edges in the opposite direction, in order to form a membrane pair, which are then attached to their outer edges are welded to other pairs of membranes, usually with a flat seam at the front.
  • This design of a metal bellows allows in particular a movement stroke up to the block and thus a FITS short overall length.
  • a membrane bellows which is composed of individual membrane discs, has special properties compared to a metal bellows with moulded, mostly omega-shaped corrugations, in particular a lower axial one Stiffness and a very favorable ratio of stroke to free length of the metal bellows, ie the membrane bellows can be manufactured with particularly short overall lengths. Due to its special properties, a diaphragm bellows is mostly used as a volume compensation element or for load cells.
  • the invention is therefore based on the object of proposing a metal bellows of the type mentioned and a method for its production, with which the advantages of a conventional diaphragm bellows, as described above, are combined with the advantages of a metal bellows produced by hydroforming.
  • the waveform according to the invention can be referred to as a C-wave, since the curvatures of both wave flanks have the same orientation and are continuously curved with the same orientation until they merge tangentially into the outer and inner rims of the metal bellows.
  • This new waveform according to the invention can, in contrast to the conventional sine or omega wave, very easily be compressed to the point of contact with the brim or even beyond, so that a metal bellows according to the invention with C-waves has the advantageous properties of a conventional membrane bellows.
  • the metal bellows according to the invention with C-waves can be produced by forming the tube section of the tubular wall, and it is also preferably produced in this way, in particular by hydraulic internal high-pressure forming.
  • the welded connections between the individual membrane disks that are necessary for the production of a conventional membrane bellows can be omitted, so that ultimately the specific advantages of a membrane bellows, which the metal bellows with C-waves according to the invention also has, are not due to higher production costs and disadvantageous weld seams in stressed areas of the material must be purchased.
  • the present invention combines the advantages of two conventional types of metal bellows.
  • the wave flanks of the metal bellows according to the invention are expediently curved in such a way that one of the two wave flanks of a wave has an im Substantially convex and the other of the two wave flanks have a substantially concave profile, each seen in a sectional plane including the axis of the metal bellows and to be understood in relation to the shaft interior.
  • essentially all corrugation flanks of the metal bellows are provided with a curvature oriented in the same way, so that all corrugations of a metal bellows according to the invention, optionally except for pre-corrugations arranged at the ends, are formed in an identical shape.
  • the C-corrugations of the metal bellows according to the invention are shaped in such a way that the curvatures of their corrugation flanks have a substantially constant radius of curvature.
  • the ratio of the outer diameter of the bellows to the inner diameter of the bellows is as large as possible.
  • a Da/Di ratio of 1.3 to 1.5 should be aimed for, which implements the properties of a diaphragm bellows, in particular a high specific expansion absorption and thus a particularly short overall length or a particularly good suitability as a volume compensation body, in a particularly pronounced manner.
  • the radial extent of the wave flanks i.e.
  • the transition to the outer rim to the transition to the inner rim expediently has a ratio of at least 3: 1, better still at least 4: 1 and more preferably at least 5: 1 to the radial extent of the outer rim and/or the inside flaps open.
  • the C-waves viewed in the radial direction, are very elongated.
  • the metal bellows according to the invention can also be carried out Reshaping a multi-layer cylindrical pipe section are produced; thus, the metal bellows according to the invention can be provided with a multi-layer wall, although it can have the advantageous properties of a conventional membrane bellows. In this respect, too, the advantages of two different conventional designs are combined according to the invention.
  • the wall of the metal bellows according to the invention is preferably made of austenitic stainless steel or a nickel-based alloy.
  • the method according to the invention for producing a metal bellows with a tubular wall made of at least one metal sheet comprises, as is known per se, the molding of a number of ring-shaped corrugations into a single-layer or multi-layer cylindrical tube, the ring-shaped corrugations each having an outer rim running in the circumferential direction of the wall and two corrugated flanks adjoining these, and wherein each corrugation is formed by hydraulic internal high-pressure forming of the wall all around into a gap between two die-ring tools, which surround the cylindrical tube and prevent the tube from where the inner rims are to form, is radially expanded. It is therefore a conventional hydraulic internal high-pressure forming.
  • both matrix ring tools are provided with contours for molding each shaft, to which the shaft to be shaped rests during forming, the contour of one of the two matrix ring tools being essentially convex and the contour of the other of the two die ring tools is essentially concave.
  • the C-corrugation according to the invention described above, is formed, in which both corrugation flanks from the transition to the outer rim to the transition to the inner rim are provided with identically oriented curvatures, in particular with a substantially constant radius of curvature.
  • the method according to the invention can be implemented in such a way that the corrugations are individually formed into the tubular wall by pushing the initially cylindrical tube into two die ring tools designed as a compression plate and a die plate and inserting a pressure tube into the cylindrical tube. to apply hydraulic pressure to a section of tubing extending from one die ring die to the other.
  • the pipe section bulges out and is formed into the space between the die ring tools.
  • the die ring tools are moved towards one another.
  • the wall of the formed pipe section rests against the contours of the die ring tools and adopts their contours, so that the C-waves according to the invention are formed.
  • waves of the metal bellows are simultaneously formed into the tubular wall by the initially cylindrical tube being inserted into a die with a number of die-ring tools, two of which serve as front and rear upset disks and the rest are designed as die plates.
  • a front pressure pipe section is introduced into the cylindrical tube at the level of the front compression disc, while a rear pressure pipe section is introduced at the level of the rear compression disc in order to apply hydraulic pressure to a section of pipe located between the two pressure pipe sections. If the pipe section sections with the help of the two pressure pipe used in this is subjected to hydraulic pressure, the wall is formed in the spaces between the die-ring tools.
  • the die ring tools are moved towards one another with increasing deformation of the tube section until the wall of the tube section rests against the contours of the die ring tools and is formed into a metal bellows with several corrugations.
  • the wave flanks take on the contours of the die ring tools, as a result of which the C waves according to the invention are formed.
  • the C-shafts produced according to the invention in hydraulic internal high-pressure forming with matrix ring tools with convex and concave contours have a relatively large opening angle between the two shaft flanks; the radii of curvature of the outer rims (and the inner rims) are generally still too large for optimal mobility of the metal bellows.
  • an upsetting tool is preferably used, which essentially consists of a front upsetting ring and a rear upsetting ring, which are placed in front of the frontmost and behind the rearmost shaft of the metal bellows and are moved toward one another.
  • one of the two compression rings has a convex and the other of the two compression rings has a concave contact surface for the corrugations of the metal bellows, so as not to impair the C-corrugations according to the invention during compression.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of a metal bellows designed according to the invention
  • FIGS. 2a to 2e show schematic sectional views of different procedural steps when forming a C-shaft by means of hydraulic forming tools
  • FIGS. 4a and 4b show schematic sectional representations of two process steps when upsetting the metal bellows produced by hydraulic forming.
  • FIG. 1 is a schematic sectional representation of an exemplary embodiment of a metal bellows 23 designed according to the invention with the C-waves according to the invention.
  • the section is made so that it encloses the central axis of the metal bellows 23 , which is cylindrical in shape.
  • the metal bellows has a tubular wall 1 , in this case consisting of a high-grade steel sheet metal, from which a cylindrical tube was produced, which was finally formed into the present metal bellows 23 by hydraulic internal high-pressure forming of the wall 1 .
  • the tubular wall 1 has a number of ring-shaped corrugations 2, each of which comprises an outer rim 3 running in the circumferential direction of the wall 1 and two corrugated flanks 4a, 4b adjoining this.
  • the two wave flanks 4a, 4b and the outer brim 3 circumscribe a shaft interior 5, and the waves flank 4a, 4b' of two adjacent shafts 2, 2' each include a circumferential direction in order of the wall running inner brim 6 between them.
  • the wavy flanks 4a, 4b of the metal bellows 23 shown each have a substantially constant radius of curvature, resulting in the characteristic C-wave that gives the metal bellows 23 at least largely the advantageous properties of a conventional membrane bellows.
  • a radial expansion 8 of the corrugated flanks 4a, 4b has a ratio of approximately 6:1 to a radial expansion 9 of the outer flanges 3 and to a radial expansion 10 of the inner flanges 6 If the ratio of the outside diameter of the bellows to the inside diameter of the bellows Da/Di is greater than 1.3, the metal bellows has a particularly high degree of axial mobility and in this respect has very good properties for use as a volume compensation element.
  • metal bellows according to the invention can also be advantageous, for example as a decoupling element in a pipeline subjected to vibration; because the asymmetric configuration of the C-waves 2 according to the invention can result in advantageous effects on the natural frequencies of the metal bellows 23 and thus on any resonances.
  • FIGS. 2a to 2e are schematic sectional views of a forming tool in which a C-shaft according to the invention is produced step by step by hydraulic internal high-pressure forming. It is a mold set consisting of a compression disc 11 and a die disc 12 as well as a pressure pipe 13 with a central through hole 14 and an outlet hole 15 for a hydraulic fluid 16.
  • a cylindrical tube 17, from which the metal bellows is to be made, is pushed onto the pressure tube 13, while the upsetting disk 11 and the die disk 12 are opened radially.
  • a pressure chamber into which the hydraulic fluid 16 is introduced is formed between two O-ring seals 18 which delimit a pipe section 19 of the cylindrical pipe 17 between them, the cylindrical pipe 17 and the pressure pipe 13 .
  • the forming tool is closed beforehand by lowering the upsetting disk 11 and the die disk 12 onto the cylindrical tube 17.
  • FIG. This ensures, among other things, that the cylindrical tube 17 is not lifted off the O-ring seals 18 even when the hydraulic fluid 16 is introduced.
  • the bulge which becomes a pre-wave, is compressed, so that the shaft 2 rests with its shaft flanks 4a, 4b laterally against the contours 21, 22 of the compression disk 11 and the die disk 12.
