Wellschläuche aus Metall

Gleich ob mit oder ohne Umflechtung, als Druck- oder Schutzschlauch – aus Edelstahl gefertigte Ringwellschläuche sind biegsam wie auch druck- und temperaturbeständig. Diese Eigenschaften machen diese Schlauchgattung universell einsetzbar für viele Chemikalien, aber auch für Dampf, Wasser, Öl, Gas und Vakuum. Selbst bei der Aufnahme von Hubbewegungen und Schwingungen spielen gewellte Metallschläuche ihre Vorteile aus.

Schläuche aus Edelstahl erfüllen höchste Anforderungen an die Dichtheit und werden sowohl bei hohen Drücken als auch bei Vakuumanwendungen eingesetzt. Sie müssen die Norm DIN EN ISO 10380 erfüllen, in der die Mindestanforderungen für die Auslegung, Fertigung und Prüfung von gewellten Metallschläuchen und Metallschlauchleitungen festgelegt sind.

Wodurch werden Eigenschaften von Wellschläuchen aus Metall bestimmt?

Gewellte Schläuche aus Metall gibt es je nach Art der Wellung in zwei Ausführungen: Wendelwellschläuche und Ringwellschläuche. Bei Wendelwellschläuchen läuft eine Metallwendel mit gleichbleibender Steigung über die gesamte Schlauchlänge. Ringwellschläuche besitzen viele parallele Wellen, die im gleichen Abstand angeordnet sind. Je nach Abstand und Amplitude der Wellen unterscheidet man normal, eng und weit sowie flach gewellte Schlauchprofile.

Das Schlauchprofil, Material und Aufbau sowie die Wandstärke bestimmen die Eigenschaften des Schlauches wie Biegeverhalten, Flexibilität und Druckfestigkeit.

Beim Biegen werden die äußeren Wellen gestreckt und die inneren gestaucht. Je nach Höhe und Breite des Profils verändert sich die Biegsamkeit. Die Flexibilität nimmt mit abnehmendem Wellenabstand zu. Eng gewellte Schläuche sind hochflexibel und besitzen den kleinsten Biegeradius. Jene mit sehr weiter Wellung oder flacher Wellung sind semiflexibel. Semiflexible Schläuche sollten nur für statische Anwendungen verwendet werden und weder Schwingungen noch wiederkehrenden Bewegungen ausgesetzt werden.

Mit zunehmender Wandstärke verringert sich die Flexibilität, jedoch steigt die Druckfestigkeit. Weit gewellte Schläuche erreichen einen höheren Betriebsdruck als normal oder eng gewellte. Um die Druckfestigkeit weiter zu erhöhen, werden Wellschläuche aus Metall doppelwandig gefertigt oder mit einem oder zwei Drahtgeflechten ummantelt.

Wie werden Wellschläuche aus Metall hergestellt?

Für die Herstellung von Metallwellschläuchen werden Metallbänder mit einer Wanddicke zwischen 0,1 bis 0,4 mm zu einem Rohr geformt und verschweißt. Erzeugt wird das Wellenprofil mechanisch oder hydraulisch, wobei die mechanische Umformung meist für Innendurchmesser von 6 bis 50 mm angewandt wird. Größere Abmessungen werden hydraulisch geformt. Bei der mechanischen Fertigung formen umlaufende Werkzeuge das Rohrprofil von innen nach außen. Das Rohrprofil bestimmt die Anzahl der Umformstufen. Bei mehrwandigen Metallschläuchen müssen die Rohre vor dem Umformen ineinandergefügt werden.

Bei der hydraulischen Fertigung wird ein Rohrstück in eine Wellenform gelegt. Dichtstempel verschließen die Rohrenden. Sodann wird das Rohr unter Umgebungsdruck mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt und der Flüssigkeitsdruck erhöht. Durch Erhöhen des Innendrucks und Nachfahren der Dichtstempel wird das Rohrstück verformt und das Wellenprofil erzeugt. Beim hydraulischen Umformen werden verfahrensbedingt Metallschlauchleitungen mit begrenzter Länge hergestellt. Werden längere Schläuche benötigt, können diese radial verschweißt werden.

