<Desc/Clms Page number 1>
Bimetall-Ausdehnungskörper
Bimetalle bestehen bekanntlich aus zwei miteinander verbundenen Komponenten von Metallen bzw.
Legierungen, die einen möglichst grossen Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Wird ein solches Bimetall erwärmt, so krümmt es sich derart, dass es die Form einer Kugelschale annehmen will.
In der Technikwerden solche Bimetalle zur temperaturgesteuerten Regelung oder zur Temperaturanzeige verwendet, wobei sie bei veränderlicher Temperatur eine möglichst grosse Ausbiegung besitzen sollen. Bei der Verwendung solcher Bimetalle in der mit Dampf arbeitenden Wärmewirtschaft, z. B. zur Steu- erungvonKondenswasserableitern, tritt ausserdem noch die Forderung nach Korrosionsbeständigkeit gegen- über strömendem Wasserdampf oder Kondenswasser auf.
Bei den üblichen Bimetallen besteht die Komponente mit dem niedrigen Ausdehungskoeffizienten meist aus Eisen-Nickel-Legierungen mit etwa 38 - 54 % Nickel, während die Komponenten mit dem hohen Ausdehungskoeffizienten aus Legierungen von Eisen-Nickel-Mangan oder Kupfer-Nickel-Mangan bestehen. Diese Bimetalle erfüllen zwar die Forderung nach einer ausreichend grossen Ausbiegung, sind dafür aber nicht korrosionsbeständig.
Man kann zwar eine gewisse Korrosionsbeständigkeit durch Anbringen von galvanisch aufgebrachten Überzügen erreichen, was auch in der Praxis oft durchgeführt wird, jedoch befriedigt diese Lösung wegen dem die Fertigung erheblich verteuernden Arbeitsaufwand nicht. Auch geben diese Überzüge den Bimetallen, welche beispielsweise mit Wasserdampf in Berührung kommen, nicht den Schutz, den man sich von ihnen verspricht ; denn schon wenige Poren im Uberzug haben eine Korrosionsunterwanderung zur Folge, welche die erstrebte Schutzwirkung erheblich herabsetzt. Ausserdem wird die Schutzschicht auf der Seite der grösseren Wärmeausdehnung wegen der dort auftretenden Zugspannungen leicht rissig.
Man hat deshalb vorgeschlagen, für die beiden Komponenten nichtrostende Stähle zu verwenden, wo- bei z. B. fürdiekomponenten mit niedriger Ausdehnung nichtrostender austenitischer Chrom-Nickel-Stahl mit beispielsweise 8 % Nickel, 18 % Chrom und Rest Eisen verwendet wird, während für die Komponenten mit hoher Ausdehnung eine Legierung von 10 % Kupfer, Iss % Nickel und 74 % Mangan verwendet wird.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, für die Komponenten mit hoher Ausdehnung den rostfreienauste- nitischen 18/8 Chrom-Nickel-Stahl und für die Komponente mitgeringer Wärmeausdehnung den rostfreien ferritischen 13 %igen Chrom-Stahl zu verwenden.
Bei diesen Bimetallen wurde nun zwar weitgehend ein Kcrrosionsangriff ausgeschaltet, jedoch konnte dieser Vorteil nur auf Kosten der Ausbiegefähigkeit erkauft werden. Insbesondere bei solchen Bimetallen, die zur Steuerung von Ventilen einen ausreichend grossen Hubweg haben müssen und in dampfdurchströmten Räumen untergebracht sind, macht sich eine solche Verringerung der Ausbiegung sehr nachteilig bemerkbar. Bei Bimetallen, die Scheibenform haben und zu mehreren übereinander geschichtet eine Bi-Säule bilden, lässt sich zwar der geringe Hub, der durch die Mehrzahl an Einzelelementen vervielfacht wird, dadurch wieder auf eine ausreichende Grösse bringen, dass man einfach die Anzahl der sich bei Temperaturerhöhung gegenläufig auswölbenden Bimetall-Scheiben erhöht.
Dies bedingt aber nicht nur einen erhöhtenMaterialaufwand, sondern macht auch eine Vergrösserung des die Bi-Säule aufnehmenden Gehäuses erforderlich, was wieder einen erhöhten Raumbedarf für die ganze Armatur, z. B. einen Kondenswasserableiter, zur Folge hat.
