Metallschlauch - Metal hose

Metallschläuche mit verschiedenen Anschlüssen

Ein Metallschlauch ist ein flexibles Leitungselement aus Metall. Es gibt zwei Grundtypen von Metallschläuchen, die sich in ihrer Ausführung und Anwendung unterscheiden: Wickelschläuche und Wellschläuche.

Wickelschläuche haben eine hohe mechanische Festigkeit (zB Zug- und Reißfestigkeit). Wellschläuche halten hohen Drücken stand und bieten aufgrund ihres Materials höchste Dichtigkeit. Auch unter extremsten Bedingungen, wie in aggressivem Meerwasser oder bei extremen Temperaturen wie im Weltraum oder beim Transport von gekühltem Flüssiggas, zeigen Wellschläuche Korrosionsbeständigkeit und Druckdichtigkeit . Sie eignen sich besonders gut zum Fördern von heißen und kalten Stoffen.

Mit einer Geschichte von mehr als 100 Jahren, Metallschläuche haben zu anderen flexiblen Leitungselementen gegeben, einschließlich Metall Dehnfugen , Metall Balgs und halbflexiblen und flexiblen Metallrohre. Allein in Deutschland gibt es rund 3500 Patente zu Metallschläuchen.

Die Ursprünge

Der erste Metallschlauch war technisch gesehen ein Wickelschlauch. Es wurde 1885 von dem Pforzheimer Schmuckfabrikanten Heinrich Witzenmann (1829–1906) zusammen mit dem französischen Ingenieur Eugène Levavassèur erfunden . Der Schlauch war der Gänsehalskette nachempfunden, einem Schmuckstück, das aus ineinander verschlungenen Metallstreifen bestand. Die ursprüngliche Konstruktion des Schlauches basierte auf einem spiralförmig gewickelten Metallband mit S-förmigem Profil. Das Profil verzahnt sich entlang der Windungen der spiralförmigen Spule. Aufgrund eines Hohlraums zwischen den ineinandergreifenden Profilen entstand dadurch kein fester Sitz. Die Kavität wurde mit einem Gummifaden verschlossen .

Gasanwendungen um 1900

die erste Metallschlauchbroschüre

Das Ergebnis war ein dauerhaft flexibler, dichter Stahlkörper beliebiger Länge und Durchmesser mit hoher mechanischer Festigkeit. In Frankreich wurde es am 4. August 1885 mit der Patentnummer 170 479 und in Deutschland am 27. August 1885 mit dem Deutschen Reichspatent Nr. 34 871 patentiert .

Von 1886 bis 1905 entwickelte Heinrich Witzenmann zahlreiche bemerkenswerte Profile für die Schlauchherstellung, die bis heute von technischer Bedeutung sind. 1894 meldete er den Doppelmetallschlauch bestehend aus zwei gegenläufig verdrehten koaxialen Metallschläuchen zum Patent an. Weitere Modifikationen der Urform konzentrierten sich auf die Verwendung unterschiedlicher Schlauchmaterialien und unterschiedlicher Stoffe für die Fadenabdichtung, darunter Gummi, Textilfäden, Asbest und Draht.

Eine wichtige Variante des Metallschlauches geht auf den Erfinder Siegfried Frank aus Frankfurt zurück . Im Jahr 1894 patentierte er das Verfahren, eine spiralförmige Wellung zu einem glatten, starren Rohr zu rollen. Witzenmann hatte bereits einige Jahre zuvor Versuche in diese Richtung unternommen, aber seine Bemühungen um ein patentfähiges Ergebnis nicht fortgesetzt. Erst in den zwanziger und dreißiger Jahren des 20. Jahrhunderts gelang es dem Luzerner Hoteldirektor Albert Dreyer , eine zufriedenstellende Ringwellung für die Herstellung von Metallwellschläuchen zu schaffen.

