DE102018131940A1

DE102018131940A1 - Verfahren zur Herstellung von metallischen Rohrmembranen für Druckmittler

Info

Publication number: DE102018131940A1
Application number: DE102018131940.1A
Authority: DE
Inventors: Raimund Becher; Peter Klöfer
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-06-18
Also published as: WO2020120049A1

Abstract

Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Rohrmembranen (RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM) für Druckmittler beschrieben, mit dem bedarfsabhängig Rohrmembranen (RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM) unterschiedlicher Membranform herstellbar sind, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit aufweisen und gut zu reinigen sind. Hierzu wird derart verfahren, dass für jede herzustellende Rohrmembran (RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM) jeweils ein hohlzylindrisches, metallisches Rohr (9) bereitgestellt wird, und die jeweilige Rohrmembran (RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM) aus dem jeweiligen Rohr (9) gefertigt wird, in dem das Rohr (9) durch Innenhochdruckumformung derart umgeformt wird, dass es eine für die jeweilige Rohrmembran (RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM, RM) vorgegebene Membranform aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Rohrmembranen für Druckmittler, sowie mindestens eine mit diesem Verfahren hergestellte Rohrmembran und mindestens einen eine dieser Rohrmembranen umfassenden Druckmittler.
Rohrmembranen sind im Wesentlichen rohrförmig und werden in Druckmittlern zur Übertragung von Drücken eingesetzt.
1 zeigt als ein Anwendungsbeispiel einen als Rohrdruckmittler ausgebildeten Druckmittler mit einer hohlzylindrischen Rohrmembran 1. Derartige Rohrdruckmittler sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen ein in eine Rohrleitung einsetzbares Rohrsegment 3, in dem die Rohrmembran 1 derart angeordnet ist, dass im Rohrsegment 3 unter der Rohrmembran 1 eine Druckempfangskammer 5 eingeschlossen ist. An die Druckempfangskammer 5 ist eine hydraulische Druckübertragungsleitung 7 angeschlossen, über die ein von einem im Rohrsegment 3 durch die Rohrmembran 1 hindurch strömenden Prozessmedium auf eine Innenseite der Rohrmembran 1 ausgeübter Druck p an einen Zielort übertragbar ist.
Damit das Rohrsegment eines Rohrdruckmittler in eine bestehende Rohrleitung eingesetzt werden kann, muss es einen an den Durchmesser der Rohrleitung angepassten Durchmesser aufweisen. Entsprechend müssen auch die darin eingesetzten Rohrmembranen einen entsprechend angepassten Membrandurchmesser aufweisen. Folglich wird zur Herstellung dieser Druckmittler eine entsprechend große Vielzahl von Rohrmembranen unterschiedlicher Durchmesser benötigt.
Um flexibel auf einen ständig wechselnden Bedarf an Rohrmembranen unterschiedlicher Durchmesser reagieren zu können, wird bei der Herstellung dieser Rohrmembranen heute üblicher Weise derart Verfahren, dass aus einem Blech oder einer Folie aus dem Werkstoff der Rohrmembran ein den Abmessungen der Rohrmembran entsprechender Zuschnitt angefertigt wird, aus dem dann ein Hohlzylinder geformt wird, wobei die in der hohlzylindrischen Form aneinander angrenzenden Längskanten des Zuschnitts durch eine in Längsrichtung verlaufende Schweißnaht miteinander verbunden werden.
Hierdurch können auf sehr aufwendige Weise Rohrmembranen mit sehr unterschiedlichen Durchmessern erzeugt werden.
Nachteilig ist jedoch, dass die im Druckmittler mit dem Prozessmedium in Kontakt kommende Schweißnaht die Korrosionsbeständigkeit dieser Rohrmembranen reduziert. Außerdem erschwert die Schweißnaht die Reinigung des Druckmittlers. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass mit diesem Verfahren nur im Wesentlichen hohlzylindrische Rohrmembranen hergestellt werden können.
Zur Reinigung von Rohrmembranen von Druckmittlern werden heute üblicher unter dem englischen Begriff Cleaning-in-Place (CIP) bekannte Reinigungsverfahren eingesetzt, bei denen die Rohrmembran im Druckmittler mit einer unter einer hohen Temperatur stehenden Reinigungsflüssigkeit, wie z.B. Wasser oder einer ein Reinigungsmittel enthaltenden Flüssigkeit, gespült wird. Darüber hinaus ist es in einigen Anwendungen wünschenswert, die Rohrmembran durch z.B. durch heißen Dampf, wie z.B. Wasserdampf, zu sterilisieren.