<Desc/Clms Page number 2>
Die vorausgegangenen Betrachtungen zeigen, dass bisher die Erfüllung der gestellten Forderungen auf Grund der entgegengesetzt gerichteten Eigenschaften der zur Verfügung stehenden Metalle nur mit einem erheblichen technischen Aufwand möglich war, der sich vor allem herstellungsmässig sehr verteuernd auf die jeweilige Armatur auswirkt.
Eingehende Versuche mit nicht korrosionsbeständigen Nickel-Stählen haben nun aber gezeigt, dass der Korrosionsangriff nur dann unzulässig gross wird, wenn diese Stähle den in Bewegung befindlichen Medien, wie Dampf oder Kondenswasser, ausgesetzt sind, dass jedoch überraschenderweise der Korrosionsangriff bei beruhigtem Medium demgegenüber derart verzögert vor sich geht, dass diese Stähle eine Haltbarkeit zeigen, die diejenige bei Anwendung in bewegtem Medium um ein erhebliches Vielfaches übersteigt. Diese Erscheinung lässt sich dadurch erklären, dass zwischen der metallischen und der Mediumgrenzschicht ein Neutralisationsprozess wirksam wird, der sich korrosionshemmend auswirkt.
Von dieser Erkenntnis macht nun die vorliegende Erfindung Gebrauch, um die vorher aufgezeigten MängelbeisolchenAusdehnungskörpernzuvermeiden, welche bewegtem Dampf oder Kondenswasser ausgesetzt sind, wie dies z. B. bei Kondenswasserableitern der Fall ist. Nach der Aufgabenstellung strebt die Erfindungan, einen Bimetall-Ausdehnungskörper zu schaffen, der nicht nur je Bimetall-Element eine erhöhte Ausbiegung sondern auch eine völlig ausreichende Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Die Erfindung betrifft demnach einen Bimetall-Ausdehnungskörper für von Gasen oder flüssigen Medien durchströmte Armaturen, der in ausgewölbtem Zustand einen oder mehrere vom bewegtenMedium umspülte Hohlräume mit in ihrem Inneren zur Ruhe gebrachten Medium bildet und aus einer Säule von mindestens zwei übereinanderliegenden und bei Erwärmung sich entgegengesetzt auswölbenden BimetallScheiben besteht, wobei die Komponenten des Bimetalls mit der geringen Wärmeausdehnung einander zugekehrt sind. Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht gemäss der Erfindung darin, dass die eine grosse Wärmeausdehnung aufweisende, dem bewegten Teil des Mediums ausgesetzte Komponente jeder BimetallScheibeausansichbekanntemkorrosionsbeständigem Stahl, z.
B. aus austenitischem 18/8 Chrom-NickelStahl, und die andere, nur mit einem beruhigten Teil des Mediums in Berührung kommende Komponente jeder Bimetall-Scheibe aus einem an sich ebenfalls bekannten'nicht korrosionsbeständigen Stahl mit geringer Wärmeausdehnung, z. B. aus Invar-Stahl mit zirka 30 - 36 % Nickel, besteht. Als an sich bekannt haben nicht nur die vorerwähnten Legierungen zu gelten, sondern auch die aus diesen beiden Legierungen bestehenden Bimetalle.
Durch diese Massnahme lassen sich Bimetall-Ausdehnungskörper schaffen, die auf der einen Seite durch die Verbindung von Komponentenstählen mit den Wärmeausdehnungszahlen 18 x 10.. 6 und,.., 0 zu Bimetallen einen ausserordentlich grossen Hub haben, während auf der ändern Seite dadurch, dass die Komponente aus nicht korrosionsbeständigem Invar-Stahl mit der Wärmeausdehnungszahl-0 vondembeweg- ten Medium femgehalten wird und nur mit einem beruhigten Medium in Berührung kommt, der Korrosionsangriff infolge der auftretenden Neutralisation an den Grenzzonen zwischen Medium und Metall derart verzögert ist, dass erfindungsgemäss gefertigte Bimetall-Ausdehnungskörper eine derart ausreichend hohe Lebensdauer haben, die derjenigen von Bimetallen aus nichtrostendem Stahl praktisch nicht nachsteht.
