DE102013006214A1

DE102013006214A1 - Druckmessgerät mit erhöhter Dauerfestigkeit

Info

Publication number: DE102013006214A1
Application number: DE102013006214.4A
Authority: DE
Inventors: Ismail Güzel; Michael HERTWIG; Arno Klug
Original assignee: WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG
Current assignee: WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-10-30

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmessgerät mit einem Messglied aus einem Blech oder Rohr wobei das Material des Messglieds hinsichtlich der Dauerfestigkeit und der Einsatzbedingungen aus einer verbesserten Legierung ist, und wobei das Druckmessgerät vorzugsweise ohne Zeigerwerk aufgebaut ist und durch konstruktive Verbesserungen zusätzlich hinsichtlich Wechselbelastungen im Dauereinsatz oder Druckstößen verbessert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmessgerät mit einem Messglied aus einem Blech oder Rohr, wobei das Material des Messglieds hinsichtlich der Dauerfestigkeit und der Einsatzbedingungen verbessert ist und wobei das Druckmessgerät vorzugsweise ohne Zeigerwerk aufgebaut ist und durch konstruktive Verbesserungen zusätzlich hinsichtlich Wechselbelastungen im Dauereinsatz verbessert ist.
Es ist seit der Erfindung der Druckmessung durch elastische Rohre 1845 durch Herrn Schinz aus Koblenz, bzw. durch die Offenlegung US 9163 von Eugene Bourdon 1848 bekannt, Manometer in unterschiedlicher Form auf Ihren Einsatzzweck hin anzupassen, oder kostengünstig zu vereinfachen, oder hinsichtlich von Dauereinsatz und besonderen Einsatzbedingungen zu verbessern. Hierbei werden Rohre aus Kupferlegierungen in unterschiedlichster Form ebenso eingesetzt, wie Eisenlegierungen, so zum Beispiel Edelstahlrohre, wobei die Dauerfestigkeit durch Härten oder durch Autofrettage für den Einsatz hinsichtlich der Lebensdauer und anderen Eigenschaften optimiert werden können.
Bekannt ist weiterhin, dass Eisenlegierungen, Stahl in unterschiedlichster Legierung für verschiedene Einsatzzwecke angepasst werden können.
So zeigt zum Beispiel die Schrift US 3,975,967 eine Chrom-Molybdän Legierung für ein Messrohr mit weiteren Legierungs-Zusätzen, welche hinsichtlich des Einsatzes in Umgebung mit erhöhtem Chlorgehalt optimiert ist. Weiterhin wurden Kupferlegierungen mit Berylliumanteil geschaffen, wobei diese Legierungen zwar wesentlich die Federeigenschaften des Materials verbessern, Beryllium-Legierungen aber giftig sind, ist der Einsatz beschränkt. Auch ist bekannt, ein Manometer hinsichtlich möglichen Vibrationen oder Überdruck im Einsatz zu optimieren: Hinsichtlich Vibration werden Zeigerwerke oder Achsen gedämpft gelagert oder Manometer mit Glyzerin befüllt; hinsichtlich plötzlichem Überdruck oder gegen ungewollten Gasaustritt im Schadensfall werden Manometer mit Engpässen im Zugang versehen, so z. B. mit eingepressten Drosseln, Bauteilen mit einem verminderten Querschnitt oder aus Sintermaterial.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Lösung für die Verbesserung der Lebensdauer und des Einsatzes von Manometern in besonderen Anwendungen und gleichzeitig eine Verbesserung von Messrohren unter dem Hinblick auf den elastischen Dauereinsatz unter Wechselbelastung, insbesondere Wechselbiegung zu schaffen. Diese Aufgaben werden mit einem Aufbau gelöst, wie in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung beruht auf dem Ansatz, dass ein konstruktiver Aufbau geschaffen werden soll, bei dem das vorzugsweise werklose Druckmessgerät kostengünstig gegen Überdruckbelastungen, Vibration verbessert ist und wobei das Messrohr in seiner Legierung hinsichtlich des Dauereinsatzes optimiert ist und hierbei Beryllium- und Chromfrei ausgeführt ist.