technische Informationen von 1915

Metallschläuche für die Industrie

Weiterentwicklung

Emil Witzenmann, Sohn von Heinrich Witzenmann, entwickelte 1909 eine Form des Metallschlauches, die auf jegliche Art von Dichtfaden, sei es aus Gummi, Textilfaser oder Asbest, verzichtete . Bei diesem Schlauchtyp greifen die Bandkanten nicht ineinander, sondern stoßen aneinander und werden nahtlos miteinander verschweißt . 1920 erfand Emil Witzenmann den Metallkompensator . Grundlage dieser Erfindung war der doppelwandige, geschweißte Metallwellschlauch (mit Wundschutzmantel) mit radialer Flexibilität. 1929 war es erstmals möglich, Metallbälge herzustellen . Diese wurden ebenfalls von Albert Dreyer aus Luzern entwickelt , jedoch unabhängig von Witzenmann.

Metallbälge werden durch Walzen von ringförmigen Wellen in ein glattes extrudiertes oder geschweißtes Rohr hergestellt. 1946 entwickelte Dreyer ein mehrwandiges Gelenk, das auch axiale Bewegungen aufnehmen sollte: den Axialkompensator .

Der Wickelschlauch

Wickelschläuche bestehen aus lose ineinander greifenden Spiralen . Dadurch sind sie sehr flexibel. Diese Schläuche gibt es in zwei Grundvarianten – entweder mit einem eingerasteten Profil oder mit einem ineinandergreifenden Profil wie dem Agraff- Profil. Beide Varianten bieten durch den Profilaufbau eine hohe Flexibilität. Dies führt jedoch dazu, dass sie nicht vollständig dicht sind. Aus diesem Grund werden sie oft als Isolier- oder Schutzschläuche um ein Innenrohr herum verwendet.

Struktur und Funktion

Wickelschläuche werden hergestellt, indem kaltgewalztes , profiliertes Metallband spiralförmig auf einen Dorn gewickelt wird, wobei die spiralförmigen Spulen miteinander verbunden sind, aber aufgrund der Art der Profilierung beweglich bleiben. Dieses Prinzip einer beweglichen Verbindung zwischen den Profilcoils führt zu der hohen Flexibilität und Beweglichkeit von Metallbandschläuchen. Die meisten Bänder sind aus aus verzinktem Stahl , Edelstahl oder Messing , die optional sein können Chrom - oder vernickelt.

Eigenschaften von Wickelschläuchen

Wickelschläuche weisen enorme Zug- und Querdruckfestigkeit, eine hohe Verwindungssteifigkeit und eine ausgezeichnete chemische und thermische Stabilität . Aufgrund ihrer Struktur sind sie nicht 100 % dicht.

Arten von Wickelschläuchen

Die Eigenschaften des Metallschlauches werden durch mehrere Faktoren bestimmt: die Profilform, die Bandabmessungen, das Material und ggf. die Art der Abdichtung .

Wickelschläuche sind mit runden und polygonalen Querschnitten erhältlich.

Im Automobilbau werden am häufigsten metallisch abgedichtete Wickelschläuche verwendet. Das Einbringen eines Baumwoll-, Gummi- oder Keramik- Dichtfadens in eine speziell profilierte Kammer während des Wickelvorgangs führt zu einer höheren Dichtigkeit. Für maximale Dichtigkeit können die Wickelschläuche auch mit PVC oder Silikon ummantelt werden . Die Profilformen reichen von einfachen Rastprofilen bis hin zu hochsicheren Agraff-Profilen.

Anwendungsgebiete für Wickelschläuche

Wickelschläuche werden häufig als flexible temperaturbeständige und alterungsbeständige Elemente in Abgasanlagen, insbesondere in LKWs und Sonderfahrzeugen wie Traktoren, eingesetzt . Sie werden auch als Schutzschlauch für Licht verwendet Leitern und elektrische Leitungen in Faseroptik oder in der Mess- und Regeltechnik. Als Miniaturschläuche mit Durchmessern von 2,0–0,3 mm werden sie auch in der Medizintechnik eingesetzt, beispielsweise für die Endoskopie .