  • the contour 21 of the upsetting disk 11 is concave in shape
  • the contour 22 of the die disk 12 is convex in shape (which of course can also be the case vice versa). This then results in the concave shape of the wave flank 4a and the convex shape of the wave flank 4b.
  • FIG. 2e After the forming tool has been opened, as shown in FIG. 2e, the cylindrical tube 17 is axially displaced on the pressure tube 13 in order to form a second wave by repeating the process. The process is repeated until the desired number of shafts 2 has been produced.
  • Figures 3a to 3c show an alternative procedure for introducing the C-waves 2 into a cylindrical tube 17: All waves 2 are simultaneously introduced into the cylindrical tube 17 by means of hydraulic internal high-pressure forming:
  • FIG. 3a shows, a front pressure pipe section 24 and a rear pressure pipe section 25 are pushed into the two ends of the cylindrical pipe 17, which seal the cylindrical pipe 17 to the outside by means of O-ring seals 18.
  • the pressure chamber 26 formed in this way remains accessible due to through bores 14 and can thus be subjected to hydraulic pressure.
  • a front compression disc 27 with a convex contour 28 and a rear compression disc 29 with a concave contour 30 are attached.
  • a rear upsetting disk 29 and the front upsetting disk 27 there are several die disks 12, 12', 12" at regular intervals, which are also attached to the cylindrical tube with their radially inner tips, which ultimately form the inner rims 6 of the shafts 2 are.
  • FIG. 3b shows how the pressure chamber 26 is pressurized by introducing hydraulic fluid 16.
  • the cylindrical tube 17 bulges radially outwards, with the radially inner tips of the die plates 12, 12', 12'' preventing bulging at this point.
  • the wall of the cylindrical tube 17 is simultaneously formed into the space 20, 20', 20" between the die plates 12, 12', 12" and compression plates 27, 28, whereby, as with the single-wave formation from the example of FIGS. 2a to 2e, the gaps 20, 20', 20'' are successively reduced by moving the matrix ring tools 12, 12', 12'', 27, 29 together.
  • FIG. 3b The pre-waves that are already partially formed in FIG. 3b are, as FIG. 3c shows, caused by the die ring tools being moved completely together Maintaining the hydraulic pressure in the pressure chamber 26, formed in the contours 22, 28, 30 of the die ring tools, resulting in the inventions to the invention C-wave arise.
  • the forming process is now complete, and the formerly cylindrical tube 17 that has become the metal bellows 23 with annular corrugations 2 can be removed.
  • FIGS. 4a and 4b show an advantageous post-treatment of the metal bellows 23, which has actually already been completely formed, with C-corrugations 2, again in a schematic sectional view.
  • the metal bellows 23 is first pushed onto a support cylinder 31 in order to stabilize it against lateral and angular movements. Then, in front of which compression ring 32 with a convex contact surface 33 is attached to one end of the metal bellows at its foremost shaft 2. At the same time, a rear compression ring 34 with a concave contact surface 35 is attached to the other end of the metal bellows, at its rearmost shaft 2 . This initial state is shown in FIG. 4a.
  • the two compression rings 32, 34 are moved together and the metal bellows together with its corrugations 2, 2', 2'' are compressed, preferably until the outer and inner flanges 3, 6 are in contact with one another. if necessary even beyond that, so that the radii of the brims 3, 6 are reduced to a desired level.
  • the support cylinder 31 prevents the metal bellows from buckling.
  • the desired radii of the outer rims 3 and the inner rims 6 can be achieved by upsetting. The result is a metal bellows as shown in FIG. Reference list:

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Abstract

The invention relates to metal bellows having a tubular wall (1), which is produced from a thin-walled tube portion (19) or from a plurality of thin-walled tube portions which are made of metal and fitted into one another, with a number of annular shafts (2) being formed in the wall (1), each of which shafts comprises an outer flange (3) extending in the circumferential direction of the wall (1) and two shaft flanks (4a, 4b) adjoining the outer flange. At least in a portion of the metal bellows (23), the two shaft flanks (4a, 4b) of each shaft (2) have, viewed in a sectional plane including the axis (7) of the metal bellows (23), from a transition into the outer flange (3) to a transition into the inner flange (6), curvatures having the same orientation. The invention also relates to a method for producing metal bellows of this kind.

Description

Metallbalg und Verfahren zur Herstellung eines solchen Metal bellows and method of making one
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft einen Metallbalg mit einer rohrförmigen Wandung, herge stellt aus einem dünnwandigen Rohrabschnitt oder aus mehreren ineinander ge fügten dünnwandigen Rohrabschnitten aus Metall, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Metallbalgs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10. The invention relates to a metal bellows with a tubular wall, produced from a thin-walled pipe section or from several thin-walled metal pipe sections joined together, according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a metal bellows according to the preamble of claim 10.
Ein Metallbalg der vorliegenden Art weist eine Anzahl von ringförmigen Wellen auf, die in die rohrförmige Wandung eingeformt sind. Diese Wellen umfassen je- weils eine in Umfangsrichtung der Wandung verlaufende Außenkrempe und zwei an diese anschließende Wellenflanken. Die Wellenflanken einer Welle umschrei ben zusammen mit der zugehörigen Außenkrempe einen Welleninnenraum. Die Wellenflanken zweier benachbarter Wellen schließen jeweils eine in Umfangs richtung der Wandung verlaufende Innenkrempe zwischen sich ein. A metal bellows of the present type has a number of annular corrugations molded into the tubular wall. These corrugations each include an outer rim running in the circumferential direction of the wall and two corrugated flanks adjoining this. The flanks of a wave, together with the associated outer brim, describe the interior of a wave. The flanks of two adjacent waves each enclose an inner flange running in the circumferential direction of the wall.
Solche Metallbälge sind seit langem bekannt und in vielfältigen Anwendungen im Einsatz. Aufgrund der elastischen Verformbarkeit der ringförmigen Wellen sind Metallbälge sowohl axial als auch angular und lateral beweglich, aber den noch jederzeit fluiddicht und temperaturbeständig, bei entsprechender Material- wähl auch korrosionssicher. Such metal bellows have been known for a long time and are used in a wide variety of applications. Due to the elastic deformability of the ring-shaped corrugations, metal bellows can move both axially and angularly and laterally, but are still fluid-tight and temperature-resistant at all times, and if the appropriate material is selected, they are also corrosion-resistant.
Üblicherweise sind die Wellen von ringgewellten Metallbälgen in ihrem Profil symmetrisch geformt; in einem axial verlaufenden Schnitt beschreiben sie in etwa eine Sinuswelle oder, meist gebräuchlich, eine gestauchte Sinuswelle, die, von Innenkrempe zu Innenkrempe gesehen, zu einem W-Profil der einzelnen Wellen führt. Für die Herstellung von Metallbälgen der vorliegenden Art wird eine Anzahl von ringförmigen Wellen in ein ein- oder mehrlagiges, zylindrisches oder abgeflach tes, dünnwandiges Rohr eingeformt, und zwar üblicherweise durch hydrauli sches Innenhochdruck-Umformen der Wandung. Hierbei wird ein durch äußere und innere Werkzeuge abgeteilter Rohrabschnitt durch Einleiten einer Flüssig keit in sein Inneres unter Druck verformt. Hierdurch baucht sich die Wandung des Rohrabschnitts aus und bildet eine Vorwelle. Um diesen Vorgang zu kontrol lieren, werden von außen zwei Matrizen-Ringwerkzeuge an die Wandung des Rohrabschnitts angesetzt, die dort verhindern, dass das Rohr an den Stellen, an denen sich Innenkrempen der Wellen ausbilden sollen, durch den Innendruck ra dial aufgeweitet wird. Die Vorwelle formt sich also in einen Zwischenraum zwi schen die beiden Matrizen-Ringwerkzeuge ein, indem sich die Wandung dort si nusförmig ausbaucht. Mit zunehmender Ausbauchung werden die Matrizen- Ringwerkzeuge zueinander hin bewegt, um aus der Vorwelle die erwünschte Welle zu formen. Usually, the corrugations of ring-corrugated metal bellows are symmetrically shaped in their profile; in an axial section they roughly describe a sine wave or, most commonly, a compressed sine wave, which, viewed from inner rim to inner rim, leads to a W-profile of the individual waves. For the production of metal bellows of the present type, a number of annular corrugations are molded into a single-layer or multi-layer, cylindrical or flattened, thin-walled tube, usually by hydro-forming the wall at internal high pressure. In this case, a section of pipe divided by external and internal tools is deformed under pressure by introducing a liquid into its interior. As a result, the wall of the pipe section bulges and forms a pre-wave. In order to control this process, two matrix ring tools are attached to the wall of the pipe section from the outside, which prevent the pipe from being radially expanded by the internal pressure at the points where the inner rims of the corrugations are to form. The pre-wave is thus formed into an intermediate space between the two ring dies, in that the wall bulges in a nus-shaped manner there. With increasing bulging, the die ring tools are moved towards one another in order to form the desired wave from the pre-wave.