Erfindungsgemäß weist hierzu das Druckmessgerät auf: ein Messglied aus einer verbesserten Legierung auf Eisenbasis mit 10–50 Gewichts-Prozent Kobalt und 10–35 Gewichtsprozent Nickel, wobei das Messglied eine Membran sein kann, vorzugsweise aber in Rohrform aus geschweisstem Blech oder nahtlos gezogenem Rohr gefertigt ist.
Vorzugsweise wird jedoch für das Messglied eine Eisenlegierung mit 16–19 Gewichts-Prozent Kobalt und 27–29 Gewichtsprozent Nickel eingesetzt.
Die Legierung ist hierbei insbesondere vorzugsweise frei von anderen Zusätzen wie Aluminium oder Titan.
Weitere Zusätze sind höchstens bis max. 1% oder 2% anteilig in der Legierung vorhanden, um Feineinstellungen hinsichtlich des Einsatzes und der Dauerwechselbiegebelastung zu optimieren.
Weitere Optimierung läßt sich durch Wärmebehandlung des Materials erbringen.
So kann die Streckgrenze und die Zugfestigkeit durch Wärmebehandlung oder Härten (z. B. Ausscheidungshärten) von 1100–1200 MPa auf 1650–1850 MPa erhöht werden. Die Härte verändert sich hierbei von ca. 320–340 HV auf 470–490 HV.
Diese verbesserten Materialwerte erlauben auch einen Dauereinsatz unter 300–500 bar bei gleichzeitig erhöhter Einsatztemperatur: So läßt dieses Material auch einen Einsatz unter 200–250°C zu, ohne dass die Dauerfestigkeit messbar reduziert wäre.
Durch die Materialkombination ist des Messgerät weiterhin RoHS konform, also Beryllium- und Chromfrei, weist aber auch in der Verabreitung gute Biegeeigenschaften auf.
Messrohre werden zum Beispiel mit wechselnden Drücken beaufschlagt und bewegen sich hierbei analog zu dem beaufschlagten Druck hin und her.
Insbesondere kann ein solches Messrohr auch mit einem elliptischen Querschnitt ausgeführt und mit einem Messwerk gekoppelt sein, welches einen Zeiger antreibt.
Das Manometer kann jedoch vorzugsweise auch werklos ausgeführt sein.
Hierbei sind die Anforderungen zusätzlich erschwert, wenn das Messrohr in einem Manometer an einem Einsatzort mit Vibration montiert ist.
Es überschneiden sich hierbei zahlreiche Einflüsse. Einerseits wirken verformende Kräfte auf den Rohrquerschnitt durch die Verformung unter Innendruckbeaufschlagung, weil sich das elliptische Rohr verformt und sich einem runden Querschnitt annähert, andererseits wirken Zugschwell-, Wechsel- und Druckschwellbeanspruchungen auf das Messrohr bei Veränderung des Innendrucks, welche durch Vibrationen der Applikation noch zusätzlich überlagert werden.
Bei dem erfindungsgemäß behandelten Messelement auf Fe-Co-Ni Basis hat sich eine deutliche Verbesserung der Zeitstandfestigkeit herausgestellt, zusätzlich sind die Belastungen für maximalen Ausschlag verbessert.
Eine weitere konstruktive Verbesserung ist dadurch erzielt worden, daß das Manometer werklos ausgeführt wird und mittels verschiedenen Geometrien und durch Anpassung der Windungsanzahl eine Anpassung auf Druckbereich und Anzeigebereich erreicht wurde. Hierbei wird rundes Rohr erst durch das Wickeln in eine abgeflachte oder elliptische Form gebracht, welche bei Druckbeaufschlagung eine Durchmesseränderung des Querschnitts oder des Messwerks und somit eine Veränderung eines angebrachten Zeigers in Relation zu einer Skala bewirkt.
