Metallbalg - Metal bellows

Metallbälge sind elastische Gefäße, die komprimiert werden können, wenn Druck auf die Außenseite des Gefäßes ausgeübt wird, oder unter Vakuum ausgefahren werden können. Wenn der Druck oder das Vakuum abgelassen wird, kehrt der Balg in seine ursprüngliche Form zurück, vorausgesetzt, das Material wurde nicht über seine Streckgrenze hinaus belastet. Sie werden sowohl wegen ihrer Fähigkeit, sich unter Druck zu verformen, als auch wegen ihrer hermetischen Abdichtung , die Bewegung ermöglicht, verwendet.

Die Präzisionsbalgtechnologie des 20. und 21. Jahrhunderts konzentriert sich auf Metallbälge. Weniger anspruchsvolle Anwendungen verwenden Gummi- und Kunststoffbälge. Diese Produkte haben wenig Ähnlichkeit mit dem originalen Lederbalg, der traditionell in Kaminen und Schmieden verwendet wird .

Typen

Es gibt drei Haupttypen von Metallbälgen: geformt, geschweißt und galvanisch geformt.

Geformte Bälge werden durch Nacharbeiten von Rohren hergestellt, die normalerweise durch Tiefziehen hergestellt werden , mit einer Vielzahl von Prozessen, einschließlich Kaltumformen (Walzen) und Hydroformen . Sie werden auch gewundene Bälge oder Sylphen genannt .

Geschweißte Balgen (auch genannt kantengeschweißt oder Membran Balgs) sind , hergestellt durch Verschweißen einer Anzahl von individuell geformten Membranen zueinander. Der Vergleich zwischen den beiden Balgtypen konzentriert sich im Allgemeinen auf Kosten und Leistung. Hydrogeformte Bälge haben im Allgemeinen hohe Werkzeugkosten , können jedoch bei Massenproduktion einen niedrigeren Stückpreis haben. Hydrogeformte Bälge weisen jedoch aufgrund relativ dicker Wände und hoher Steifheit geringere Leistungseigenschaften auf. Geschweißte Metallbälge werden mit geringeren anfänglichen Werkzeugkosten hergestellt und behalten höhere Leistungseigenschaften bei. Der Nachteil von geschweißten Bälgen ist die verringerte Metallfestigkeit an Schweißverbindungen, die durch die hohe Schweißtemperatur verursacht wird.

Elektrogeformte Bälge werden hergestellt, indem eine Metallschicht auf ein Modell (Dorn) plattiert (galvanisch geformt ) und anschließend der Dorn entfernt wird. Sie können mit geringen Werkzeugkosten und mit dünnen Wänden (25 Mikrometer oder weniger) hergestellt werden, wodurch solche Bälge in vielen anspruchsvollen Anwendungen mit hoher Empfindlichkeit und Präzision versehen werden, und sie können auch in Formen hergestellt werden, die mit anderen Mitteln außerordentlich schwierig herzustellen wären wenig zusätzliche Schwierigkeit.

Ein weiterer Vergleichsbereich sind Baumetalle. Hydrogeformte und gewalzte Bälge sind auf Metalle mit hohen plastischen Dehnungseigenschaften beschränkt, während geschweißte Bälge aus einer größeren Vielfalt von Standard- und exotischen Legierungen wie Edelstahl und Titan sowie anderen hochfesten, korrosionsbeständigen Materialien hergestellt werden können. Elektrogeformte Bälge können aus Nickel , seinen hochfesten Legierungen und Kupfer hergestellt werden .

Anwendungen

Metallbälge werden in einer Vielzahl industrieller Anwendungen eingesetzt. Nachfolgend finden Sie einige;