Die ringförmigen Wellen können nacheinander in einem Einfachwerkzeug oder gleichzeitig in einem Mehrfachwerkzeug gefertigt werden. Alternativ zur hydraulischen Innenhochdruck-Umformung werden insbesondere als Membranbälge bekannte Metallbälge der vorliegenden Art aus einzelnen, im Längsschnitt kegelstumpfförmigen Ringscheiben zusammengesetzt, indem je zwei Ringscheiben umgekehrt orientiert an ihren radial innen liegenden Rändern miteinander verschweißt werden, um ein Membranpaar zu bilden, die dann an ihren äußeren Rändern mit weiteren Membranpaaren verschweißt werden, übli cherweise jeweils mit einer Stirnflachnaht. Diese Ausbildung eines Metallbalgs erlaubt insbesondere einen Bewegungshub bis auf Block und somit eine beson ders kurze Baulänge. Ein Membranbalg, der aus einzelnen Membranscheiben zusammengesetzt ist, verfügt gegenüber einem Metallbalg mit eingeformten, meist omegaförmigen Wellen besondere Eigenschaften, und zwar insbesondere eine niedrigere axiale Steifigkeit und ein sehr günstiges Verhältnis von Hub zu freier Länge des Metall balgs, d.h. der Membranbalg kann mit besonders kurzen Baulängen gefertigt werden. Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften wird ein Membranbalg meist als Volumenausgleichselement oder für Messdosen verwenden. The annular shafts can be manufactured in succession in a single tool or simultaneously in a multiple tool. As an alternative to hydraulic internal high-pressure forming, metal bellows of the present type, known in particular as diaphragm bellows, are composed of individual annular disks with a truncated cone shape in longitudinal section, in that two annular disks are welded together at their radially inner edges in the opposite direction, in order to form a membrane pair, which are then attached to their outer edges are welded to other pairs of membranes, usually with a flat seam at the front. This design of a metal bellows allows in particular a movement stroke up to the block and thus a FITS short overall length. A membrane bellows, which is composed of individual membrane discs, has special properties compared to a metal bellows with moulded, mostly omega-shaped corrugations, in particular a lower axial one Stiffness and a very favorable ratio of stroke to free length of the metal bellows, ie the membrane bellows can be manufactured with particularly short overall lengths. Due to its special properties, a diaphragm bellows is mostly used as a volume compensation element or for load cells.
Die Fertigung eines solchen herkömmlichen Membranbalgs aus einzelnen Membranscheiben, die an ihren radial äußeren und inneren Kanten verschweißt werden, bringt jedoch spezifische Probleme mit sich, denn an den höchstbelas teten Bereichen des Metallbalgs befinden sich dort Schweißnähte, und durch die Schweißvorgänge liegen die Herstellkosten signifikant höher als bei einem Me tallbalg, der durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen gefertigt wird. However, the production of such a conventional diaphragm bellows from individual diaphragm disks, which are welded at their radially outer and inner edges, entails specific problems, because there are weld seams in the areas of the metal bellows that are subjected to the highest loads, and the welding processes mean that the manufacturing costs are significantly higher than with a metal bellows that is manufactured by hydraulic hydroforming.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Metallbalg der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, mit dem die Vorteile eines herkömmlichen Membranbalgs, wie oben beschrieben, mit den Vorteilen eines durch Innenhochdruck-Umformen hergestellten Metallbalgs kom biniert werden. The invention is therefore based on the object of proposing a metal bellows of the type mentioned and a method for its production, with which the advantages of a conventional diaphragm bellows, as described above, are combined with the advantages of a metal bellows produced by hydroforming.
Gelöst ist diese Aufgabe durch einen Metallbalg mit den Merkmalen des An- spruchs 1 , sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Be vorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Metallbalgs finden sich in den Ansprüchen 2 bis 9; vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 11 bis 15 niedergelegt. Der erfindungsgemäße Metallbalg mit rohrförmiger Wandung, in die eine Anzahl von ringförmigen Wellen eingeformt ist, die jeweils eine in Umfangsrichtung der Wandung verlaufende Außenkrempe und zwei an diese anschließende Wellen flanken umfassen, wobei die Wellenflanken einer Welle zusammen mit der zuge hörigen Außenkrempe einen Welleninnenraum umschreiben und die Wellenflan- ken zweier benachbarter Wellen jeweils eine in Umfangsrichtung der Wandung verlaufende Innenkrempe zwischen sich einschließen, wird gegenüber dem be kannten Stand der Technik somit dadurch modifiziert, dass zumindest in einem Teilabschnitt des Metallbalgs jeweils beide Wellenflanken jeder Welle, in einer die Achse des Metallbalgs einschließenden Schnittebene gesehen, von einem Übergang zur Außenkrempe bis zu einem Übergang der Innenkrempe mit gleich orientierten Krümmungen versehen sind. This problem is solved by a metal bellows with the features of claim 1 and by a method with the features of claim 10. Be preferred configurations of the metal bellows according to the invention can be found in claims 2 to 9; advantageous refinements of the method according to the invention are laid down in claims 11 to 15. The metal bellows according to the invention with a tubular wall into which a number of annular corrugations are formed, each of which comprises an outer flange running in the circumferential direction of the wall and two flanks of corrugations adjoining this, the corrugation flanks of a corrugation together with the associated outer flange circumscribing a corrugation interior and the corrugated flanks of two adjacent corrugations each enclose an inner rim running in the circumferential direction of the wall between them is modified compared to the known prior art in that at least in a section of the metal bellows both corrugated flanks of each corrugation are in one seen the axis of the metal bellows enclosing section plane, are provided with the same orientation from a transition to the outer rim to a transition of the inner rim with curvatures.
Es ergibt sich also eine asymmetrische Ausgestaltung des Wellenprofils, abwei chend von der bisherigen, symmetrischen Omegaform oder Sinusform, und auch abweichend von der im bisherigen Stand der Technik bekannten S-Form, die durch Verschweißen einzelner Membranscheiben entsteht. This results in an asymmetrical design of the wave profile, deviating accordingly from the previous, symmetrical omega shape or sinusoidal shape, and also deviating from the S-shape known in the prior art, which is created by welding individual membrane discs.
Die erfindungsgemäße Wellenform kann als C-Welle bezeichnet werden, da die Krümmungen beider Wellenflanken die gleiche Ausrichtung besitzen und durch gehend gleich orientiert gekrümmt sind, bis sie tangential in die Außen- und In nenkrempen des Metallbalgs übergehen. The waveform according to the invention can be referred to as a C-wave, since the curvatures of both wave flanks have the same orientation and are continuously curved with the same orientation until they merge tangentially into the outer and inner rims of the metal bellows.
Diese neue, erfindungsgemäße Wellenform, die C-Welle, kann, im Unterschied zur herkömmlichen Sinus- oder Omega-Welle, sehr leicht stark gestaucht wer den, und zwar bis auf Krempenkontakt oder sogar darüber hinaus, so dass ein erfindungsgemäßer Metallbalg mit C-Wellen die vorteilhaften Eigenschaften ei nes herkömmlichen Membranbalgs aufweist. Dennoch kann der erfindungsge mäße Metallbalg mit C-Wellen durch Umformen des Rohrabschnitts der rohrför migen Wandung hergestellt werden, und er wird auch vorzugsweise so herge stellt, insbesondere durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen. This new waveform according to the invention, the C-wave, can, in contrast to the conventional sine or omega wave, very easily be compressed to the point of contact with the brim or even beyond, so that a metal bellows according to the invention with C-waves has the advantageous properties of a conventional membrane bellows. Nevertheless, the metal bellows according to the invention with C-waves can be produced by forming the tube section of the tubular wall, and it is also preferably produced in this way, in particular by hydraulic internal high-pressure forming.
Die für die Herstellung eines herkömmlichen Membranbalgs notwendigen Schweißverbindungen zwischen den einzelnen Membranscheiben können erfin dungsgemäß entfallen, so dass letztlich die spezifischen Vorteile eines Memb ranbalgs, die auch der erfindungsgemäße Metallbalg mit C-Wellen aufweist, nicht durch höhere Produktionskosten und nachteilige Schweißnähte in belaste ten Bereichen des Materials erkauft werden müssen. Somit vereinigt die vorlie gende Erfindung die Vorteile zweier herkömmlicher Metallbalgtypen. According to the invention, the welded connections between the individual membrane disks that are necessary for the production of a conventional membrane bellows can be omitted, so that ultimately the specific advantages of a membrane bellows, which the metal bellows with C-waves according to the invention also has, are not due to higher production costs and disadvantageous weld seams in stressed areas of the material must be purchased. Thus, the present invention combines the advantages of two conventional types of metal bellows.
Zweckmäßigerweise sind die Wellenflanken des erfindungsgemäßen Metallbalgs solcherart gekrümmt, dass eine der beiden Wellenflanken einer Welle ein im Wesentlichen konvexes und die andere der beiden Wellenflanken ein im We sentlichen konkaves Profil aufweisen, und zwar jeweils in einer die Achse des Metallbalgs einschließenden Schnittebene gesehen und in Bezug auf den Wel- leninnenraum zu verstehen. The wave flanks of the metal bellows according to the invention are expediently curved in such a way that one of the two wave flanks of a wave has an im Substantially convex and the other of the two wave flanks have a substantially concave profile, each seen in a sectional plane including the axis of the metal bellows and to be understood in relation to the shaft interior.
Vorzugsweise sind im Wesentlichen alle Wellenflanken des Metallbalgs mit einer gleich orientierten Krümmung versehen, so dass alle Wellen eines erfindungsge mäßen Metallbalgs, gegebenenfalls bis auf endständig angeordnete Vorwellen, in identischer Form ausgebildet sind. Preferably, essentially all corrugation flanks of the metal bellows are provided with a curvature oriented in the same way, so that all corrugations of a metal bellows according to the invention, optionally except for pre-corrugations arranged at the ends, are formed in an identical shape.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die C- Wellen des erfindungsgemäßen Metallbalgs solcherart geformt, dass die Krüm mungen ihrer Wellenflanken einen im Wesentlichen gleichbleibenden Krüm mungsradius aufweisen. According to a preferred embodiment of the present invention, the C-corrugations of the metal bellows according to the invention are shaped in such a way that the curvatures of their corrugation flanks have a substantially constant radius of curvature.
