Metallslang
 Metallslangar med olika anslutningar |
En metallslang är ett flexibelt metalllinjeelement. Det finns två grundläggande typer av metallslangar som skiljer sig åt i sin design och tillämpning: bandlindade slangar och korrugerade slangar.
Striplindade slangar har en hög mekanisk hållfasthet (t.ex. draghållfasthet och rivhållfasthet). Korrugerade slangar tål högt tryck och ger maximal läckagetäthet på grund av sitt material. Korrugerade slangar uppvisar också korrosionsbeständighet och trycktäthet under de mest extrema förhållanden, som i aggressivt havsvatten eller vid extrema temperaturer som i rymden eller vid transport av kyld flytande gas. De är särskilt väl lämpade för att transportera varma och kalla ämnen.
Med en historia på mer än hundra år har metallslangar gett upphov till andra flexibla linjeelement, inklusive metallexpansionsfogar, metallbälgar och halvflexibla och flexibla metallrör. Bara i Tyskland finns det cirka 3500 patent avseende metallslangar.
Ursprungen
Den första metallslangen var tekniskt sett en bandlindad slang. Den uppfanns 1885 av smyckestillverkaren Heinrich Witzenmann (1829–1906) i Pforzheim, Tyskland, tillsammans med den franske ingenjören Eugène Levavassèur. Slangen var modellerad efter gåshalshalsbandet, ett smycke som bestod av sammanflätade metallremsor. Slangens ursprungliga design var baserad på en spiralformad metallremsa med en S-formad profil. Profilen låste sig längs spiralspolens lindningar. På grund av ett hålrum mellan de sammanlåsande profilerna skapade detta ingen tät passform. Kaviteten förseglades med hjälp av en gummitråd .
 gastillämpningar år 1900 |
 den första metallslangbroschyren |
Resultatet blev en permanent flexibel, läckagetät stålkropp av valfri längd och diameter med hög mekanisk hållfasthet. I Frankrike patenterades den den 4 augusti 1885 med patentnummer 170 479 och i Tyskland den 27 augusti 1885 med det tyska rikspatentet nr 34 871.
Från 1886 till 1905 fortsatte Heinrich Witzenmann att utveckla många anmärkningsvärda profiler för slangtillverkning som fortfarande är av teknisk betydelse idag. 1894 registrerade han ett patent på den dubbla metallslangen bestående av två koaxiala metallslangar vridna i motsatta riktningar. Ytterligare modifieringar av den ursprungliga formen fokuserade på användningen av olika slangmaterial och olika ämnen för gängtätningen, inklusive gummi, textiltrådar, asbest och tråd.
En viktig variant av metallslangen kan tillskrivas uppfinnaren Siegfried Frank från Frankfurt, Tyskland . 1894 patenterade han metoden att rulla en spiralformad korrugering till ett slätt styvt rör. Witzenmann hade redan gjort experiment i denna riktning flera år tidigare, men fortsatte inte sina ansträngningar för att skapa ett patenterbart resultat. Det var inte förrän på tjugo- och trettiotalet av 1900-talet som hotelladministratören Albert Dreyer i Luzern, Schweiz, lyckades skapa en tillfredsställande ringformig korrugering för tillverkning av metallkorrugerade slangar.
 teknisk information från 1915 |
 metallslangar för industrin |
Fortsatt utveckling
Emil Witzenmann, son till Heinrich Witzenmann, utvecklade en form av metallslangen 1909 som eliminerade behovet av någon form av tätningstråd, vare sig det är av gummi, textilfiber eller asbest . I denna typ av slang griper inte listkanterna ihop utan anligger mot varandra och är sömlöst sammansvetsade . 1920 uppfann Emil Witzenmann expansionsfogen av metall . Denna uppfinning baserades på den dubbelväggiga, svetsade, korrugerade metallslangen (med en sårskyddsmantel) med radiell flexibilitet. 1929 blev det för första gången möjligt att tillverka metallbälgar . Dessa utvecklades också av Albert Dreyer från Luzern , men oberoende av Witzenmann.