Darüber hinaus werden Wickelschläuche zum Absaugen und Fördern von Stoffen wie Rauch, Spänen, Granulat etc. eingesetzt. Sie eignen sich auch als Schutzschläuche für Wellleitungen zur Vermeidung von Überdehnungen und als Liner (Führungsschlauch im Wellschlauch) ) zur Optimierung der Strömungsverhältnisse .

Zu gewickelten Metallschläuchen gehören auch "biegbare Arme" oder "Schwanenhälse". Diese bestehen aus einer Runddrahtspule, über die ein dreieckiger Draht gewickelt ist. Sie können in jede Richtung gebogen werden und bleiben in jeder Position stehen. Diese werden beispielsweise für die flexiblen Halterungen von Lampen, Lupen und Mikrofonen verwendet .

Der Wellschlauch

Wellschläuche sind Druck und Vakuum dicht. Die zulässigen Betriebsdrücke für Schläuche mit kleinen Abmessungen 380 bar erreichen (mit einem 3-fach Sicherheitsfaktor Berstdruck). Die Druckfestigkeit bei großen Abmessungen ist technisch bedingt geringer. Edelstahlmodelle haben eine Temperaturbeständigkeit bis ca. 600 °C, je nach Druckbelastung, bei Sonderwerkstoffen sind noch höhere Werte möglich. Im Tieftemperaturbereich können Edelstahlwellschläuche bis -270 °C eingesetzt werden.

Struktur und Funktion

Wellschläuche werden als wirtschaftliche, flexible Verbindungselemente eingesetzt, die Bewegung, Wärmeausdehnung und Vibrationen zulassen und die als Füllschläuche verwendet werden können. Ausgangsmaterial ist ein nahtloses oder längsnahtgeschweißtes, dünnwandiges Rohr, in das mit Spezialwerkzeugen mechanisch oder hydraulisch Wellen eingebracht werden . Wellschläuche sind absolut dicht und werden zum Fördern von Flüssigkeiten oder Gasen unter Druck oder als Vakuumleitungen eingesetzt. Sie werden auch als Druckschläuche bezeichnet. Ihr spezielles Design erreicht sowohl Flexibilität als auch Druckfestigkeit.

Arten von Wellschläuchen

Es gibt zwei Grundvarianten von Wellschläuchen, die sich in ihrer Wellenart unterscheiden: Ringwellung und Wendelwellung. Bei Schläuchen mit Wendelwellung meist eine rechtsgängige Wendel mit konstanter Steigung , die über die gesamte Schlauchlänge verläuft. Die Ringwellung hingegen besteht aus einer Vielzahl von gleich beabstandeten parallelen Wellungen, deren Hauptebene senkrecht zur Schlauchachse steht. Schläuche mit Ringwellung haben gegenüber solchen mit Wendelwellung entscheidende Vorteile:

• Bei sachgemäßer Montage sind sie frei von schädlichen Torsionsbelastungen bei Druckstößen.
• Aufgrund ihrer Profilform schließen sie problemlos an Anschlussarmaturen an.

Dies erhöht die Prozesssicherheit bei der Rohrkonfektionierung und -anwendung. Aus diesem Grund sind Ringwellschläuche bis auf wenige Ausnahmen weitaus verbreiteter.

Herstellung von Wellschläuchen

Der erste Schritt zur Herstellung eines Wellschlauchs besteht darin, das Ausgangsmetallband vom Coil zu einem glatten, längsnahtgeschweißten Rohr zu formen. Das Band wird im hochpräzisen Schutzgasschweißverfahren kontinuierlich verschweißt . Dann wird das Rohr durch eines der folgenden Verfahren gewellt:

• Das hydraulische Wellverfahren dehnt das Rohr von innen nach außen. Dieses Verfahren wird verwendet, um ringförmige Wellschläuche herzustellen.
• Das mechanische Wellverfahren hingegen wird zur Herstellung sowohl von Ringwellschläuchen als auch von Wendelwellschläuchen verwendet. Üblicherweise werden mehrere profilierte Andrückrollen mit einem Versatz um das Rohr positioniert, das es ihnen ermöglicht, das gewünschte Wellenprofil von außen nach innen in das Rohr einzurollen. Beide Wellverfahren bewirken eine Materialverhärtung und erhöhen damit die Druck- und Dauerfestigkeit der Wellschläuche.