Vor der Auslieferung durchlaufen Wellschläuche aus Edelstahl zur Qualitätssicherung verschiedene Prüfungen. Visuell werden Schlauch, Schweißnähte, Anschlussarmaturen, Einbau- und Anschlussmaße überprüft. Anschließend erfolgt oft eine Druck- und Dichtigkeitsprüfung.

Welche Werkstoffe kommen bei der Fertigung von Wellschläuchen aus Metall zum Einsatz?

Die wichtigsten Werkstoffe für die Schlauchproduktion sind die Edelstähle 1.4404, 1.4541 und 1.4571 und Bronze 2.1016. Die Edelstähle bestehen neben Eisen aus 16,5 bis 19 % Chrom, 9 bis 13,5 % Nickel, 2 % Mangan und 2 bis 2,5 % Molybdän. 1.4541 und 1.4571 enthalten zusätzlich bis zu 0,7 % Titan.

Wellschläuche aus Edelstahl können bei Temperaturen von -270 °C bis +550 °C eingesetzt werden. Sie zeichnen sich durch gute Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungsfestigkeit aus. Die Bronzelegierung enthält 3,5 bis 4,5 % Zinn und Kupfer, hat einen Schmelzpunkt von +1063 °C und wird auch als CuSn4 bezeichnet. CuSn4 verfügt über eine gute Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit sowie eine ausgezeichnete Umformbarkeit und Härte.

Welche Anschlussarmaturen werden verwendet?

Wellschläuche aus Metall werden mit verschiedenen Anschlussarmaturen vorkonfektioniert, beispielsweise Flansche, Gewindeadapter, Überwurfmuttern, gerade Rohrenden oder Schnellverschluss-Kupplungen. Die Schläuche können jedoch auch ohne Endstücke zur Selbstmontage geliefert werden.

Unterscheiden lassen sich feste und drehbare Flansch- und Gewindeverbindungen. Für feste Flanschverbindungen werden Flansche mit einem Vorschweißbund, auch Vorschweißflansche genannt, auf den Wellschlauch aus Metall geschweißt oder Überschiebflansche auf den Schlauch geschoben und sodann mit dem Schlauch verschweißt. Bei drehbaren Flanschverbindungen wird ein Losflansch auf den Schlauch aufgeschoben und anschließend ein Verbindungsstück wie ein Bandstutzen, Vorschweißbördel oder Vorschweißband auf den Schlauch geschweißt. Lose Flansche werden verwendet, wenn die Stellung des Gegenflansches vor der Verbindung noch nicht feststeht. Da die Verbindung drehbar ist, lassen sich die Löcher des Losflansches im Nachhinein auf die des Gegenflansches ausrichten. Als Flanschmaterialen werden Stahl und Edelstahl 1.4541 oder 1.4571 verwendet.

Wellschläuche aus Metall mit Gewindeanschluss sind fest oder trennbar sowie mit verschiedenen Innen- und Außengewinden erhältlich. In Europa sind die britischen Whitworth-Rohrgewinde die häufigste Gewindeart, in den USA dominieren die National Taper Pipe (NPT) und National Taper Pipe Dryseal (NPTF). Bei den Whitworth-Rohrgewinden unterscheidet man British Standard Pipe (BSP) mit dem Kürzel G und British Standard Pipe Taper (BSPT) mit dem Kürzel R. BSP-Innen- und Außengewinde besitzen eine parallele beziehungsweise zylindrische Gewindeform. Dagegen hat das BSPT-Gewinde ein kegeliges beziehungsweise konisches Außengewinde und ein zylindrisches Innengewinde.

Beide amerikanische Gewindetypen NPT und NPTF besitzen konische Rohrgewinde, die sich im Gewindeprofil unterscheiden. Als feste Gewindeanschlüsse sind Sechskantmuffen und Sechskantnippel sowohl mit zylindrischem als auch mit konischem Whitworth-Gewinde auf dem Markt. Trennbare Gewindeanschlüsse bestehen aus einer Überwurfmutter und Bandstutzen, Kugelbuchse oder Präzisions-Rohrstutzen mit Schneidring. Gewindeanschlüsse werden aus Stahl, Temperguss, Edelstahl 1.4541 oder 1.4571 oder Messing gefertigt.