Um einen Korrosionsangriff an den Rändern der Bimetall-Scheiben, die dem bewegten Medium ausgesetzt sind, zu vermeiden, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, die sich bei Erwärmung gegenseitig berührenden Randzonen und ihre Stirnflächen mit einem Schutzüberzug zu versehen. Der Schutzüberzug kann hiebei aus einer galvanisch aufgebrachten Metallschicht bestehen. Es ist aber auch möglich, die Ränder der Bimetall-Scheiben durch einen korrosionsbeständigen Falzring einzeln oder paarweise gemeinsam einzufassen.
Die Verbindung der einzelnen Komponenten zu einer Bimetall-Scheibe wird zweckmässig durchpunkt- oder Rollennahtschweissung vorgenommen, was eine sichere und schnelle Doublierung der Komponenten ermöglicht.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäss hergestellten BimetallAusdehnungskörper schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. l einen Schnitt durch einen aus mehreren Bimetall-Scheiben bestehenden Ausdehnungskörper einer Bi-Säule in erwärmtem Zustand und die Fig. 2-5 verschiedene Ausbildungen der sich berührenden Randzonen und Stirnflächen eines Bimetall-Scheibenpaares.
In den Zeichnungsfiguren ist die Komponente mit der grösseren Wärmeausdehnung, die aus korrosionsbeständigem Stahl, z. B. austenitischem 18/80/0igem Chrom-Nickel-Stahl. besteht, mit 1 und die Komponente mit der geringeren Wärmeausdehnung, die aus einem nicht korrosionsbeständigen Stahl, beispielsweise Invar-Stahl mit 36% Nickel, besteht, mit 2 bezeichnet. Nach dem Ausführungsbeispiel
<Desc/Clms Page number 3>
haben die Bimetalle, wie an sich bekannt, Scheibenform und liegen jeweils paarweise aneinander, wobei die gleichen Komponenten einander zugekehrt sind, so dass sie sich bei Erwärmung entgegengesetzt auswölben und einen Hohlraum 3 bilden.
Während nun die korrosionsbeständigen Komponenten 1 dem bewegten Medium ausgesetzt sind, kommen die nicht korrosionsbeständigen Komponenten 2 in dem sich bildenden Hohlraum 3'nur mit dem durch Leckage eindringenden beruhigten Medium in Berührung.
Um das beruhigte Medium im Hohlraum 3 von dem bewegten Medium getrennt zu halten, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, die Randzonen durch besondere Formgebung zu Dichtflächen auszubilden,
EMI3.1
ist. Hiedurch wird erreicht, dass bei geringfügigen Änderungen der Ausbiegungen, die durch Temperatur- änderungen hervorgerufen werden, der dichte Abschluss in den Randzonen, an denen die stärkste Strömung auftritt, gewährleistet bleibt.
Zum Schutz der Stirn-und Randkanten der Bimetall-Scheiben sind diese gemäss Fig. 3 im Bereich ihrer Randzonen mit einem galvanisch aufgebrachten Überzug 6 versehen, so dass ein Korrosionsangriff auch von dieser Seite her verhindert ist. Fig. 4 zeigt einen Kantenschutz durch Aufbringen eines korrosionsbe- ständigen Falzringes 7 auf die Kanten der Bimetall-Scheiben, während nach Fig. 5 ein Falzring 8 die beiden Randkanten zweier Bimetall-Scheiben zusammenfasst.
Falls die Bimetall-Scheiben Bohrungen aufweisen, z. B. eine Bohrung 9 für den Ventilschaft, so ist zu empfehlen, auch die Ränder dieser Bohrungen mit einem entsprechenden Schutzüberzug 10 zu versehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bimetall-Ausdehnungskörper für von Gasen oder flüssigen Medium durchströmte Armaturen, der in
EMI3.2
den und bei Erwärmung sich entgegengesetzt auswölbenden Bimetall-Scheiben besteht, wobei die Kompo- nenten des Bimetalls mit der geringenWärmeausdehnung einander zugekehrt sind, dadurch gekenn- zeichnet, dass die eine grosse Wärmeausdehnung aufweisende, dem bewegten Teil des Mediums ausgesetzte Komponente jeder Bimetall-Scheibe aus korrosionsbeständigem Stahl, z. B. aus austenitischem 18/8 Chrom-Nickel-Stahl, und die andere, nur mit einem beruhigten Teil des Mediums in Berührung kommende Komponente jederBimetall-Scheibe aus nicht korrosionsbeständigem Stahl mit geringer Wärmeausdehnung, z.
B. aus Invar-Stahl mit zirka 30-36% Nickel, besteht.