DE8535660U1 - Biegbarer Hochdruck-Metall-Ringwellschlauch - Google Patents

Description

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M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NORNBeRG Aktiengesel1 schaft gii/sd

Hoch druck-Me tan -KingweM schlauch

Die Erfindung betrifft einen biegbaren Hochdruck-Metall -Ringwel1schlauch aus einem dünnwandigen, quergewellten Rohr mit einer Metal 1 verstärkung und endseitigen Änschlußstücken, wobei die Metal 1 verstärkung aus mindestens zwei hochfesten Drähten oder Stäben besteht, die die aus dem höheren Innnendruck resultierende axiale Belastung tragen und achsparallel außerhalb des äußeren Wellschlauchdurchmessers angeordnet sind, sowie mit Stützringen in Verbindung stehen, die den Ringwel1 schlauch radial stützen, und wobei zumindest teil der Stützringe aus Ringhälften besteht.

Für bewegliche Rohrleitungsabschnitte finden Metall-Ringwellschläuche bzw. Kondensatoren weitverbreitet Anwendung. Ihre Flexibilität beruht auf einer Vielzahl im Rohrkörper angeordneter Querwellen, die, membranähnlich oder balgähnlich, hohe elastische Dehnungen in axialer Richtung zulassen und dadurch gut biegbar sind. Da die Wanddicke eines ringgewellten Metal 1schlauches in etwa mit der dritten Potenz in die Steifigkeit eingeht, wird sie der angestrebten Flexibilität wegen so klein wie möglich

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&iacgr; gehalten. Derart biegeweiche WeI 1 schl ä'uche sind jedoch durch ihre damit einhergehende niedrige AXiälst eifigkeit nui* mit kleinen innendrücken belastbar» Zu hohe Axialdehnungen bei geforderter Flexibilität durch axiale Fixierung der Schlauchenden zu unterbinden, fuhrt abhängig vom Innendruck und Länge des Schlauches rasch zur Instabilität. Der Schlauch knickt aus.

Den vorstehenden Mangel, die Gegenläufigkeit von DruckjQ beiastbarkeit und Flexibilität zu umgehen, wird die Mehrzahl der in der Technik zur Anwendung kommenden Wellschläuche mit einem Stahlgeflecht überzogen. Axiale Dehnungen unter Innendruck bleiben hierbei durch die in Kreuzlagen wendelförmig den Wellschlauch umschlingenden jg und an den Schlauchenden befestigten Stahldrähte begrenzt. Der Effekt dieser Axial wegbegrenzung beruht darauf, daß eine Längung von Wellschlauch und Stahlgeflechtshül1e den Durchmesser des Geflechts bis zum kraftschlüssigen Verband zwischen Stahldrahthül1e und WeI1schlauch-Außendurchmesser 2Q Verkleinert und als Folge dieser radialen Begrenzung auch eine weitere Längung des WeI1schlauches verhindert. Der den Wellschlauch radial zusammenpressende Stahldrahtmantel beviirkt zusätzlich die notwendige Abstützung gegenüber dem Ausknicken und der axialen überdehnung.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die den balgähnlichen Wellschlauch bei hohem Innendruck straff umspannende Stahlgef1echtshül1e Biegungen des WeI1schlauches erheblich beeinträchtigt. Während nämlich die kreuzweisen

g,Q ..Lagen des Stahl gef 1 echts den geraden Schlauch mit gleichbleibenden Steigungswinkeln umschlingen, liegen sie beim gekrümmtem Schlauch auf der Zugseite steiler und auf der Druckseite entsprechend flacher. Die am Umfang relativ gleichmäßige Zugbelastung und radiale Pressung der Stahl-

gg drahthülle beim geraden Wellschlauch wird beim Biegen

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^ gleichermaßen auf der Zug- und Druckseite stark ändert. Die mit dem Innendruck ansteigende radiale Verspannung zwischen Stahldrahthülle und dem äußeren Durchmesser der Ringwellen verhindert eine freie Bewegung

5 der Ringwellen beim Biegen. Außerdem grabt sich das meist härtere Stahlgeflecht in den Wellschlauch ein und bewirkt bei Biegewechsel abfasiven Verschleiß, wenn die Anpressung zu hoch ist. Dieses und die ungleichmäßige Verformung zwischen dem balgähnlichen Metallrohr und der ₁₀ Stähldrahthüne führen oft zu einer merklich eingeschränkten Lebensdauer des Schlauches.