Die Druckfestigkeit bei Überbelastung wurde dadurch erreicht, indem das freie Ende des Messrohrs am Druckanschluss durch Zudrücken definiert verformt, gequetscht wird. Der verbleibende Spalt verhindert einen zu großen Druckverlust im Falle eines Schadens oder einer Undichtigkeit.
Durch die Schweissbarkeit des Werkstoffs Fe-Co-Ni kann das Endstück insbesondere auch mit einer Verschweissung verschlossen werden, wodurch Ausfälle, wie z. B. durch Spannungsrisskorrosion, ausgeschlossen sind.
Eine weitere konstruktive Verbesserung ist dadurch erzielt worden, daß das Zifferblatt bezüglich des Temperatureinsatzes aus Aluminium gefertigt ist und einen erhöhten Kragen zum Druckanschluss nach unten aufweist. Der Kragen führt insbesondere den aufgesetzten Zeiger in Relation zur aufgedruckten Skala und hat über seinen Durchmesser eine Fläche, die eine bessere, flächig größer ausgeführte Abstützung bei Vibration erlaubt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt den Querschnitt eines Druckmessgeräts am Beispiel einer werklosen Manometerausführung:
Das Manometer besteht aus dem Anschlussstück 1 in welchem das Messglied 2 druckdicht, vorzugsweise mittels Weich- oder Hartlot 3 befestigt ist.
Das Messglied weist hierbei einen Bereich 2.1 auf, der gewendelt ist und bei Druckbeaufschlagung über den Druckanschluss 1.2 eine elastische Aufweitung, Drehung bewirkt.
Durch die Aufweitung, Drehung verdreht sich ein Zeiger 4 gegenüber der Skala 5, wobei der Zeiger auch als Bestandteil, als fortgeführter Ansatz des Messglieds ausgeführt sein kann.
Der Bereich 2.1 des Messglieds ist insbesondere als Messzone der Rohrbereich, welcher durch Biegung eine abgeflachte, ovale oder elliptische Form aufweist, wohingegen der Bereich im Bereich der druckdichten Verbindung 3 vorzugsweise kreisförmig ist.
Ebenso ist denkbar, dass das Messglied nur in Form einer Membran oder einer C-Form ausgeführt ist, oder dass die Bewegung des Messglieds über ein Zeigerwerk übersetzt an einer Skala angezeigt wird.
Das Manometer weist ferner auf ein Gehäuse 6, vorzugsweise als rundes Blechbiegeteil ausgeführt, welches die Skala 5 und die Sichtscheibe 7 aufnimmt
Das Messglied kann aber auch in einen Ventilkörper integriert montiert sein, wobei das Gehäuse dann als Teil einer Ventileinheit gebildet wird.
Die Sichtscheibe ist insbesondere dadurch fixiert, dass der Rand 6.1 des Gehäuses 6 zur Sichtscheibe hin verpresst, umlaufend plastisch definiert deformiert ist.
Das Zifferblatt ist vorzugsweise aus Kunststoff oder Aluminium und weist einen Kragen 5.1 auf, welcher einen Abschnitt oder eine Achse des Messglieds 2.1 axial zum Gehäuse oder zur Skala führt.
Zur Sicherheit und für den Fall eines Schadens oder einer Undichtigkeit ist das Rohr des Messglieds im Bereich des Druckanschlusses aus dem Druckanschluss herausgeführt und definiert gequetscht, deformiert. Hierbei entsteht ein Spalt 2.3, welcher eine definierte Druckdrossel für den Fall eines Druckverlusts darstellt, unkontrollierten Gasverlust verhindert.
2 zeigt in Detailansichten drei weitere Ausgestaltungen des Messglieds:
Typ A zeigt eine ”Bischofs-Stab”-Form eines Messglieds, wobei an dem verschlossenen inneren Ende des Messglieds ein Zeiger befestigt ist.
Das Ende kann hierbei verschweisst oder abgeknickt und mit Hartlot verschlossen sein.