Um dem erfindungsgemäßen Metallbalg mit C-Wellen möglichst weitgehend die Eigenschaften eines herkömmlichen Membranbalgs zu verleihen, ist es zweck mäßig, wenn das Verhältnis von Balgaußendurchmesser zu Balginnendurchmes ser möglichst groß ist. Vorzugsweise ist ein Verhältnis Da/ Di von 1 ,3 bis zu 1 ,5 anzustreben, was die Eigenschaften eines Membranbalgs, insbesondere eine hohe spezifische Dehnungsaufnahme und somit eine besonders kurze Baulänge oder eine besonders gute Eignung als Volumenausgleichskörper, besonders ausgeprägt umsetzt. Zweckmäßigerweise weist die radiale Ausdehnung der Wellenflanken, also vom Übergang zur Außenkrempe bis zum Übergang zur Innenkrempe, ein Verhältnis von mindestens 3: 1 , besser von mindestens 4: 1 sowie weiter bevorzugt von min destens 5: 1 zur radialen Ausdehnung der Außenkrempen und/oder der Innen krempen auf. Hierdurch sind die C-Wellen, in radialer Richtung gesehen, sehr langgestreckt ausgebildet. In order to give the metal bellows with C-waves according to the invention the properties of a conventional membrane bellows as far as possible, it is expedient if the ratio of the outer diameter of the bellows to the inner diameter of the bellows is as large as possible. Preferably, a Da/Di ratio of 1.3 to 1.5 should be aimed for, which implements the properties of a diaphragm bellows, in particular a high specific expansion absorption and thus a particularly short overall length or a particularly good suitability as a volume compensation body, in a particularly pronounced manner. The radial extent of the wave flanks, i.e. from the transition to the outer rim to the transition to the inner rim, expediently has a ratio of at least 3: 1, better still at least 4: 1 and more preferably at least 5: 1 to the radial extent of the outer rim and/or the inside flaps open. As a result, the C-waves, viewed in the radial direction, are very elongated.
Wie dies auch bei herkömmlichen Metallbälgen mit Omega-Wellen oder sinus förmigen Wellen bekannt ist, kann auch der erfindungsgemäße Metallbalg durch Umformen eines mehrlagigen zylindrischen Rohrabschnitts hergestellt werden; somit kann der erfindungsgemäße Metallbalg mit einer mehrlagigen Wandung versehen sein, trotzdem er die vorteilhaften Eigenschaften eines herkömmlichen Membranbalgs aufweisen kann. Auch insoweit werden die Vorteile von zwei un- terschiedlichen herkömmlichen Bauweisen erfindungsgemäß vereint. As is also known with conventional metal bellows with omega waves or sinusoidal waves, the metal bellows according to the invention can also be carried out Reshaping a multi-layer cylindrical pipe section are produced; thus, the metal bellows according to the invention can be provided with a multi-layer wall, although it can have the advantageous properties of a conventional membrane bellows. In this respect, too, the advantages of two different conventional designs are combined according to the invention.
Die Wandung des erfindungsgemäßen Metallbalgs besteht vorzugsweise aus austenitischem Edelstahl oder einer Nickel-Basis-Legierung. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Metallbalgs mit einer rohrförmigen Wandung aus mindestens einem Metallblech umfasst, wie an sich bekannt, das Einformen einer Anzahl von ringförmigen Wellen in ein ein- oder mehrlagiges zylindrisches Rohr, wobei die ringförmigen Wellen jeweils eine in Umfangsrichtung der Wandung verlaufende Außenkrempe und zwei an diese an- schließenden Wellenflanken umfassen, und wobei das Einformen jeder Welle durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen der Wandung rundum in einen Zwischenraum zwischen zwei Matrizen-Ringwerkzeuge erfolgt, die das zylindri sche Rohr umgeben und verhindern, dass das Rohr an den Stellen, an denen sich die Innenkrempen ausbilden sollen, radial aufgeweitet wird. Es handelt sich also um ein an sich herkömmliches hydraulisches Innenhochdruck-Umformen. The wall of the metal bellows according to the invention is preferably made of austenitic stainless steel or a nickel-based alloy. The method according to the invention for producing a metal bellows with a tubular wall made of at least one metal sheet comprises, as is known per se, the molding of a number of ring-shaped corrugations into a single-layer or multi-layer cylindrical tube, the ring-shaped corrugations each having an outer rim running in the circumferential direction of the wall and two corrugated flanks adjoining these, and wherein each corrugation is formed by hydraulic internal high-pressure forming of the wall all around into a gap between two die-ring tools, which surround the cylindrical tube and prevent the tube from where the inner rims are to form, is radially expanded. It is therefore a conventional hydraulic internal high-pressure forming.
Im Unterschied zum Stand der Technik sind allerdings beide Matrizen-Ringwerk zeuge zum Einformen je einer Welle mit Konturen versehen, an die sich die ein zuformende Welle beim Umformen anlegt, wobei die Kontur eines der beiden Matrizen-Ringwerkzeuge im Wesentlichen konvex und die Kontur des anderen der beiden Matrizen-Ringwerkzeuge im Wesentlichen konkav ausgebildet ist. Hierdurch bildet sich beim Einformen der Welle die erfindungsgemäße, oben be schriebene C-Welle aus, bei der beide Wellenflanken vom Übergang zur Au ßenkrempe bis zum Übergang der Innenkrempe mit gleich orientierten Krüm- mungen, insbesondere mit einem im Wesentlichen gleichbleibenden Krüm mungsradius versehen sind. Die sich hierdurch ergebenden erheblichen Vorteile gegenüber dem bisherigen Stand der Technik sind vorstehend beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann nach einer ersten Alternative solcherart umgesetzt werden, dass die Wellen einzeln in die rohrförmige Wandung einge formt werden, indem das zunächst zylindrische Rohr in zwei als Stauchscheibe und Matrizenscheibe ausgebildete Matrizen-Ringwerkzeuge eingeschoben und ein Druckrohr in das zylindrische Rohr eingebracht wird, um einen Rohrabschnitt mit hydraulischem Druck zu beaufschlagen, der sich vom einen zum anderen Matrizen-Ringwerkzeug erstreckt. Wenn dieser Rohrabschnitt durch das Druck rohr mit hydraulischem Druck beaufschlagt wird, wird der Rohrabschnitt ausge baucht und in den Zwischenraum zwischen den Matrizen-Ringwerkzeugen ein- geformt. Mit zunehmender Umformung des Rohrabschnitts werden die Matrizen- Ringwerkzeuge zueinander hin bewegt. Zum Ende des Umformprozesses liegt die Wandung des umgeformten Rohrabschnitts an den Konturen der Matrizen- Ringwerkzeuge an und nimmt deren Konturen an, so dass sich die erfindungs gemäßen C-Wellen ausformen. In contrast to the prior art, however, both matrix ring tools are provided with contours for molding each shaft, to which the shaft to be shaped rests during forming, the contour of one of the two matrix ring tools being essentially convex and the contour of the other of the two die ring tools is essentially concave. As a result, when the corrugation is formed, the C-corrugation according to the invention, described above, is formed, in which both corrugation flanks from the transition to the outer rim to the transition to the inner rim are provided with identically oriented curvatures, in particular with a substantially constant radius of curvature. The resulting significant advantages over the prior art are described above. According to a first alternative, the method according to the invention can be implemented in such a way that the corrugations are individually formed into the tubular wall by pushing the initially cylindrical tube into two die ring tools designed as a compression plate and a die plate and inserting a pressure tube into the cylindrical tube. to apply hydraulic pressure to a section of tubing extending from one die ring die to the other. When hydraulic pressure is applied to this pipe section by the pressure pipe, the pipe section bulges out and is formed into the space between the die ring tools. With increasing deformation of the pipe section, the die ring tools are moved towards one another. At the end of the forming process, the wall of the formed pipe section rests against the contours of the die ring tools and adopts their contours, so that the C-waves according to the invention are formed.