Metallbälgar skapas genom att ringformiga korrugeringar rullas till ett slätt extruderat eller svetsat rör. 1946 utvecklade Dreyer en flerväggsfog som var designad för att även ta emot axiella rörelser: den axiella expansionsfogen .
Den strippade slangen
Striplindade slangar består av spiraler som är löst sammankopplade . Detta gör att de är mycket flexibla. Dessa slangar finns i två grundvarianter – antingen med en inkopplad profil eller med en sammankopplad profil som Agraff -profilen. Båda varianterna erbjuder hög flexibilitet tack vare profilstrukturen. Detta resulterar dock i att de inte är helt täta. Av denna anledning används de ofta som isolerings- eller skyddsslangar runt ett innerslang.
|
Struktur och funktion
Striplindade slangar skapas genom spirallindning av kallvalsad , profilerad metallremsa på en dorn där de spiralformade spolarna är sammankopplade men förblir rörliga på grund av typen av profilering. Denna princip med en rörlig anslutning mellan de profilerade spolarna leder till den höga flexibiliteten och rörligheten hos metallbandlindade slangar. De flesta remsor är gjorda av galvaniserat stål , rostfritt stål eller mässing , som valfritt kan vara krom- eller nickelpläterade.
Egenskaper hos stripplindade slangar
Striplindade slangar uppvisar enorm drag- och tvärtrycksmotstånd , hög vridhållfasthet och utmärkt kemisk och termisk stabilitet . På grund av sin struktur är de inte 100% täta.
Typer av bandlindade slangar
Metallslangens egenskaper bestäms av flera faktorer: profilens form, remsans mått, materialet och, i förekommande fall, typen av tätning .
Striplindade slangar finns med runda och polygonala tvärsnitt.
Fordonsteknik använder oftast metalliskt förseglade bandlindade slangar. Införandet av en tätningstråd av bomull, gummi eller keramik i en speciellt profilerad kammare under lindningsprocessen leder till större täthet. För maximal täthet kan de stripplindade slangarna även mantlas i PVC eller silikon . Profilformerna sträcker sig från enkla infällda profiler till mycket säkra Agraff-profiler.
Användningsområden för bandlindade slangar
Striplindade slangar används ofta som flexibla temperatur- och åldringsbeständiga element i avgasutrustning, speciellt i lastbilar och specialfordon som traktorer . De används också som skyddsslangar för ljusledare och elektriska ledningar i fiberoptik , eller i mät- och styrutrustning. Som miniatyrslangar med diametrar från 2,0–0,3 mm används de även inom medicinsk teknik, såsom för endoskopi .
Dessutom används bandlindade slangar för att utvinna och transportera ämnen som rök, spån, granulat etc. De är även lämpliga som skyddsslangar för korrugerade ledningar för att förhindra överdrag och för att fungera som en liner (styrslang inuti en korrugerad slang ) för att optimera flödesförhållandena .
Striplindade metallslangar inkluderar även "böjbara armar" eller "svanhalsar". Dessa består av en rund trådspole över vilken en triangulär tråd lindas. De kan böjas i valfri riktning och förbli stationära i alla lägen. Dessa används för flexibla stöd för lampor, förstoringsglas och mikrofoner , till exempel.
Den korrugerade slangen
Korrugerade slangar är tryck- och vakuumtäta . De tillåtna drifttrycken för slangar med små dimensioner når 380 bar (med en 3-faldig sprängtryckssäkerhetsfaktor). Tryckmotståndet för stora dimensioner är lägre av tekniska skäl. Rostfria modeller har en temperaturbeständighet på upp till ca. 600 °C, beroende på tryckbelastningen, och ännu högre värden är möjliga med specialmaterial. I det låga temperaturområdet kan rostfria korrugerade slangar användas ner till -270 °C.