Neben Flansch- und Gewindeanschlüssen werden als Endstücke auch Schnellverschlusskupplungen und gerade Rohrstücke zum Anschweißen oder Präzision-Rohrstutzen für Schneidring-Verschraubungen angeboten.

Schlauchgeflechte als Ummantelung

Schlauchleitungen aus Metall gibt es mit und ohne Schlauchgeflecht. Das Geflecht ist eine flexible, gewobene Verstärkung, die sich den Bewegungen des Schlauches anpasst. Es übernimmt die mechanische Belastung, die durch die Schlauchverbindung in Betrieb aufgenommen wird. Zudem erhöht die Umflechtung die Druckbeständigkeit um ein Vielfaches. Meistens werden Geflechte aus dem Schlauchwerkstoff gefertigt. Aus wirtschaftlichen Gründen werden auch die Edelstähle 1.4301 und 1.4306 verwendet, die weniger korrosionsbeständig sind. Zum Schutz vor Verschmutzung lässt sich das Geflecht zusätzlich mit einem Kunststoff beschichten. Gleiches gilt für Wellschläuche und Wellrohre aus Kunststoff, die auch mit Edelstahlummantelung für den Hochdruckeinsatz ausgeführt werden können.

Anwendungsbereiche der Wellschläuche

Wellschläuche aus Edelstahl kommen dann zum Einsatz, wenn …

• Verformungen von Schlauchleitungen durch Druck- oder Temperaturschwankungen oder Schwingungen auftreten.
• Vakuumschläuche mit geringen Leckraten benötigt werden.
• bewegliche Bauteile temperatur- und druckbeständig abgedichtet werden müssen.

In der Lebensmittelindustrie ersetzen sie oft Gummi- und Kunststoffschläuche, da sie mit Heißdampf gereinigt werden können und druck-, temperatur- und alterungsbeständiger sind. Als Brauseschläuche in Küche und Bad sowie als Trinkwasserzulaufschläuche von Wasch-, Geschirrspül- und Kaffeemaschinen sind sie im Alltag unersetzlich.

In der Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Solartechnik werden Wellschläuche aus Metall statt starrer Rohrverbindungen verwendet, da der Montageaufwand geringer ist als beim sonst notwendigen Löten oder Schweißen. Die Montage kann an Ort und Stelle durchgeführt werden und durch Temperaturschwankungen verursachte Dehnungen lassen sich besser kompensieren.

Als Tankeinfüllstutzen und Benzin- oder Kraftstoffleitungen sind sie in der Automobilindustrie im Einsatz. Im Schienenverkehr werden Metallschlauchleitungen für Kühl- und Klimatisierungssysteme von Lokomotiven, als Be- und Entlüftungssysteme für Schaltanlagen in Hochgeschwindigkeitszügen oder als Schwingungsdämpfer verwendet. Wellschläuche aus Edelstahl sind ausheizbar und können deshalb im Ultrahochvakuum-Bereich eingesetzt werden.

Neben den Wellschläuchen aus Metall seien auch die Kapillaren aus Titan und Edelstahl erwähnt, die ohne Wellenprofil in sehr kleinen Nennweiten gefertigt werden und als hochdruckbeständige Kapillarschläuche in der HPLC zum Einsatz kommen.

Aufgrund ihrer Eigenschaften sind Wellschläuche aus Metall dort unverzichtbar, wo hohe Anforderungen bezüglich Temperatur und Medien an Schlauchsysteme gestellt werden. Gegenüber starren Rohrleitungen bieten sie den Vorteil, dass flexible Elemente leichter auszutauschen und Montageungenauigkeiten einfacher zu beheben sind.

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Fertig konfektionierte Metall-Schlauchleitungen | © M. Schuppich – stock.adobe.com