Bei einer solchen Reinigung und/oder Sterilisation wird die mit dem Rohrsegment verbundene Rohrmembran jedoch unter Umständen vergleichsweise großen Temperaturen und/oder vergleichsweise großen Temperatursprüngen ausgesetzt. Dabei führen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Rohrmembran und Rohrsegment zu thermomechanischen Spannungen. Darüber hinaus entstehen thermomechanische Spannungen auch dadurch, dass sich die Temperatur des mit der Rohrmembran verbundenen Rohrsegments aufgrund dessen im Vergleich zur Masse der Rohrmembran deutlich größeren Masse deutlich langsamer an sprunghafte Temperaturänderungen anpasst, als die Temperatur der Rohrmembran. Beide Effekte führen dazu, dass vergleichsweise große Kräfte auf die in Regel nur eine vergleichsweise geringe Wandstärke aufweisenden Rohrmembranen ausgeübt werden. Übersteigen diese Kräfte einen für die jeweilige Rohrmembran vorgegebenen Grenzwert, so besteht die Gefahr, dass in die Rohrmembran Spannungen eingebracht werden, die deren Druckübertragungseigenschaften dauerhaft verändern. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass die Rohrmembran plastisch verformt oder nachhaltig beschädigt wird. Im schlimmsten Fall kann die Rohrmembran, z.B. durch sich in der Rohrmembran ausbildende Risse, sogar zerstört werden.
Diesen Problemen kann z.B. dadurch begegnet werden, dass Rohrmembranen mit größerer Wandstärke eingesetzt werden. Das führt jedoch zu einer geringeren Druckempfindlichkeit von deren Druckübertragungseigenschaften. Alternativ kann sowohl der Temperaturbereich, in dem die Rohrmembran eingesetzt werden darf, als auch die Größe der Temperatursprünge, denen sie ausgesetzt werden darf, begrenzt wird. Das führt jedoch zu Einschränkungen hinsichtlich der einsetzbaren Reinigungsverfahren.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Rohrmembranen anzugeben, mit dem bedarfsabhängig Rohrmembranen unterschiedlicher Membranform herstellbar sind, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit aufweisen und gut zu reinigen sind.
Hierzu umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von einer oder mehreren metallischen Rohrmembranen für Druckmittler, bei dem
für jede herzustellende Rohrmembran jeweils ein hohlzylindrisches, metallisches Rohr bereitgestellt wird, und
die jeweilige Rohrmembran aus dem Rohr gefertigt wird, in dem das Rohr durch Innenhochdruckumformung derart umgeformt wird, dass es eine für die jeweilige Rohrmembran vorgegebene Membranform aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber dem zu zuvor beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren den Vorteil, dass die damit hergestellten Rohrmembranen keine Schweißnaht aufweisen. Das bietet den Vorteil, dass die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rohrmembranen eine höhere Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Darüber hinaus sind sie widerstandfähiger gegenüber durch die jeweilige Rohrmembran hindurch strömenden, abrasiven Medien und weisen eine glatte Innenfläche auf, die entsprechend gut gereinigt werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Membranform für jede zu fertigende Rohrmembran individuell vorgegeben werden kann. Das bietet den Vorteil, dass Rohrmembranen mit einer vergleichsweise großen Anzahl unterschiedlicher Membranformen zeitnah und bedarfsgerecht gefertigt werden können. Dabei können aus baugleichen bereitgestellten Rohren Rohrmembranen mit unterschiedlichen Membranformen erzeugt werden. Letzteres bietet den Vorteil, dass sich hierdurch die mit der Bereitstellung der Rohre verbundenen Lagerhaltungskosten reduzieren.
Gemäß einer Ausgestaltung wird derart verfahren, dass
die Innenhochdruckumformung jeweils in einem einzigen Umformprozess oder in zwei oder mehr aufeinander folgenden Umformprozessen durchgeführt wird,
wobei das umzuformende Rohr bei jedem Umformprozess in einen in einem formgebenden Werkzeug eingeschlossenen Hohlraum eingesetzt wird und dessen Rohrinnenraum mit einem dessen Umformung bewirkenden Innendruck beaufschlagt wird, und
wobei der Hohlraum außenseitlich allseitig durch eine Begrenzung begrenzt ist, deren Formgebung der in dem jeweiligen Umformprozess zu erzielenden Außengeometrie des umgeformten Rohrs entspricht, wobei die in dem einzigen oder die in dem letzten Umformprozess zu erzielende Außengeometrie der vorgegebenen Membranform entspricht.
Gemäß einer Ausgestaltung der letztgenannten Ausgestaltung ist die Begrenzung jeweils durch innere Mantelflächen von in das Werkzeug eingesetzten, austauschbaren Einsätzen gebildet.
Besonders bevorzugte Ausgestaltungen sehen vor, dass die bereitgestellten Rohre

a) mindestens ein Rohr aus Edelstahl, aus Tantal oder aus einem eine Nickelbasislegierung umfassenden Werkstoff umfassen,
b) einen Rohraußendurchmesser von 10 mm bis 90 mm aufweisen, und/oder
c) eine Rohwandstärke von 0,05 mm bis 0,1 mm aufweisen