Struktur och funktion
Korrugerade slangar används som ekonomiska, flexibla anslutningselement som tillåter rörelse, termisk expansion och vibrationer, och som kan användas som påfyllningsslangar. Utgångsmaterialet är ett sömlöst eller longitudinellt svetsat, tunnväggigt rör i vilket korrugeringar införs med mekaniska eller hydrauliska medel med hjälp av specialverktyg. Korrugerade slangar är absolut täta och används för att transportera vätskor eller gaser under tryck eller som vakuumledningar. De kallas också tryckslangar. Deras speciella design uppnår både flexibilitet och tryckmotstånd.
Typer av korrugerad slang
Det finns två grundläggande varianter av korrugerade slangar som skiljer sig åt i sin typ av korrugering: ringformad korrugering och spiralformad korrugering. I slangar med spiralformad korrugering, vanligtvis en högervänd spole med konstant stigning som löper längs hela slangens längd. Den ringformiga korrugeringen, å andra sidan, består av ett stort antal lika åtskilda parallella korrugeringar vars huvudplan är vinkelrät mot slangaxeln. Slangar med ringformad korrugering har avgörande fördelar jämfört med de med spiralformad korrugering:
- När de är korrekt installerade är de fria från skadliga vridpåkänningar under tryckstötar.
- På grund av formen på deras profil ansluter de smidigt till anslutningsbeslag.
Detta ökar processens tillförlitlighet under montering och användning av rörledningar. Av denna anledning är ringformade korrugerade slangar mycket vanligare, med bara några få undantag.
Tillverkar korrugerade slangar
Det första steget för att skapa en korrugerad slang är att forma startmetallremsan från spolen till ett slätt, längssvetsat rör. Bandet svetsas kontinuerligt med den mycket exakta skyddsgassvetsmetoden . Sedan korrugeras röret med en av följande procedurer:
- Den hydrauliska korrugeringsmetoden expanderar röret från insidan till utsidan. Denna metod används för att skapa ringformade korrugerade slangar.
- Den mekaniska korrugeringsmetoden, å andra sidan, används för att producera både ringformade och spiralformade korrugerade slangar. Vanligtvis är flera profilerade tryckrullar placerade runt röret med en förskjutning som gör att de kan rulla in den önskade korrugeringsprofilen in i röret från utsidan till insidan. Båda korrugeringsmetoderna orsakar materialhärdning och ökar därmed de korrugerade slangarnas tryck- och utmattningsmotstånd.
Dessutom kan korrugerade slangar tillverkas med en speciell metod som är nära besläktad med tillverkning av bandlindade slangar. I denna procedur ges startremsan en korrugerad profil i längsgående riktning. Denna profilremsa lindas sedan spiralformigt och de överlappande spolarna är tätt svetsade längs den spiralformade sömmen. Efter korrugering kan slangen förses med en flätad mantel (se nedan). I det här fallet går slangen sedan genom en flätmaskin som har cirkulerande trådspolhållare, eller så kallade bobiner .
Trådbuntarna lindas spiralformigt runt slangen samtidigt som de växelvis läggs över varandra. Detta skapar en rörformad fläta med det karakteristiska kors och tvärs mönstret. Efter att kopplingarna är monterade är slangledningen komplett. Produktionsrelaterad testning är en integrerad del av tillverkningsprocessen . Den omfattar inkommande tester av utgångsmaterialet samt dimensions-, läckage- och tryckprovning av den färdiga ledningen.
Flexibilitet
flexibilitet uppnås med hjälp av korrugeringsprofilens elastiska beteende . När slangen är böjd separeras de yttre korrugeringarna medan de inre korrugeringarna pressas ihop. Flexibiliteten, böjningsbeteendet och tryckstabiliteten hos korrugerade slangar beror på den valda profilformen. Medan flexibiliteten ökar med en ökning i profilhöjd och en minskning av korrugeringsavstånd, minskar tryckmotståndet. Det ofta erforderliga halvflexibla böjbeteendet uppnås med plana profiler. Beroende på användningen av slangen kan speciella applikationsspecifika profilformer implementeras
 metallslangar i miniatyr för medicinska eller optoelektroniska applikationer |
Tryckmotstånd och flexibilitet kan också ändras genom att variera väggtjockleken. En minskning av väggtjockleken ökar böjkapaciteten men minskar slangens tryckmotstånd.