Nach einer zweiten Alternative werden mehrere, vorzugsweise alle Wellen des Metallbalgs gleichzeitig in die rohrförmige Wandung eingeformt, indem das zu nächst zylindrische Rohr in eine Matrize mit einer Anzahl von Matrizen-Ring werkzeugen eingeschoben wird, von denen zwei als vordere und hintere Stauch- scheibe und der Rest als Matrizenscheiben ausgebildet sind. In Höhe der vorde ren Stauchscheibe wird ein vorderer Druckrohrabschnitt in das zylindrische Rohr eingebracht, während in Höhe der hinteren Stauchscheibe ein hinterer Druck rohrabschnitt eingebracht wird, um einen zwischen den beiden Druckrohrab schnitten befindlichen Rohrabschnitt mit hydraulischem Druck zu beaufschlagen. Wenn der Rohrabschnitt mit Hilfe der beiden in diesen eingesetzten Druckrohr abschnitten mit hydraulischem Druck beaufschlagt wird, wird dessen Wandung in die Zwischenräume zwischen den Matrizen-Ringwerkzeugen eingeformt. Hier bei werden die Matrizen-Ringwerkzeuge mit zunehmender Umformung des Rohrabschnitts zueinander hin bewegt, bis die Wandung des Rohrabschnitts an den Konturen der Matrizen-Ringwerkzeuge anliegt und zu einem Metallbalg mit mehreren Wellen umgeformt ist. Die Wellenflanken nehmen hierbei die Konturen der Matrizen-Ringwerkzeuge an, wodurch sich die erfindungsgemäßen C-Wellen ausbilden. Die erfindungsgemäß im hydraulischen Innenhochdruck-Umformen mit Matrizen- Ringwerkzeugen mit konvexer und konkaver Kontur hergestellten C-Wellen be sitzen einen verhältnismäßig großen Öffnungswinkel zwischen den beiden Wel- lenflanken; die Krümmungsradien der Außenkrempen (und der Innenkrempen) sind für eine optimale Beweglichkeit des Metallbalgs in der Regel noch zu groß. Erfindungsgemäß ist es daher bevorzugt, in einem weiteren Verfahrensschritt, nach dem Einformen aller Wellen und Entfernen der Matrizen-Ringwerkzeuge, den Metallbalg mit seinen C-Wellen zu stauchen, vorzugsweise bis die Außen- und Innenkrempen auf Block anliegen bzw. bei Bedarf sogar darüber hinaus. Hierdurch werden die Krümmungsradien der Außen- und Innenkrempen verklei nert. Wenn der Metallbalg nach dem Stauchen auf Nennlänge auseinandergezo gen wird, stellt sich die volle axiale Beweglichkeit des Metallbalgs ein. Um beim Stauchprozess ein etwaiges Ausknicken von Balgwellen sicher zu ver hindern, ist es bevorzugt, den Metallbalg beim Stauchen durch einen in seinen Innenraum eingebrachten Stützzylinder abzustützen. According to a second alternative, several, preferably all, waves of the metal bellows are simultaneously formed into the tubular wall by the initially cylindrical tube being inserted into a die with a number of die-ring tools, two of which serve as front and rear upset disks and the rest are designed as die plates. A front pressure pipe section is introduced into the cylindrical tube at the level of the front compression disc, while a rear pressure pipe section is introduced at the level of the rear compression disc in order to apply hydraulic pressure to a section of pipe located between the two pressure pipe sections. If the pipe section sections with the help of the two pressure pipe used in this is subjected to hydraulic pressure, the wall is formed in the spaces between the die-ring tools. Here, the die ring tools are moved towards one another with increasing deformation of the tube section until the wall of the tube section rests against the contours of the die ring tools and is formed into a metal bellows with several corrugations. The wave flanks take on the contours of the die ring tools, as a result of which the C waves according to the invention are formed. The C-shafts produced according to the invention in hydraulic internal high-pressure forming with matrix ring tools with convex and concave contours have a relatively large opening angle between the two shaft flanks; the radii of curvature of the outer rims (and the inner rims) are generally still too large for optimal mobility of the metal bellows. According to the invention, it is therefore preferred in a further process step, after all corrugations have been formed and the die ring tools have been removed, to upset the metal bellows with its C-corrugations, preferably until the outer and inner flanges are flush with the block or, if necessary, even beyond that . This reduces the radii of curvature of the outer and inner rims. If the metal bellows is pulled apart after upsetting to the nominal length, the metal bellows will be able to move fully axially. In order to reliably prevent any buckling of bellows corrugations during the upsetting process, it is preferable to support the metal bellows during upsetting with a support cylinder introduced into its interior.
Zum Stauchen des Metallbalgs wird vorzugsweise ein Stauchwerkzeug verwen- det, das im Wesentlichen aus einem vorderen Stauchring und einem hinteren Stauchring besteht, welche vor die vorderste und hinter die hinterste Welle des Metallbalgs gesetzt und zueinander hin bewegt werden. Hierbei weist einer der beiden Stauchringe eine konvexe und der andere der beiden Stauchringe eine konkave Anlagefläche für die Wellen des Metallbalgs auf, um die erfindungsge- mäßen C-Wellen beim Stauchen nicht zu beeinträchtigen. For upsetting the metal bellows, an upsetting tool is preferably used, which essentially consists of a front upsetting ring and a rear upsetting ring, which are placed in front of the frontmost and behind the rearmost shaft of the metal bellows and are moved toward one another. In this case, one of the two compression rings has a convex and the other of the two compression rings has a concave contact surface for the corrugations of the metal bellows, so as not to impair the C-corrugations according to the invention during compression.
Ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Metallbalg sowie ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Her stellung eines solchen Metallbalgs sind im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: An exemplary embodiment of a metal bellows designed according to the invention and an exemplary embodiment of a method according to the invention for the production of such a metal bellows are described and explained in more detail below with reference to the attached drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsge mäß ausgebildeten Metallbalgs; Figuren 2a bis 2e schematische Schnittdarstellungen unterschiedlicher Verfah rensschritte beim Einformen einer C-Welle mittels hydrauli scher Umformwerkzeuge; FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of a metal bellows designed according to the invention; FIGS. 2a to 2e show schematic sectional views of different procedural steps when forming a C-shaft by means of hydraulic forming tools;
Figuren 3a bis 3c schematische Schnittdarstellungen unterschiedlicher Verfah rensschritte beim simultanen Einformen aller C-Wellen mit entsprechenden hydraulischen Umformwerkzeugen; Figuren 4a und 4b schematische Schnittdarstellungen zweier Verfahrensschritte beim Stauchen des durch hydraulischen Umformen herge stellten Metallbalgs. Figures 3a to 3c schematic sectional representations of different procedural steps in the simultaneous forming of all C-waves with corresponding hydraulic forming tools; FIGS. 4a and 4b show schematic sectional representations of two process steps when upsetting the metal bellows produced by hydraulic forming.
Figur 1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Metallbalg 23 mit den erfindungsgemä ßen C-Wellen. Der Schnitt ist hierbei so gelegt, dass er die Mittelachse des vor liegend zylindrisch ausgebildeten Metallbalgs 23 einschließt. FIG. 1 is a schematic sectional representation of an exemplary embodiment of a metal bellows 23 designed according to the invention with the C-waves according to the invention. The section is made so that it encloses the central axis of the metal bellows 23 , which is cylindrical in shape.
Der Metallbalg besitzt eine rohrförmige Wandung 1 , vorliegend bestehend aus einem Edelstahl-Metallblech, aus dem ein zylindrisches Rohr hergestellt wurde, welches schließlich durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen der Wan dung 1 in den vorliegenden Metallbalg 23 umgeformt wurde. Die rohrförmige Wandung 1 weist eine Anzahl von ringförmigen Wellen 2 auf, die jeweils eine in Umfangsrichtung der Wandung 1 verlaufende Außenkrempe 3 und zwei an diese anschließende Wellenflanken 4a, 4b umfassen. Die beiden Wellenflanken 4a, 4b und die Außenkrempe 3 umschreiben einen Welleninnenraum 5, und die Wellen flanken 4a, 4b‘ zweier benachbarter Wellen 2, 2‘ schließen jeweils eine in Um fangsrichtung der Wandung verlaufende Innenkrempe 6 zwischen sich ein. Wie Figur 1 veranschaulicht, sind alle Wellenflanken 4a, 4b, von einem Über gang zur Außenkrempe 3 bis zu einem Übergang zur Innenkrempe 6, mit gleich orientierten Krümmungen versehen, wobei eine der beiden Wellenflanken 4a, in Bezug auf den Welleninnenraum 5 und in der dargestellten, die Achse 7 des Me tallbalgs 23 einschließenden Schnittebene ein konkaves Profil aufweist, wäh rend die andere Wellenflanke 4b ein konvexes Profil besitzt. Die Wellenflanken gehen ohne Veränderung der Krümmungsorientierung tangential in die Außen- und Innenkrempen über. The metal bellows has a tubular wall 1 , in this case consisting of a high-grade steel sheet metal, from which a cylindrical tube was produced, which was finally formed into the present metal bellows 23 by hydraulic internal high-pressure forming of the wall 1 . The tubular wall 1 has a number of ring-shaped corrugations 2, each of which comprises an outer rim 3 running in the circumferential direction of the wall 1 and two corrugated flanks 4a, 4b adjoining this. The two wave flanks 4a, 4b and the outer brim 3 circumscribe a shaft interior 5, and the waves flank 4a, 4b' of two adjacent shafts 2, 2' each include a circumferential direction in order of the wall running inner brim 6 between them. As illustrated in FIG With respect to the shaft interior 5 and in the section plane shown, which includes the axis 7 of the metal bellows 23, it has a concave profile, while the other side of the shaft 4b has a convex profile. The wave flanks merge tangentially into the outer and inner rims without changing the orientation of the curvature.
Die Wellenflanken 4a, 4b des dargestellten Metallbalgs 23 weisen jeweils einen im Wesentlichen gleichbleibenden Krümmungsradius auf, wodurch die charakte ristische C-Welle entsteht, die dem Metallbalg 23 zumindest weitgehend die vor- teilhaften Eigenschaften eines herkömmlichen Membranbalgs verleiht. The wavy flanks 4a, 4b of the metal bellows 23 shown each have a substantially constant radius of curvature, resulting in the characteristic C-wave that gives the metal bellows 23 at least largely the advantageous properties of a conventional membrane bellows.
Wie Figur 1 außerdem verdeutlicht, steht eine radiale Ausdehnung 8 der Wellen flanken 4a, 4b zu einer radialen Ausdehnung 9 der Außenkrempen 3 sowie zu einer radialen Ausdehnung 10 der Innenkrempen 6 in einem Verhältnis von etwa 6: 1. Hierdurch - vor allem aber durch das Verhältnis von Balgaußendurchmes ser zu Balginnendurchmesser Da/ Di von größer 1 ,3, besitzt der Metallbalg eine besonders hohe axiale Beweglichkeit und weist insofern sehr gute Eigenschaf ten für die Verwendung als Volumenausgleichselement auf. An dieser Stelle sei angemerkt, dass selbstverständlich auch andere Verwen dungen des erfindungsgemäßen Metallbalgs vorteilhaft sein können, beispiels weise als Entkoppelelement in einer schwingungsbelasteten Rohrleitung; denn durch die asymmetrische Ausgestaltung der erfindungsgemäßen C-Wellen 2 können sich vorteilhafte Effekte auf Eigenfrequenzen des Metallbalgs 23 und so- mit auf etwaige Resonanzen ergeben. As FIG. 1 also makes clear, a radial expansion 8 of the corrugated flanks 4a, 4b has a ratio of approximately 6:1 to a radial expansion 9 of the outer flanges 3 and to a radial expansion 10 of the inner flanges 6 If the ratio of the outside diameter of the bellows to the inside diameter of the bellows Da/Di is greater than 1.3, the metal bellows has a particularly high degree of axial mobility and in this respect has very good properties for use as a volume compensation element. At this point it should be noted that, of course, other uses of the metal bellows according to the invention can also be advantageous, for example as a decoupling element in a pipeline subjected to vibration; because the asymmetric configuration of the C-waves 2 according to the invention can result in advantageous effects on the natural frequencies of the metal bellows 23 and thus on any resonances.