Weitere Ausgestaltungen sehen vor, dass
mindestens eine der Rohrmembranen im Anschluss an die Innenhochdruckumformung spannungsarmgeglüht wird,
mindestens eines der umzuformenden Rohre in zwei oder mehr aufeinander folgenden Umformprozessen umgeformt wird und nach mindestens einem dieser Umformprozesse, auf den ein weiterer Umformprozess folgt, weichgeglüht wird,
bei der Durchführung mindestens einer der Innenhochdruckumformungen mindestens ein Umformprozess durchgeführt wird, bei dem das umzuformende Rohr vor dem Umformprozess auf eine Umformtemperatur aufgeheizt und/oder während des Umformprozesses auf der Umformtemperatur gehalten wird, und/oder
aus zwei oder mehr formgleichen Rohren Rohrmembranen mit unterschiedlichen vorgegebenen Membranformen gefertigt werden.
Eine erste Weiterbildung umfasst ein Verfahren, bei dem
die Rohre in Form von einer oder mehreren Rohr-Gruppen derart bereitgestellt werden, dass jede Rohr-Gruppe zwei oder mehr formgleiche Rohre umfasst und die Rohre verschiedener Rohr-Gruppen verschiedene Formen aufweisen, und
aus den Rohren einer jeden Rohr-Gruppe jeweils Rohrmembranen mit unterschiedlichen für die jeweilige Rohr-Gruppe vorgegebenen Membranformen gefertigt werden.
Eine zweite Weiterbildung umfasst ein Verfahren, bei dem
mindestens eine Rohrmembran erzeugt wird, indem das jeweilige Rohr derart umgeformt wird, dass die daraus erzeugte Rohrmembran als hohlzylindrische Rohrmembranen ausgebildet ist, die einen durch die vorgegebene Membranform vorgegebenen Außendurchmesser aufweist,
wobei der Außendurchmesser größer als ein Rohraußendurchmesser des Rohrs und kleiner gleich einem von dem Rohraußendurchmesser, der Wandstärke und dem Rohrwerkstoff des Rohrs abhängigen Maximaldurchmesser und/oder kleiner gleich einem 1,7-fachen des Rohraußendurchmessers ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der zweiten Weiterbildung besteht darin, dass aus zwei oder mehr formgleichen Rohren jeweils holzylindrische Rohrmembranen gefertigt werden, die unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen
Eine dritte Weiterbildung umfasst ein Verfahren, bei dem mindestens eine Rohrmembran erzeugt wird, indem das jeweilige Rohr derart umgeformt wird, dass die dadurch erhaltene Rohrmembran zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur Längsachse der Rohrmembran angeordnete, ringförmige Sicken aufweist.
Weitere Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sehen vor, dass
mindestens eine Rohrmembran erzeugt wird, indem das jeweilige Rohr derart umgeformt wird, dass die daraus erzeugte Rohrmembran zwei im Wesentlichen hohlzylindrische Endbereiche umfasst, zwischen denen einen ein mittlerer Membranbereich angeordnet ist, und
diese Rohrmembranen mindestens eine Rohrmembran umfassen, die

a) zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur Längsachse der Rohrmembran angeordnete, ringförmige Sicken aufweist, wobei die Sicken zwischen den beiden Endbereichen angeordnet sind und der mittlere Membranbereich zwischen den beiden Sicken angeordnet ist, und/oder
b) deren mittlerer Membranbereich:
- b1) hohlzylindrisch ist,
- b2) eine Querschnittsfläche aufweist, die in parallel zu dessen Längsachse verlaufender Richtung variiert,
- b3) einen Außendurchmesser aufweist, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung abnimmt, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung ansteigt, oder der in parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufender Richtung wellenförmig variiert,
- b4) mindestens eine eine Belastbarkeit der Rohrmembran mit thermomechanischen Spannungen und/oder eine Stabilität der Rohrmembran zumindest abschnittweise erhöhende Ausbuchtung aufweist,
- b5) parallel zueinander und koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs angeordnete, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen aufweist,
- b6) parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende Ausbuchtungen, parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende, spiegelsymmetrisch zur Längsachse angeordnete und/oder gleichmäßig über den Umfang des mittleren Membranbereichs verteilt angeordnete Ausbuchtungen, parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende Ausbuchtungen mit trapezförmiger Querschnittsfläche oder parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende Ausbuchtungen mit ellipsensegmentförmiger Querschnittsfläche aufweist, oder
- b7) eine oder mehrere spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtungen aufweist.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der letztgenannten Weiterbildungen besteht darin, dass aus zwei oder mehr formgleichen Rohren Rohrmembranen gefertigt werden, deren Membranformen sich durch die Formgebung der Ausbuchtungen, die Formgebung von deren mittleren Membranbereich, die Formgebung der Sicken und/oder die Außendurchmesser von deren Endbereichen unterscheiden.
Des Weiteren umfasst die Erfindung mindestens eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Rohrmembran.
Weiterbildungen erfindungsgemäßer Rohrmembranen zeichnen sich dadurch aus, dass mindestens einer dieser Rohrmembranen,
zwei im Wesentlichen hohlzylindrischen Endbereiche und einem zwischen den Endbereichen angeordneten mittleren Membranbereich aufweist,