Darüber hinaus können Wellschläuche nach einem speziellen Verfahren hergestellt werden, das eng mit der Herstellung von Wickelschläuchen verwandt ist. Bei diesem Verfahren erhält das Ausgangsband in Längsrichtung ein gewelltes Profil . Dieses Profilband wird dann wendelförmig gewickelt und die überlappenden Coils entlang der Wendelnaht dicht verschweißt. Nach der Wellung kann der Schlauch mit einem Geflechtmantel versehen werden (siehe unten). Dabei durchläuft der Schlauch dann eine Flechtmaschine mit umlaufenden Drahtspulenhaltern, sogenannten Spulen .

Die Drahtbündel sind wendelförmig um den Schlauch gewickelt und auch abwechselnd übereinander geschichtet. Dadurch entsteht ein schlauchförmiges Geflecht mit dem charakteristischen Kreuzmuster. Nach der Montage der Fittings ist die Schlauchleitung fertig. Die fertigungsnahe Prüfung ist integraler Bestandteil des Fertigungsprozesses . Es umfasst Eingangsprüfungen des Ausgangsmaterials sowie Maß-, Dichtheits- und Druckprüfungen der fertigen Leitung.

Flexibilität

Die Flexibilität des Schlauches wird durch das elastische Verhalten des Wellenprofils erreicht. Beim Biegen des Schlauches trennen sich die äußeren Wellen, während die inneren Wellen zusammengedrückt werden. Flexibilität, Biegeverhalten und Druckstabilität von Wellschläuchen hängen von der gewählten Profilform ab. Während die Flexibilität mit zunehmender Profilhöhe und abnehmendem Wellenabstand zunimmt, nimmt die Druckfestigkeit ab. Das häufig geforderte semiflexible Biegeverhalten wird durch Flachprofile erreicht. Je nach Verwendung des Schlauches können spezielle anwendungsspezifische Profilformen realisiert werden

Miniatur-Metallschläuche für medizinische oder optoelektronische Anwendungen

Druckfestigkeit und Flexibilität können auch durch Variation der Wandstärke verändert werden. Eine Reduzierung der Wandstärke erhöht die Biegefähigkeit, verringert jedoch die Druckfestigkeit des Schlauches.

Sonderausführungen

Miniaturschläuche mit einem Durchmesser von nur wenigen Millimetern sind hochflexibel und gleichzeitig sehr robust. Mit einer speziellen Ummantelung versehen, können sie in der minimal-invasiven Chirurgie eingesetzt werden . Für Laser- oder optoelektronische Anwendungen werden Modelle mit Innenliner (siehe unten) und speziellen Steckverbindern verwendet . Der kleinste Durchmesser für Miniaturschläuche beträgt 1,8 mm.

Anwendungsgebiete von Metallschläuchen

Wellschläuche für industrielle Anwendungen

Mit ihrer Fähigkeit, hohe Anforderungen an die Förderung von heißen und kalten Stoffen zu erfüllen, hat diese moderne Technologie folgende Hauptanwendungsgebiete:

• Elektroindustrie und Maschinenbau : als Schutzschlauch für Elektrokabel oder Lichtleiter
• Als Saug-, Förder- und Kühlmittelschlauch, z. B. beim Fördern und Transportieren von Flüssiggas
• Automobilindustrie : als Abgasschlauch als Schwingungsentkoppler in Abgasanlagen
• Als Belüftungsschlauch in der technischen Gebäudeausrüstung
• Stahlindustrie
• Mess- und Regelgeräte
• Medizinische Ausrüstung
• Luft- und Raumfahrt
• Reaktortechnik
• Alternative Energie (Solarwärme, Windkraftanlagen, etc.)