Typ B zeigt eine Wendel-Form eines Messglieds, wobei die Wendelanzahl vorzugsweise zwischen 5 und 13 Windungen besteht – je nach Einsatzfall.
Das Rohr hat im Anschlussbereich vorzugsweise einen Durchmesser von 0,8 bis 1,5 mm, vorzugsweise aber 1,0 mm.
Typ C zeigt eine Spiral-Form eines Messglieds.
Das Rohr hat im Anschlussbereich vorzugsweise einen Durchmesser von 1 bis 2,5 mm, vorzugsweise aber 1,5 mm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9163 A [0002]
US 3975967 [0004]

Claims

Druckmessgerät für den Dauereinsatz, wobei das Druckmessgerät aufweist – einen Druckanschluss, – ein Messglied, – eine Skala, und wobei das Messglied aus einer Eisenlegierung mit Nickelanteilen und Kobaltanteilen besteht.
Druckmessgerät nach Anspruch 1, wobei das Messglied rohrförmig geformt ist.
Druckmessgerät nach Anspruch oder 2, wobei das rohrförmige Messglied in einer Messzone im Querschnitt abgeflacht, oval oder elliptisch verformt ist und die Form eines Teilkreises oder mehrfach spiralförmig geformt ist.
Druckmessgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Bereich des Druckanschlusses eine Drossel angebracht ist, welche vorzugsweise in Form einer Abflachung des durch den Druckanschluss durchgeführten Messglieds angeformt ist.
Druckmessgerät nach Anspruch 1 oder 4, wobei das Messglied aus einer Legierung auf Eisenbasis mit 10–50 Gewichts-Prozent Kobalt und 10–35 Gewichtsprozent Nickel, vorzugsweise aus einer Eisen-Legierung mit 16–19 Gewichts-Prozent Kobalt und 27–29 Gewichtsprozent Nickel hergestellt ist.
Druckmessgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei das rohrförmige Messglied an einem Ende verschlossen und insbesondere zugeschweisst ist, und an dem anderen Ende ein gewindeförmiger Druckanschluss angebracht ist oder wobei das Messglied-Rohr einen Durchmesser von 0,8–2,8 vorzugsweise aber 1,0 bis 1,5 mm hat.
Druckmessgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gerät ohne Zeigerwerk ausgeführt ist, welches den Ausschlags des Messglieds zur Skala hin übersetzt, sondern direkt ein Zeiger mit dem Messglied verbunden ist und an einer Skala den am Druckanschluss anliegenden Druck, eine Druckveränderung anzeigt.
Druckmessgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 7, wobei das Messglied in gebogener Rohrform bei einer Härte von 320–340 HV eine Streckgrenze und Zugfestigkeit zwischen 1100 und 1200 MPa und nach dem Härten eine Härte von 470–940 HV hat, bei einer Streckgrenze und Zugfestigkeit zwischen 1650 und 1900 MPa.
Druckmessgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zeiger direkt an das Ende des Messglieds befestigt ist, oder das freie, verschlossene Ende des Messglieds selbst den Zeiger bildet oder das Messglied oder die Zeigerachse über einen kragenförmigen Durchbruch am Zifferblatt am Durchmesser abgestützt oder gelagert ist.
Druckmessgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Messglied nur aus den Elementen Eisen, Nickel und Kobalt besteht oder vorzugsweise andere Legierungsbestandteile kleiner als 2 oder 1 sind.
Druckmessgerät, bestehend aus einem Gehäuse, einem Druckanschluss, einer Anzeige bestehend aus einem Zeiger und einer Skala, und einem elastischen rohrförmigen Messglied, welches mit dem Druckanschluss druckdicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Rohr aus einer Eisen Nickel Kobalt Legierung besteht, an dem verschlossenen Rohrende direkt ein Zeiger angebracht ist, und das elastische Rohr mehrfach gewickelt ist.
Druckmessgerät, nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Messglied aus einer Eisen-Legierung mit 16–19 Gewichts-Prozent Kobalt und 27–29 Gewichtsprozent Nickel hergestellt ist.