Die Figuren 2a bis 2e sind schematische Schnittdarstellungen eines Umform werkzeugs, in dem schrittweise eine erfindungsgemäße C-Welle durch hydrauli sches Innenhochdruck-Umformen hergestellt wird. Es handelt sich um einen Formwerkzeugsatz, bestehend aus einer Stauchscheibe 11 und einer Matrizen scheibe 12 sowie einem Druckrohr 13 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 14 und einer Auslassbohrung 15 für eine Hydraulikflüssigkeit 16. Ein zylindrisches Rohr 17, aus dem der Metallbalg hergestellt werden soll, wird auf das Druckrohr 13 aufgeschoben, während die Stauchscheibe 11 und die Matrizenscheibe 12 radial geöffnet sind. Zwischen zwei O-Ring-Dichtungen 18, die einen Rohrabschnitt 19 des zylindrischen Rohrs 17 zwischen sich abgren- zen, dem zylindrischen Rohr 17 und dem Druckrohr 13 wird eine Druckkammer gebildet, in welche die Hydraulikflüssigkeit 16 eingeleitet wird. FIGS. 2a to 2e are schematic sectional views of a forming tool in which a C-shaft according to the invention is produced step by step by hydraulic internal high-pressure forming. It is a mold set consisting of a compression disc 11 and a die disc 12 as well as a pressure pipe 13 with a central through hole 14 and an outlet hole 15 for a hydraulic fluid 16. A cylindrical tube 17, from which the metal bellows is to be made, is pushed onto the pressure tube 13, while the upsetting disk 11 and the die disk 12 are opened radially. A pressure chamber into which the hydraulic fluid 16 is introduced is formed between two O-ring seals 18 which delimit a pipe section 19 of the cylindrical pipe 17 between them, the cylindrical pipe 17 and the pressure pipe 13 .
Zuvor wird, wie in Figur 2b dargestellt ist, das Formwerkzeug geschlossen, in dem die Stauchscheibe 11 und die Matrizenscheibe 12 auf das zylindrische Rohr 17 abgesenkt werden. So wird unter anderem gewährleistet, dass das zy lindrische Rohr 17 auch bei Einleiten der Hydraulikflüssigkeit 16 nicht von den O-Ring-Dichtungen 18 abgehoben wird. As shown in FIG. 2b, the forming tool is closed beforehand by lowering the upsetting disk 11 and the die disk 12 onto the cylindrical tube 17. FIG. This ensures, among other things, that the cylindrical tube 17 is not lifted off the O-ring seals 18 even when the hydraulic fluid 16 is introduced.
Durch Einleiten der Hydraulikflüssigkeit 16 unter hohem Druck wird sodann, wie Figur 2c zeigt, der Rohrabschnitt 19 des zylindrischen Rohrs 17 durch Ausbau chen umgeformt und in einen Zwischenraum 20 zwischen der Stauchscheibe 11 und der Matrizenscheibe 12 eingeformt. By introducing the hydraulic fluid 16 under high pressure, the tube section 19 of the cylindrical tube 17 is then, as shown in FIG.
Mit zunehmender Ausbauchung des Rohrabschnitts 19 wird die Stauchscheibe 11 zur Matrizenscheibe 12 hin bewegt, wie anhand Figur 2d gut zu erkennen ist.With increasing bulging of the pipe section 19, the upsetting disk 11 is moved toward the die disk 12, as can be seen clearly from FIG. 2d.
Gleichzeitig wird die Ausbauchung, die zu einer Vorwelle wird, gestaucht, so dass sich die Welle 2 mit ihren Wellenflanken 4a, 4b seitlich an die Konturen 21 , 22 der Stauchscheibe 11 und der Matrizenscheibe 12 anlegt. Die Kontur 21 der Stauchscheibe 11 ist konkav geformt, während die Kontur 22 der Matrizen- scheibe 12 konvex geformt ist (was selbstverständlich auch umgekehrt der Fall sein kann). Hieraus ergibt sich dann die konkave Form der Wellenflanke 4a und die konvexe Form der Wellenflanke 4b. At the same time, the bulge, which becomes a pre-wave, is compressed, so that the shaft 2 rests with its shaft flanks 4a, 4b laterally against the contours 21, 22 of the compression disk 11 and the die disk 12. The contour 21 of the upsetting disk 11 is concave in shape, while the contour 22 of the die disk 12 is convex in shape (which of course can also be the case vice versa). This then results in the concave shape of the wave flank 4a and the convex shape of the wave flank 4b.
Nach Öffnen des Umformwerkzeugs wird, wie Figur 2e zeigt, das zylindrische Rohr 17 auf dem Druckrohr 13 axial verschoben, um durch Wiederholung des Prozesses eine zweite Welle einzuformen. Das Verfahren wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Anzahl an Wellen 2 hergestellt ist. Die Figuren 3a bis 3c zeigen eine alternative Verfahrensweise beim Einbringen der C-Wellen 2 in ein zylindrisches Rohr 17: Es werden alle Wellen 2 gleichzei tig mittels hydraulischem Innenhochdruck-Umformen in das zylindrische Rohr 17 eingebracht: After the forming tool has been opened, as shown in FIG. 2e, the cylindrical tube 17 is axially displaced on the pressure tube 13 in order to form a second wave by repeating the process. The process is repeated until the desired number of shafts 2 has been produced. Figures 3a to 3c show an alternative procedure for introducing the C-waves 2 into a cylindrical tube 17: All waves 2 are simultaneously introduced into the cylindrical tube 17 by means of hydraulic internal high-pressure forming:
Zunächst werden, wie Figur 3a zeigt, ein vorderer Druckrohrabschnitt 24 und ein hinterer Druckrohrabschnitt 25 in die beiden Enden des zylindrischen Rohrs 17 eingeschoben, die jeweils mittels O-Ring-Dichtungen 18 das zylindrische Rohr 17 nach außen abdichten. Der hierdurch gebildete Druckraum 26 bleibt aufgrund von Durchgangsbohrungen 14 zugänglich und kann so mit hydraulischem Druck beaufschlagt werden. First, as FIG. 3a shows, a front pressure pipe section 24 and a rear pressure pipe section 25 are pushed into the two ends of the cylindrical pipe 17, which seal the cylindrical pipe 17 to the outside by means of O-ring seals 18. The pressure chamber 26 formed in this way remains accessible due to through bores 14 and can thus be subjected to hydraulic pressure.
In Höhe der beiden O-Ring-Dichtungen 18 werden eine vordere Stauchscheibe 27 mit einer konvexen Kontur 28 und eine hintere Stauchscheibe 29 mit einer konkaven Kontur 30 angesetzt. Zwischen der hinteren Stauchscheibe 29 und der vorderen Stauchscheibe 27 befinden sich in regelmäßigen Abständen meh rere Matrizenscheiben 12, 12‘, 12“, die ebenfalls mit ihren radial innenliegenden Spitzen, welche letztendlich die Innenkrempen 6 der Wellen 2 bilden, an das zy lindrische Rohr angesetzt sind. At the level of the two O-ring seals 18, a front compression disc 27 with a convex contour 28 and a rear compression disc 29 with a concave contour 30 are attached. Between the rear upsetting disk 29 and the front upsetting disk 27 there are several die disks 12, 12', 12" at regular intervals, which are also attached to the cylindrical tube with their radially inner tips, which ultimately form the inner rims 6 of the shafts 2 are.
In Figur 3b ist dargestellt, wie der Druckraum 26 durch Einleiten von Hydraulik flüssigkeit 16 und mit Druck beaufschlagt wird. Hierdurch baucht sich das zy lindrische Rohr 17 radial nach außen aus, wobei die radial inneren Spitzen der Matrizenscheiben 12, 12‘, 12“ ein Ausbauchen an dieser Stelle jeweils verhin- dern. Hierdurch wird die Wandung des zylindrischen Rohrs 17 gleichzeitig je weils in den Zwischenraum 20, 20‘, 20“ zwischen den Matrizenscheiben 12, 12‘, 12“ bzw. Stauchscheiben 27, 28 eingeformt, wobei, wie bei der Einwellenfor mung aus dem Beispiel der Figuren 2a bis 2e, die Zwischenräume 20, 20‘, 20“ sukzessive durch Zusammenfahren der Matrizen-Ringwerkzeuge 12, 12‘, 12“, 27, 29 verkleinert werden. FIG. 3b shows how the pressure chamber 26 is pressurized by introducing hydraulic fluid 16. As a result, the cylindrical tube 17 bulges radially outwards, with the radially inner tips of the die plates 12, 12', 12'' preventing bulging at this point. As a result, the wall of the cylindrical tube 17 is simultaneously formed into the space 20, 20', 20" between the die plates 12, 12', 12" and compression plates 27, 28, whereby, as with the single-wave formation from the example of FIGS. 2a to 2e, the gaps 20, 20', 20'' are successively reduced by moving the matrix ring tools 12, 12', 12'', 27, 29 together.