Aus der US-PS 2,707,117 ist ein Ringwel1schlauch der gattungsgemäßen Art bekannt, bei dem die Ringhälften je I je paarweise um jeweils ein Wellenteil umgelegt und mitein- f ander zu einem Stützring festgeschraubt sind. Eine der-

1 artige Ausführung mit massiven Ringen bietet zwar eine

I zuverlässige Stütze, die ein Ausknicken des Schlauches

I mit Sicherheit verhindert, sie ist jedoch fertigungs-

I __n technisch sehr kompliziert und schränkt den möglichen \ Biegeradius stark ein*

'. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ring-

I wellschlauch der eingangs genannten Art zu schaffen,

\ __ der unter Beibehaltung der Stabilität fertigungstechnisch

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i einfach herstellbar ist.

1 Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch

\ gekennzeichneten Merkmale gelöst.

f Hierdurch ist eine sehr einfach herstellbare und montier-

I bare Stütze geschaffen, bei der in einem Arbeitsgang

I die Ringhälften mit Bohrungen hergestellt, anschließend

1 paarweise um den Wellschlauch gelegt werden. Nach dem

I Durchziehen der Stäbe durch die Bohrungen der Ringhälften

f; werden diese fn ihrer Portion gehalten. Gewinde, Schrauben

I und dergleichen entfallen hier.

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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Ringhälften aus dünnen, ebenen Blechen, die eine Dicke |

zwischen 0,1 bis 0,5 mm haben, vorzugsweise 0,3 mm.

Mit einer derartigen Ausführung wird die hohe Flexibilität des nicht umhüllten Wellrohres voll erhalten. Die Stützringe verhindern trotz ihrer geringen Dicke ein Ausknicken des Wellrohres unter Innendruck. Es konnte nämlich festgestellt werden, daß die Biegemomente bei einem Wellschlauch gemäß der Erfindung bei 15 bar Innendruck und maximal zulässigem Biegewinkel weniger als 1/6 des bekannten mit Stahlgeflecht überzogenen WeI1schlauches betrugen. Bei einem vergleichenden Biegewechsel test bei einer Temperatur von 300*C und einem Innendruck von 10 bar wurde ferner festgestellt, daß die mit der erfindungsgemäßen Ausführung erreichten Biegewechsel im Mittel um einen Faktor von ca. 9 höher lagen als bei WeI1schläuchen mit einem Stahl geflecht.

Bei Wellschläuchen mit bekannten Stahlgeflechten ging bei Biegewechsel1ast die ursprünglich gleiche Distanz zwischen den Wellen verloren, während der Wellenabstand des erfindungsgemäßen Schlauches bis zum Versagen des Schlauches unverändert blieb.

Je nach Bedarf können die Stützringe jede einzelne Welle stützen oder in größeren Abständen angeordnet sein, wobei sie entweder den Wellenschlauch am Außendurchmesser oder in vereinfachter Form in den Weilen- tälern abstützen.

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-&dgr;-Beim Biegen von Well sch!äuchen beteiligen sich die Wellen mit unterschiedlichen Anteilen am Biegevorgang. Damit wird die Belastung ungleichmäßg verteilt und ein höherer Verschleiß an den stärker an der Biegung beteiligten Wellen wird die Gesamtlebensdauer des Schlauches reduzierend beeinträchtigen. Dem kann abgeholfen werden, indem gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Stützringe an den Zug- und Druckseiten der Biegung mit Distanzhaltern versehen sind, die groß genug sind, um unterschiedliche Durchbiegungen zu verhindern, aber auch klein genug sind, um die notwendige Durchbiegbarkeit nicht zu beeinträchtigen.