Specialdesigner
Miniatyrslangar med en diameter på bara några millimeter är mycket flexibla samtidigt som de är mycket robusta. När de är försedda med ett speciellt hölje kan de användas vid minimalt invasiv kirurgi . Modeller med en inre liner (se nedan) och speciella kontakter används för laser eller optoelektroniska applikationer. Minsta diameter för miniatyrslangar är 1,8 mm.
Användningsområden för metallslangar
 korrogerade slangar för industriella applikationer |
Med sin förmåga att möta höga krav på att transportera varma och kalla ämnen har denna moderna teknik följande stora användningsområden:
- Elindustri och maskinteknik : som skyddsslang för elkablar eller ljusledare
- Som sug-, transport- och kylslang, t.ex. vid transport och transport av flytande gas
- Bilindustrin : som en avgasslang som fungerar som en vibrationsavskiljare i avgassystem
- Som ventilationsslang i teknisk byggnadsutrustning
- Stål industri
- Mät- och kontrollutrustning
- Medicinsk utrustning
- Flyg och rymdresor
- Reaktorteknik
- Alternativ energi (solvärme, vindkraftverk, etc.)
Egenskaper hos metallslangar
Metallslangar tål höga tryck och erbjuder maximal täthet på grund av det material som de är tillverkade av. Deras flexibilitet ger dem drag- och rivstyrka . De kännetecknas också av deras korrosions- och tryckbeständighet, även under extrema förhållanden som när de utsätts för aggressivt havsvatten, starka vibrationer och extrema temperaturer som i rymden eller vid transport av kyld flytande gas .
Flätning runt metallslangar
För att öka tryckmotståndet kan metallslangar förses med en- eller tvåskiktsflätning . Flätan är stadigt ansluten till slangkopplingarna på båda sidor för att absorbera de längsgående krafterna som orsakas av inre tryck. På grund av sin inneboende flexibilitet formar flätan sig perfekt efter slangens rörelse. Slangflätning består av höger- och vänsterhänta lindade trådbuntar som växelvis läggs över varandra. Detta förhindrar inte bara att slangen förlängs på grund av inre tryck , utan absorberar också yttre dragkrafter och skyddar utsidan av slangen. Trådflätans grundmaterial är vanligtvis detsamma som för den korrugerade slangen. Det är också möjligt att välja olika material för ökad korrosionsbeständighet eller av ekonomiska skäl.
Flätningen ökar också avsevärt slangens motstånd mot inre tryck. Flätan formar sig flexibelt efter slangens rörelse. Detta gäller även om en andra flätning används, vilket ytterligare ökar tryckmotståndet. Metoden för att fästa flätan på anslutningsbeslagen beror på typen av koppling och kraven på slangen. Under tuffa driftsförhållanden kan ytterligare en rund trådspiral lindas över flätan eller flätan kan mantlas i en skyddsslang.
Bild: Metallslang med flätskydd som frikoppling för fordons avgassystem
Funktionsprincipen för metallflätan
Trådflätning fungerar enligt lattångsprincipen . När axiell spänning appliceras på slangen når flätan sin förlängningsgräns. Detta gör att trådarna ligger tätt åtskilda med minsta korsningsvinkel, vilket skapar en slangflätning med minsta möjliga diameter och största möjliga längd. När slangen är axiellt sammanpressad ökar korsningsvinkeln och diametern till maximala värden.
Källor
- Koch, Hans-Eberhard: 100 Jahre Metallschlauch Pforzheim, 1995
- Witzenmann Group: företagsarkiv
- Witzenmann GmbH:s företagshistoria, av Gregor Mühlthaler
- Reinhard Gropp, Marc Seckner, Bernd Seeger: Flexibla metallrör. I: Die Bibliothek der Technik 382. Süddeutscher Verlag onpact, München 2016.
- Carlo Burkhardt, Bert Balmer: Automobile Decoupling Element Technology In: Die Bibliothek der Technik 237. Süddeutscher Verlag onpact, Munich 2008.
- handbok för metallslang. Witzenmann, Pforzheim 2007.