Die in Figur 3b bereits teilweise ausgebildeten Vorwellen werden, wie Figur 3c zeigt, durch vollständiges Zusammenfahren der Matrizen-Ringwerkzeuge, unter Aufrechterhaltung des hydraulischen Drucks im Druckraum 26, in die Konturen 22, 28, 30 der Matrizen-Ringwerkzeuge eingeformt, wodurch sich die erfin dungsgemäßen C-Welle ergeben. Der Umformprozess ist nun abgeschlossen, und das zum Metallbalg 23 mit ringförmigen Wellen 2 gewordene, ehemals zy- lindrische Rohr 17 kann entnommen werden. The pre-waves that are already partially formed in FIG. 3b are, as FIG. 3c shows, caused by the die ring tools being moved completely together Maintaining the hydraulic pressure in the pressure chamber 26, formed in the contours 22, 28, 30 of the die ring tools, resulting in the inventions to the invention C-wave arise. The forming process is now complete, and the formerly cylindrical tube 17 that has become the metal bellows 23 with annular corrugations 2 can be removed.
Die Figuren 4a und 4b zeigen eine vorteilhafte Nachbehandlung des eigentlich bereits fertig umgeformten Metallbalgs 23 mit C-Wellen 2, wiederum in einer schematischen Schnittdarstellung. FIGS. 4a and 4b show an advantageous post-treatment of the metal bellows 23, which has actually already been completely formed, with C-corrugations 2, again in a schematic sectional view.
Der Metallbalg 23 wird zunächst auf einen Stützzylinder 31 geschoben, um ihn gegen laterale und angulare Bewegungen zu stabilisieren. Sodann wird ein vor derer Stauchring 32 mit konvexer Anlagefläche 33 an einem Ende des Metall balgs an seine vorderste Welle 2 angesetzt. Gleichzeitig wird am anderen Ende des Metallbalgs, an seiner hintersten Welle 2, ein hinterer Stauchring 34 mit ei ner konkaven Anlagefläche 35 angesetzt. Diesen Ausgangszustand zeigt Figur 4a. The metal bellows 23 is first pushed onto a support cylinder 31 in order to stabilize it against lateral and angular movements. Then, in front of which compression ring 32 with a convex contact surface 33 is attached to one end of the metal bellows at its foremost shaft 2. At the same time, a rear compression ring 34 with a concave contact surface 35 is attached to the other end of the metal bellows, at its rearmost shaft 2 . This initial state is shown in FIG. 4a.
Wie in Figur 4b dargestellt ist, werden die beiden Stauchringe 32, 34 zusam- mengefahren und der Metallbalg mitsamt seinen Wellen 2, 2‘, 2“ gestaucht, vor zugsweise bis die Außen- und Innenkrempen 3, 6 auf Kontakt aneinander anlie- gen - bei Bedarf sogar noch darüber hinaus, so dass die Krempen 3, 6 in ihren Radien auf ein gewünschtes Maß verkleinert werden. Der Stützzylinder 31 ver hindert hierbei ein Ausknicken des Metallbalgs. Durch das Stauchen können also die erwünschten Radien der Außenkrempen 3 und der Innenkrempen 6 er zielt werden. Im Ergebnis liegt ein Metallbalg vor, wie er in Figur 1 dargestellt ist. Bezugszeichenliste: As shown in FIG. 4b, the two compression rings 32, 34 are moved together and the metal bellows together with its corrugations 2, 2', 2'' are compressed, preferably until the outer and inner flanges 3, 6 are in contact with one another. if necessary even beyond that, so that the radii of the brims 3, 6 are reduced to a desired level. The support cylinder 31 prevents the metal bellows from buckling. The desired radii of the outer rims 3 and the inner rims 6 can be achieved by upsetting. The result is a metal bellows as shown in FIG. Reference list:
1 rohrförmige Wandung 19 Rohrabschnitt 1 tubular wall 19 section of pipe
2 Welle 20 Zwischenraum 2 shaft 20 space
3 Außenkrempe 21 Kontur (von 11) 4a, 4b Wellenflanken 22 Kontur (von 12) 3 outer brim 21 contour (of 11) 4a, 4b wavy flanks 22 contour (of 12)
5 Welleninnenraum 23 Metallbalg 5 shaft interior 23 metal bellows
6 Innenkrempe 24 Druckrohrabschnitt (vorderer)6 inner flange 24 pressure tube section (front)
7 Achse des Metallbalgs 25 Druckrohrabschnitt (hinterer)7 Bellows Axis 25 Pressure Pipe Section (Rear)
8 radiale Ausdehnung von 4a, 4b 26 Druckraum 8 radial expansion of 4a, 4b 26 pressure chamber
9 radiale Ausdehnung von 3 27 Stauchscheibe (vordere)9 radial expansion of 3 27 compression disc (front)
10 radiale Ausdehnung von 6 28 Kontur (von 27) 10 radial expansion of 6 28 contour (of 27)
11 Stauchscheibe 29 Stauchscheibe (hintere)11 compression disc 29 compression disc (rear)
12 Matrizenscheibe 30 Kontur (von 29) 12 die table 30 contour (of 29)
13 Druckrohr 31 Stützzylinder 13 Pressure pipe 31 Support cylinder
14 Durchgangsbohrung 32 Stauchring (vorderer) 14 Through hole 32 Compression ring (front)
15 Auslassbohrung 33 Anlagefläche (von 32)15 outlet bore 33 contact surface (of 32)
16 Hydraulikflüssigkeit 34 Stauchring (hinterer) 16 hydraulic fluid 34 compression ring (rear)
17 zylindrisches Rohr 35 Anlagefläche (von 34)17 cylindrical tube 35 contact surface (of 34)
18 O-Ring-Dichtung Da Außendurchmesser (von 23) 18 O-Ring Seal Da Outside Diameter (of 23)
Di Innendurchmesser (von 23) Di inner diameter (of 23)

Claims

Ansprüche Expectations
1. Metallbalg, hergestellt aus einem dünnwandigen Rohrabschnitt (19) oder aus mehreren ineinander gefügten dünnwandigen Rohrabschnitten, mit ei ner rohrförmigen Wandung (1), in die eine Anzahl von ringförmigen Wellen (2) eingeformt ist, die jeweils eine in Umfangsrichtung der Wandung (1) verlaufende Außenkrempe (3) und zwei an diese anschließende Wellen flanken (4a, 4b) umfassen, wobei die Wellenflanken (4a, 4b) einer Welle zusammen mit der zugehörigen Außenkrempe (3) einen Welleninnenraum1. Metal bellows, made from a thin-walled pipe section (19) or from several thin-walled pipe sections fitted into one another, with a tubular wall (1) into which a number of annular corrugations (2) are formed, each one extending in the circumferential direction of the wall ( 1) running outer brim (3) and two flanks adjoining this (4a, 4b), wherein the wavy flanks (4a, 4b) of a shaft together with the associated outer brim (3) comprise a shaft interior
(5) umschreiben und die Wellenflanken (4a, 4b) zweier benachbarter Wel len (2, 2‘) jeweils eine in Umfangsrichtung der Wandung (1) verlaufende In nenkrempe (6) zwischen sich einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Teilabschnitt des Metallbalgs (23) jeweils beide Wellenflanken (4a, 4b) jeder Welle (2), in einer die Achse (7) des Metall balgs (23) einschließenden Schnittebene gesehen, zumindest von einem Übergang zur Außenkrempe (3) bis zu einem Übergang zur Innenkrempe(5) circumscribe and the wave flanks (4a, 4b) of two adjacent waves (2, 2') each enclose an inner rim (6) running in the circumferential direction of the wall (1), characterized in that at least in a partial section of the metal bellows (23) both corrugated flanks (4a, 4b) of each corrugation (2), viewed in a sectional plane including the axis (7) of the metal bellows (23), at least from a transition to the outer flange (3) to a transition to the inner flange
(6) mit gleich orientierten Krümmungen versehen sind. (6) are provided with equally oriented curvatures.
2. Metallbalg nach Anspruch 1 , wobei die Wellenflanken (4a, 4b) solcherart gekrümmt sind, dass eine der beiden Wellenflanken (4b) einer Welle (2), in einer die Achse (7) des Metallbalgs einschließenden Schnittebene und in Bezug auf den Welleninnenraum (5), ein im Wesentlichen konvexes und die andere der beiden Wellenflanken (4a) ein im wesentlichen konkaves Profil aufweisen. 2. Metal bellows according to claim 1, wherein the wavy flanks (4a, 4b) are curved in such a way that one of the two wavy flanks (4b) of a shaft (2) is curved in a sectional plane including the axis (7) of the metal bellows and in relation to the shaft interior (5), a substantially convex and the other of the two wave flanks (4a) have a substantially concave profile.
3. Metallbalg nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei im Wesentlichen alle Wellenflanken (4a, 4b) des Metallbalgs (23) mit einer gleich orientierten Krümmung versehen sind. 3. Metal bellows according to one of claims 1 or 2, wherein essentially all corrugated flanks (4a, 4b) of the metal bellows (23) are provided with a curvature oriented in the same way.
4. Metallbalg nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Krüm mungen der Wellenflanken (4a, 4b) einen im Wesentlichen gleichbleiben den Krümmungsradius aufweisen. 4. Metal bellows according to at least one of claims 1 to 3, wherein the curvatures of the wave flanks (4a, 4b) have a substantially constant radius of curvature.
5. Metallbalg nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die radi ale Ausdehnung (8) der Wellenflanken (4a, 4b) zur radialen Ausdehnung (9, 10) der Außenkrempen (3) und/oder der Innenkrempen (6) in einem Verhältnis von mindestens 3: 1 , vorzugsweise von mindestens 4: 1 , und wei- ter bevorzugt von mindestens 5: 1 steht. 5. Metal bellows according to at least one of claims 1 to 4, wherein the radi ale extent (8) of the wave flanks (4a, 4b) to the radial extent (9, 10) of the outer rims (3) and / or the inner rims (6) in one Ratio of at least 3:1, preferably at least 4:1, and more preferably at least 5:1.