• Wägezellen ; Eine Wägezelle verformt sich, wenn eine bestimmte Last in Form eines Drucks oder einer Belastung auf sie ausgeübt wird. Diese Verformung wird dann von einem detektierten Dehnmessstreifen , durch die ein Niederspannungsgleichstrom fließt. Die Spannungsänderung wird erkannt und auf einem Bedienfeld sichtbar gemacht . Über dem Messgerät ist ein Balg angebracht, um es vor äußeren Einflüssen zu schützen.
• Vakuumunterbrecher; Zum Schalten sehr hoher Spannungen in Transformatorstationen muss während des Betriebs ein Hochvakuum oder ein dielektrisches Hochdruckgas um die Kontakte herum aufrechterhalten werden, um die Lichtbogenbildung zu verringern, die die Kontakte beschädigen und ein sicheres Unterbrechen des Stromkreises verhindern könnte. Hier ermöglichen die Bälge das Ein- und Ausfahren der Kontakte unter Beibehaltung einer zuverlässigen gasdichten Abdichtung.
• Gleitringdichtungen ; Diese werden meistens verwendet, um das Innere einer Pumpe von außen zu schließen, um Leckagen zu vermeiden . Zu diesem Zweck ist eine Gleitringdichtung an der Pumpenwelle angebracht. Während sich die Pumpenwelle dreht, muss ein Dichtungselement vorhanden sein, das aus einem stationären und einem rotierenden Ring besteht. Um einen ausreichenden Druck auf die beiden Ringe auszuüben, ist einer mit einer Feder ausgestattet. Der Balg ermöglicht die freie Bewegung der Feder ohne Leckage. Der Balg kann so konstruiert sein, dass er auch als Feder fungiert.
• Manometer: Wenn der Druck von aggressiven Flüssigkeiten oder Gasen gemessen werden muss, muss das Manometer vom Durchfluss isoliert werden. Für kritische Anwendungen wird anstelle eines Bourdonrohrs im Messgerät eine Membrandichtung verwendet . Dies bietet mehr Sicherheit, als aggressive Medien nicht auslaufen. Die Membran ist ein in sich geschlossener Sensor, der die Verschiebung an das Messgerät überträgt.
• Sensoren: Bei dieser Anwendung werden Membranen oder gewundene Bälge vollständig abgedichtet und mit einem bestimmten Gas gefüllt. Zwei Strommasten dringen in die Innenseite des Balgs ein. Durch Variation des Stroms dieser beiden Pole kann die Temperatur im Balg reguliert werden. Das Ausdehnen oder Zusammenziehen des Balgs wird als Aktuator verwendet , um eine bestimmte Bewegung zu steuern.
• Ventildichtung: Zwischen dem Gehäuse und dem Ventilschaft wird ein Balg verwendet, um das Innere vollständig von der Außenwelt abzudichten. In Europa ist dies von besonderer Bedeutung, da Vorschriften wie TA Luft Leckagen verbieten.
• Kupplungen für Schrittmotoren und Servomotoren : Das flexible Teil, das eine Fehlausrichtung ausgleichen kann, wird durch einen Balg hergestellt. Es stellt sicher, dass zwischen den beiden Kupplungshälften kein Winkelpositionierungsunterschied besteht. Dies ist wichtig, wenn die Positioniergenauigkeit äußerst genau sein soll.
• Auspuffbalg: Laufende Motoren verursachen Selbstvibrationen. Um diese Bewegungen und Temperaturunterschiede auszugleichen, die zu einer Wärmeausdehnung führen, werden die Abgasrohre mit einem Balg an den Trichter angeschlossen.
• Kochende Dehnungsfuge : In dieser Anwendung wird ein kurzer Abschnitt der Faltenbalg zwischen Rohren verbunden thermische Bewegung und Vibration, die typisch in Hochvakuum-, Hochtemperatur-, kryogenen oder hochreinen Systemen und werksseitig geschlossenen Systemen zu absorbieren , die nicht erlauben , müssen Gasleckagen in oder aus dem Innenraum für eine lange Lebensdauer.
• Metallbalg werden auch in anderen Produkten und Marktsegmenten, einschließlich der verwendeten medizinischen Anwendungen wie implantierbare Medikamentenpumpen, zur industriellen Antrieben zu Luft- und Raumfahrtanwendungen , wie beispielsweise Höhensensoren und Fluidmanagementgeräten (Akkumulatoren, Überspannungsableiter, Volumen Kompensatoren und Flüssigkeitsspeicherung). Metallbälge finden sich auch in Weltraumanwendungen und versorgen Reservoirs mit Trinkwasser sowie Akkumulatoren zum Sammeln von Abwasser.

Herstellung

Geschweißte Bälge können aus einer Vielzahl exotischer Metalle und Legierungen hergestellt werden, während geformte Bälge auf Legierungen mit guter Dehnung beschränkt sind - Messing als Paradebeispiel. Geschweißte Bälge werden wegen ihrer grundsätzlich schlechten Schweißbarkeit nicht aus Messing hergestellt. Weitere Vorteile von geschweißten Bälgen sind die Kompaktheit (höhere Leistung in einem kleineren Gehäuse), die Fähigkeit, ohne Beschädigung auf eine feste Höhe komprimiert zu werden, die Beständigkeit gegen Kerben und Beulen und eine dramatisch größere Flexibilität.

Das Schweißen von Metallbälgen ist ein mikroskopischer Schweißprozess, der typischerweise unter Laborbedingungen bei hoher Vergrößerung durchgeführt wird.

Hydrogeformter Balg wird hergestellt, indem ein Metallrohr gezwungen wird, sich unter hydraulischem Druck in einer balgförmigen Form auszudehnen und die gewundene Form der Form anzunehmen.

Elektrogeformte Bälge werden hergestellt, indem Metall auf ein balgförmiges Modell (Dorn) plattiert und anschließend der Dorn auf chemischem oder physikalischem Wege entfernt wird. Aufgrund der geringen Werkzeugkosten und des kurzen Herstellungszyklus ist das Galvanoformen von Bälgen nicht nur eine kostengünstige Herstellungsmethode, sondern auch ein perfektes Prototyping-Werkzeug.

Durchbiegungen

Es gibt eine Vielzahl von Dehnungsfugen, und nicht jede kann die gleichen Arten der Durchbiegung akzeptieren. Die verschiedenen Arten von Auslenkungen sind axial, lateral, eckig, torsional, zyklisch oder jede Kombination, die gleichzeitig auftreten kann.

Verweise