Eigenschaften von Metallschläuchen

Metallschläuche halten hohen Drücken stand und bieten aufgrund des Materials, aus dem sie gefertigt sind, ein Höchstmaß an Dichtigkeit. Ihre Flexibilität verleiht ihnen Zug- und Reißfestigkeit . Außerdem zeichnen sie sich durch ihre Korrosions- und Druckbeständigkeit aus, auch unter extremen Bedingungen wie aggressivem Meerwasser, starken Vibrationen und extremen Temperaturen wie im Weltraum oder beim Transport von gekühltem Flüssiggas .

Flechten um Metallschläuche

Zur Erhöhung der Druckfestigkeit können Metallschläuche mit ein- oder zweilagigem Geflecht ausgestattet werden . Das Geflecht ist beidseitig fest mit den Schlaucharmaturen verbunden, um die durch den Innendruck entstehenden Längskräfte aufzunehmen. Durch seine inhärente Flexibilität passt sich das Geflecht perfekt der Bewegung des Schlauches an. Schlauchgeflecht besteht aus rechts- und linksgängig gewickelten Drahtbündeln, die abwechselnd übereinander gelegt werden. Dadurch wird nicht nur eine Schlauchverlängerung durch Innendruck verhindert , sondern auch äußere Zugkräfte aufgenommen und die Schlauchaußenseite geschont. Das Grundmaterial des Drahtgeflechts ist in der Regel das gleiche wie beim Wellschlauch. Es ist auch möglich, im Interesse einer höheren Korrosionsbeständigkeit oder aus wirtschaftlichen Erwägungen unterschiedliche Materialien zu wählen.

Durch die Umflechtung wird auch die Widerstandsfähigkeit des Schlauches gegen Innendruck stark erhöht. Das Geflecht passt sich der Schlauchbewegung flexibel an. Dies gilt auch dann, wenn ein zweites Geflecht verwendet wird, was die Druckfestigkeit weiter erhöht. Die Art und Weise, wie das Geflecht an den Anschlussarmaturen befestigt wird, hängt von der Art der Armatur und den Anforderungen an den Schlauch ab. Unter rauen Betriebsbedingungen kann eine zusätzliche Runddrahtspule über das Geflecht gewickelt oder das Geflecht mit einem Schutzschlauch ummantelt werden.

Abbildung: Metallschlauch mit Geflechtschutz als Entkoppler für Fahrzeugabgasanlagen

Funktionsprinzip des Metallgeflechts

Das Drahtflechten funktioniert nach dem Lazy-Zangen- Prinzip. Wenn der Schlauch axial gespannt wird, erreicht das Geflecht seine Dehnungsgrenze. Dadurch liegen die Adern eng beieinander mit kleinstem Kreuzungswinkel, wodurch ein Schlauchgeflecht mit möglichst kleinem Durchmesser und größtmöglicher Länge entsteht. Beim axialen Zusammendrücken des Schlauches erhöhen sich Kreuzungswinkel und Durchmesser auf Maximalwerte.

Verweise

Quellen

• Koch, Hans-Eberhard: 100 Jahre Metallschlauch Pforzheim, 1995
• Witzenmann-Gruppe: Firmenarchiv
• Firmengeschichte der Witzenmann GmbH, von Gregor Mühlthaler
• Reinhard Gropp, Marc Seckner, Bernd Seeger: Flexible Metallrohre. In: Die Bibliothek der Technik 382. Süddeutscher Verlag onpact, München 2016.
• Carlo Burkhardt, Bert Balmer: Automobile Entkopplungselementtechnik In: Die Bibliothek der Technik 237. Süddeutscher Verlag onpact, München 2008.
• Handbuch für Metallschläuche. Witzenmann, Pforzheim 2007.