6. Metallbalg nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ver hältnis von Balgaußendurchmesser zu Balginnendurchmesser (Da / Di) bei 1 ,3 bis zu 1 ,5 liegt. 6. Metal bellows according to at least one of claims 1 to 5, wherein the ratio of the outer diameter of the bellows to the inner diameter of the bellows (Da/Di) is 1.3 to 1.5.
7. Metallbalg nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wel len (2) durch Umformung der rohrförmigen Wandung (1) entstanden sind. 7. Metal bellows according to at least one of claims 1 to 6, wherein the waves (2) are formed by reshaping the tubular wall (1).
8. Metallbalg nach Anspruch 7, wobei die Wellen (2) durch Umformung eines ein- oder mehrlagigen zylindrischen Rohrs (17) entstanden sind. 8. Metal bellows according to claim 7, wherein the corrugations (2) are formed by forming a single-layer or multi-layer cylindrical tube (17).
9. Metallbalg nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wan dung (1) des Metallbalgs (23) aus austenitischem Edelstahl oder einer Ni ckelbasislegierung besteht. 9. Metal bellows according to at least one of claims 1 to 8, wherein the wall (1) of the metal bellows (23) consists of austenitic stainless steel or a nickel-based alloy.
10. Verfahren zur Herstellung eines Metallbalgs (23), insbesondere nach An spruch 1 , mit einer rohrförmigen Wandung (1) aus mindestens einem Me tallblech, wobei in ein ein- oder mehrlagiges zylindrisches Rohr (17) eine Anzahl von ringförmigen Wellen (2) eingeformt wird, die jeweils eine in Umfangsrichtung der Wandung (1) verlaufende Außenkrempe (3) und zwei an diese anschließende Wellenflanken (4a, 4b) umfassen, und wobei das Einformen jeder Welle (2) durch hydraulisches Innenhoch- druck-Umformen der Wandung (1) rundum in einen Zwischenraum (20) zwi- sehen zwei Matrizen-Ringwerkzeugen (11 , 12, 27, 29) erfolgt, die das zy lindrische Rohr (17) umgeben dadurch gekennzeichnet, dass beide Matrizen-Ringwerkzeuge (11 , 12, 27, 29) zum Einformen einer Welle (2) mit Konturen (21 , 22, 28, 30) versehen sind, an die sich die ein zuformende Welle (2) beim Umformen anlegt, und dass die Kontur (22) eines der beiden Matrizen-Ringwerkzeuge (12) im Wesentlichen konvex und die Kontur (21) des anderen der beiden Matri zen-Ringwerkzeuge (11) im Wesentlichen konkav ausgebildet ist. 10. A method for producing a metal bellows (23), in particular according to claim 1, with a tubular wall (1) made of at least one metal sheet metal, with a number of annular corrugations (2) being inserted into a single-layer or multi-layer cylindrical tube (17). is formed, each of which comprises an outer rim (3) running in the circumferential direction of the wall (1) and two corrugated flanks (4a, 4b) adjoining this, and wherein each corrugation (2) is formed by hydraulic internal high-pressure forming of the wall ( 1) all around in a space (20) between see two die-ring tools (11, 12, 27, 29) that surround the zy-cylindrical tube (17), characterized in that both die-ring tools (11, 12, 27, 29) for molding a shaft (2) with Contours (21, 22, 28, 30) are provided, against which the shaft (2) to be formed rests during forming, and that the contour (22) of one of the two die ring tools (12) is essentially convex and the contour ( 21) of the other of the two Matri zen ring tools (11) is essentially concave.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Wellen (2) einzeln in die rohrför mige Wandung (1) eingeformt werden, indem das zunächst zylindrische Rohr (17) in zwei als Stauchscheibe (11) und Matrizenscheibe (12) ausge bildete Matrizen-Ringwerkzeuge eingeschoben wird, ein Druckrohr (13) zur Beaufschlagung eines von einem zum anderen Matrizen-Ringwerkzeug (11 , 12) reichenden Rohrabschnitts (19) mit hydraulischem Druck in das Rohr (17) eingebracht wird, dann der Rohrabschnitt (19) durch das Druck rohr (13) mit hydraulischem Druck beaufschlagt und hierdurch in den Zwi schenraum (20) zwischen den Matrizen-Ringwerkzeugen (11 , 12) einge formt wird, während die Matrizen-Ringwerkzeuge (11 , 12) mit zunehmender Umformung des Rohrabschnitts (19) zueinander hin bewegt werden, bis die Wandung (1) des Rohrabschnitts (19) an den Konturen (21 , 22) der Matri zen-Ringwerkzeuge (11 , 12) anliegt und zur Welle (2) umgeformt ist. 11. The method according to claim 10, wherein the waves (2) are formed individually in the rohrför-shaped wall (1) by the initially cylindrical tube (17) in two as a compression disc (11) and die disc (12) formed die-ring tools is pushed in, a pressure tube (13) is introduced into the tube (17) to apply hydraulic pressure to a tube section (19) reaching from one die ring tool to the other die ring tool (11, 12), then the tube section (19) is inserted through the pressure tube (13) is subjected to hydraulic pressure and is thereby formed into the intermediate space (20) between the die ring tools (11, 12), while the die ring tools (11, 12) move toward one another with increasing deformation of the pipe section (19). be moved until the wall (1) of the pipe section (19) on the contours (21, 22) of the Matri zen ring tools (11, 12) and is formed into the shaft (2).
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei mehrere, vorzugsweise alle Wellen (2, 2‘, 2“) gleichzeitig in die rohrförmige Wandung (1) eingeformt werden, in dem das zunächst zylindrische Rohr (17) in eine Matrize mit einer Anzahl von Matrizen-Ringwerkzeugen (12, 27, 29) eingeschoben wird, von denen zwei als vordere (27) und hintere Stauchscheibe (29) und der Rest als Mat rizenscheiben (12, 12‘, 12“) ausgebildet sind, in Höhe der vorderen Stauchscheibe (27) ein vorderer Druckrohrabschnitt (24) und in Höhe der hinteren Stauchscheibe (29) ein hinterer Druckrohrabschnitt (25) in das Rohr (17) eingebracht wird, um einen zwischen den beiden Druckrohrab schnitten (24, 25) befindlichen Rohrabschnitt (19) mit hydraulischem Druck zu beaufschlagen, dann der Rohrabschnitt (19) mit hydraulischem Druck beaufschlagt und hierdurch in die Zwischenräume (20, 20‘, 20“) zwischen ioo den Matrizen-Ringwerkzeugen (12, 27, 29) eingeformt wird, während die12. The method according to claim 10, wherein several, preferably all waves (2, 2 ', 2 ") are simultaneously formed in the tubular wall (1), in which the initially cylindrical tube (17) in a matrix with a number of matrices -Ring tools (12, 27, 29) are inserted, two of which are designed as front (27) and rear compression discs (29) and the rest as die discs (12, 12', 12"), level with the front compression disc ( 27) a front pressure pipe section (24) and at the height of the rear compression disc (29) a rear pressure pipe section (25) into the Pipe (17) is introduced in order to apply hydraulic pressure to a pipe section (19) located between the two pressure pipe sections (24, 25), then the pipe section (19) is subjected to hydraulic pressure and thereby into the intermediate spaces (20, 20' , 20") is formed between ioo the die ring tools (12, 27, 29) while the
Matrizen-Ringwerkzeuge mit zunehmender Umformung des Rohrabschnitts (19) zueinander hin bewegt werden, bis die Wandung (1) des Rohrab schnitts (19) an den Konturen (22, 28, 30) der Matrizen-Ringwerkzeuge (12, 27, 29) anliegt und zu einem Metallbalg (23) mit mehreren Wellen (2, 105 2‘, 2“) umgeformt ist. Matrices ring tools are moved towards each other with increasing deformation of the pipe section (19) until the wall (1) of Rohrab section (19) on the contours (22, 28, 30) of the matrices ring tools (12, 27, 29). and is formed into a metal bellows (23) with a plurality of corrugations (2, 105 2', 2").
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Metallbalg (23) nach dem Einformen aller Wellen (2, 2‘, 2“) und Entfernen der Matrizen- Ringwerkzeuge (12, 27, 29) gestaucht wird, vorzugsweise bis die Wellen- iio flanken (4a, 4b) auf Block liegen. 13. The method according to any one of claims 10 to 12, wherein the metal bellows (23) after the molding of all shafts (2, 2 ', 2 ") and removal of the matrix ring tools (12, 27, 29) is upset, preferably to the Shaft iio flanks (4a, 4b) are on block.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Metallbalg (23) beim Stauchen durch einen in seinen Innenraum eingebrachten Stützzylinder (31) abge stützt wird. 14. The method according to claim 13, wherein the metal bellows (23) is supported during upsetting by a support cylinder (31) introduced into its interior.
115 115
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei das Stauchen des Metallbalgs (23) durch ein Stauchwerkzeug erfolgt, das im Wesentlichen aus einem vorderen Stauchring (32) und einem hinteren Stauchring (34) besteht, welche vor die vorderste und hinter die hinterste Welle (2) des15. The method according to any one of claims 13 or 14, wherein the upsetting of the metal bellows (23) is carried out by an upsetting tool which essentially consists of a front upsetting ring (32) and a rear upsetting ring (34), which are in front of the foremost and behind the rear shaft (2) of
120 Metallbalgs (23) gesetzt und zueinander hin bewegt werden, wobei einer der beiden Stauchringe (32) eine konvexe (33) und der andere der beiden Stauchringe (34) eine konkave Anlagefläche (35) für die Wellen (2) des Metallbalgs (23) aufweisen. 120 metal bellows (23) are placed and moved towards one another, with one of the two compression rings (32) having a convex (33) and the other of the two compression rings (34) having a concave contact surface (35) for the corrugations (2) of the metal bellows (23 ) exhibit.
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