Die Distanzhalter begrenzen den Biegewinkel der einzelnen Wellen, so daß eine Oberspannung von Wellen nicht mehr vorkommt. Damit wird die zulässige Gesamtkrümmung des Schlauches auch hinsichtlich der Lebensdauer bei Biegebelastung nicht mehr von einer einzigen, den maximalen Biegewinkel zuerst erreichenden Welle, sondern von allen Wellen gleichmäßig bestimmt.

Für Anwendungen, bei denen nur eine Biegeebene erforderlich ist, besteht eine einfache Ausgestaltung darin, daß j zwei Stäbe vorgesehen werden, die achsparallel um 180°C versetzt angeordnet sind und mit ihren Enden die beiden Anschlußstücke des Wellenschlauches axial fest verbinden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sirtd um die Wellentäler angeordnete Ringhälftenpaare sowie

3Q geschlossene oder aus Ringteilen bestehende Ringe vorgesehen, die die Außenwellen des WeI1schlauches mit Spiel umgeben. Alternierend wechseln sich mehrere Ringhälftenpaare mit einem Außenring ab. An den Außenringen Sind jeweils die Enden von axialen Stäben befestigt. Die Stäbe erstrecken sich jeweils nur zwischen zwei benachbarten äußeren Ringen und sind am Schlauchumfang miteinander versetzt angeordnet*

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Diese Ausführung ist für alle Anwendungen geeignet, indem die abschnittsweise axiale Stütze Biegungen des Wellschlauches in sämtliche Richtungen erlaubt. Die axiale Stütze ergibt sich durch die Verbindung über Stäbe und Zwischenringe des einen Anschlußstückes des WeII sch!auches mit dem anderen Anschlußstück. Durch die im Umfang versetzte Anordnung der StäbL lassen sich die durch die Außenringe bestimmten WeIIschlauchfaereiehe in unterschiedlichen Ebenen durchbiegen. Bei einer Biegung ist ¹^ demnach jeweils mindestens ein Bereich beteiligt.

Die den Wellschlauch in Biegebereiche trennendenAußenringe stellen jedoch keine Barriere für den Biegevorgang dar, nachdem dieser Ring den Wellschlauch mit Spiel umgibt. Unterhalb dieser Ringe kann sich die elastische Verformung ungestört axial fortsetzen.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. 20

Fig. 1 zeigt einen ungestützten, flexiblen Metallschlauch, bestehend aus im wesentlichen einem hochflexiblen _} balgähnlichen Wellrohr 10 aus Stahl oder einem anderen Metall, dessen Wandstärke sich nach dem einzubringenden Druck und der angestrebten Biegbarkeit richtet. An den Enden des Wellrohres 10 ist jeweils ein Anschlußstück vorgesehen, mit dem das Wellrohr 10 an eine Druckleitung oder Druckeinrichtung anschließbar ist.

Fig. 2 zeigt dan Wellschlauch aus Fig. 1, bei dem zur Aufnahme von axialen Belastungen die beiden Anschlußstücke mit zwei gegenüberliegenden Stäben 21 fest verbunden sind. Die Stäbe 21 können Einzeldrähte, Mehrfachdrähte oder Bänder sein. Zur Abstützung der RingweHen 11 gegen radiale Ausdehnung oder Ausknicken unter einem Innendruck sind

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-7-Stützringe 15 vorgesehen, die jeweils in einem Wellental des Wellrohres 10 angeordnet sind.

Fig. 3 zeigt einen Stützring 15 in Draufsicht. Die Stützringe 15, die einen runden, poligonalen oder länglichen Querschnitt haben können, bestehen aus zwei Ringhälften 17 und 18,· deren Enden 19 mit jeweils einer Bohrung 20 versehen sind. Die Ringhälften 17, 18 werden paarweise um je ein Wellental 16 gelegt und auf die Stäbe 21 aufgereiht.

Fig. 4 zeigt eine Ringhälfte. Die Stützringe 15 können als drahtähnliche oder flache Ringe hergestellt werden. Anstelle in den Wellentälern 16 angeordnet zu sein, können die Stützringe auch am Außendurchmesser anliegen. Eine einfache Ausführung besteht aus dünnen Blechen, diese sind einfach herzustellen. Eine Ringhälfte 17, 18 kann samt den Bohrungen 20 in einem Arbeitsgang gestanzt werden.

20

Um bei hohen Biegewinkeln das Oberdehnen von einzelnen, die Krümmung übernehmende Wellen zu verhindern, können die Stützringe 26 (Fig. 5) jeweils in ihrem freien Bereich, d.h. an den Zug- und Druckseiten 28 bzw. des WeI1 Schlauches 10 mit Distanzhaltern 27 versehen sein. Die Distanzhalter 27 sorgen dafür, daß sich alle Wellen gleichmäßig an der Gesamtkrümmung des Schlauches in Höhe des maximal zulässigen Biegewinkels beteiligen. Die Distanzstücke 27 können direkt aus den Blech-Ring-

_on hälften herausgeförmt sein, wa^ im Stanz-Arbeitsgang

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eingeschlossen werden kann. Die Di stanzstücke 27 sind relativ kurz ausgelegt, um den geforderten Biegeradius nicht zu beeinträchtigen.

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-&dgr;&igr; In dem in Fig. i bis 5 dargestellten ersten AusfUhrungsbeispiel sind zwei diametral angeordnete und mit den beiden Anschlußstlicken 12 verbundene Stäbe 21 vorgesehen. Diese Ausführung läßt nur eine Biegung in einer Ebene 30 zu _s die senkrecht zur der Ebene 31 verläuft, die durch die beiden Stäbe 21 führt.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Wellschlauch 40 in allen Richtungen biegbar ist.

Bei dieser Ausführung sind die Stützringe 15 nur bereichsweise vorgesehen. In Fig. 6 sind vier derartige Bereiche 41 bis 44 dargestellt. An den Grenzstellen zwischen zwei benachbarten Bereichen 41 bis 44 ist jeweils ein Außenring 45 vorgesehen, der zur Halterung von in diesem Fall

15. mehreren kürzeren Stäben 46 bis 4§ und zur übertragung der Axialkräfte von einem Stab zum anderen dient.

Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch den Bereich 44 aus Fig. 6. Der Schnitt führt beispielsweise durch eine Außen welle 11. Um die Außenwelle 11 ist der Außenring 45 derart angeordnet, daß zwischen dem Außenumfang der Außenwelle und dem inneren Umfang des Außenringes 45 ein Spalt d verbleibt. Der Spalt d kann wenige zehntel Millimeter betragen. An der in Fig. 7 sichtbaren Seite des Außen ringes 45 sind die beiden Stäbe 49 des Bereiches 44 am Außenring 45 befestigt. Sie sind sich gegenüberliegend angeordnet. 90* dazu sind an der Rückseite des Außenringes 45 die Stäbe 48 für den Nachbarbereich 43 angeschlossen. Die Verbindung zwischen Stab und Außenring 45 kann eine einfache Lötverbindung sein. Von einem Bereich 41 bis 44 zum Nachbarbereich sind die Stäbe jeweils um 90* versetzt. Hierdurch wird erreicht, daß für jede Biegung des Well Schlauches 40 zumindest ein Teil der Bereiche 41 bis 44 der Biegung folgen kann, nachdem keine

Hantellinie des WeI1 Schlauches 40 vollständig einem

einzigen Stab gegenüberliegt. I

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In der in Fig. 6 dargestellten Stellung liegen die Stabpaare 46 und 48 in der Papierebene. Einer Biegung in dieser Ebene können folglich die mit diesen Stäbepaaren 46 bzw. 48 bestücken Bereiche 41 bzw. 42 nicht folgen. Dafür lassen sich die Zwischenbereiche 42 und 44 entsprechend biegen, wobei die in einer senkrecht zur Biegeebene verlaufende Ebene liegenden Stäbepaare 47 bzw. 49 nicht auf Zug, sondern lediglich auf Biegung beansprucht werden. Aufgrund des Spaltes d kann die Verformung in den Grenzstellen innerhalb der Außenringe 47 ungehindert konti nuierlich in den nicht verformten Bereich übergehen, wie es an der Grenzstelle zwischen den Bereichen 41 und 42 dargestellt ist.

Eine gleiche Situation erfolgt bei einer Biegung senkrecht zur Ebene des Zeichnungspapieres. In allen anderen Richtungen sind mehr oder weniger alle Bereiche 41 und 44 mitbeteiligt, zumal in diesen Fällen sich keine Stäbe in der Biegeebene befinden.

Die Reihenfolge bzw. der Abstand von jeweiligen Außenringen 45 wird sich nach dem jeweiligen Anwendungsgebiet richten. In den einem Außenring 45 benachbarten Wellentälern 10 werden keine Stützringe 15 angeordnet, damit der Außenring 45 bei Biegungen über benachbarte Wellentälerbereiche streifen kann.

Derartige Schläuche werden als Wellschläuche fürinnendruckbejastete Rohre sowie als Lateral- und Angular-Kompensatoren verwendet.

Die Beweglichkeit des Wellschlauches kann erhöht werden, indem die Bohrungen der Ringhälften 20 als Langlöcher I

ausgebildet werden, die radial gerichtet sind. f

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   1 M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft gü/sd

   ansprüche 10

   I 15 1. Hochdruck-Metall-Ringwel1 schlauch aus einem jj dünnwandigen, quergewellten Rohr mit einer

   i Metal 1 verstärkung und endseitigen Anschlußstücken,

   I wobei die Metal 1 verstärkung aus mindestens zwei

   &igr; hochfesten Drähten oder Stäben besteht, die die

   I 20 aus dem höheren Innendruck resultierende axiale j Belastung tragen und achsparallel außerhalb des

   ! äußeren WeI1schlauchdurchmessers angeordnet sind,

   \ sowie mit Stützringen in Verbindung stehen, die den

   j Ringwel1 schlauch radial stützen, und wobei zumindest

   ji 25 teil der Stützringe aus Ringhälften besteht, da- \ durch gekennzeichnet, daß die Ringhälften (17, 18)

   I an ihren Enden fluchtende Bohrungen (20) aufweisen,

   j durch die die Stäbe (21, 46 bis 49) die Ringhälften

   I paarweise haltend durchgezogen sind.

   \ 30

   j 2. Wellschlauch nach Anspruch 1, dadurch ge-

   i kennzeichnet, daß die Ringhälften aus dünnen,

   ebenen Blechen (17, 18) bestehen. 35

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   3. Wellschlauch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) der Ringhälften (17, 18) zwischen O₅I und 1 mm, vorzugsweise unter 0,5 mm beträgt.

   4. Wellschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche_s dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stäbe (21) vorgesehen sind, die um 180*C versetzt angeordnet sind und mit ihren Enden die beiden Anschlußstücke (12) des WeI1schlauches (10) axial fest verbinden.

   5. Wellschlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen Außenringe (45) vorgesehen sind, die die äußeren Ringwellen (11) des Well Schlauches umgeben, und an denen jeweils Enden von Stäben (46 bis 49) befestigt sind.

   6. Wellschlauch nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Stäben (46 bis 49) vorgesehen sind, die jeweils an zwei benachbarten Außenringen (45) befestigt sind.

   7. Wellschlauch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (46 bis 49) zwischen verschiedenen Ringpaaren (45) im Umfang des Wellschlauches (40) versetzt angeordnet sind.

   8. Wellschlauch nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (46 biJ 49) zwischen verschiedenen Ringpaaren (45) jeweils um 90* versetzt sind.

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   10. Wellschlauch nach einem der Vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (20) der Rirtghä'lften (17, 18) als radial gerichtete Langlöcher ausgebildet sind*

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   9* Wellschlauch nach Anspruch 5, dadurch gekernt zeichriet, daß die Außenringe (45) die äußeren Ringwellen (11) mit Spiel (d) umgeben.

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