a) wobei die Rohrmembran zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur Längsachse der Rohrmembran angeordnete, ringförmige Sicken aufweist, wobei die Sicken zwischen den beiden Endbereichen angeordnet sind und der mittlere Membranbereich zwischen den beiden Sicken angeordnet ist, und/oder
b) wobei der mittlere Membranbereich der Rohrmembran:
- b1) hohlzylindrisch ist,
- b2) eine Querschnittsfläche aufweist, die in parallel zu dessen Längsachse verlaufender Richtung variiert,
- b3) einen Außendurchmesser aufweist, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung abnimmt, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung ansteigt, oder der in parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufender Richtung wellenförmig variiert,
- b4) mindestens eine eine Belastbarkeit der Rohrmembran mit thermomechanischen Spannungen und/oder eine Stabilität der Rohrmembran zumindest abschnittweise erhöhende Ausbuchtung aufweist,
- b5) parallel zueinander und koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs angeordnete, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen aufweist,
- b6) parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende Ausbuchtungen, parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende, spiegelsymmetrisch zur Längsachse angeordnete und/oder gleichmäßig über den Umfang des mittleren Membranbereichs verteilt angeordnete Ausbuchtungen, parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende Ausbuchtungen mit trapezförmiger Querschnittsfläche oder parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende Ausbuchtungen mit ellipsensegmentförmiger Querschnittsfläche aufweist, oder
- b7) eine oder mehrere spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtungen aufweist.

Eine weitere Weiterbildung umfasst eine erfindungsgemäße Rohrmembran,
die zwei im Wesentlichen hohlzylindrische Endbereiche und einen zwischen den Endbereichen angeordneten mittleren Membranbereich umfasst, wobei
der mittlere Membranbereich mindestens eine spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtung umfasst, die unter einem Steigungswinkel von 50° bis 70° verläuft, die in parallel zur Längsachse der Rohrmembran verlaufender Richtung eine Ausbuchtungsbreite von 2 mm bis 4 mm aufweist, und/oder die in senkrecht zur Längsachse der Rohrmembran verlaufender Richtung eine Ausbuchtungstiefe von 0, 2 mm bis 0,8 mm aufweist, oder
der mittlere Membranbereich parallel zueinander und koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs angeordnete, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen aufweist, die in parallel zur Längsachse der Rohrmembran verlaufender Richtung eine Ausbuchtungsbreite von 2 mm bis 4 mm aufweisen, und/oder in senkrecht zur Längsachse der Rohrmembran verlaufender Richtung eine Ausbuchtungstiefe von 0, 2 mm bis 0,8 mm aufweisen.
Des Weiteren umfasst die Erfindung einen Druckmittler mit einer erfindungsgemäßen Rohrmembran, der
einen Membranträger umfasst, in den die Rohrmembran derart eingesetzt und mit dem Membranträger verbunden ist, dass deren Innenseite mit einem Druck beaufschlagbar ist,
der eine im Membranträger unter der Rohrmembran eingeschlossene Druckempfangskammer umfasst, und
der eine an die Druckempfangskammer angeschlossene Druckübertragungsleitung umfasst.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen neun Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Um Elemente mit zum Teil sehr unterschiedlichen Abmessungen darstellen zu können, wurde ein nicht immer maßstabsgetreue Darstellung gewählt.

1 zeigt: einen Rohrdruckmittler mit einer hohlzylindrischen Rohrmembran,
2 zeigt: ein Werkzeug mit Einsätzen zur Herstellung zylindrischer Rohrmembranen;
3 zeigt: das Werkzeug von 1 mit Einsätzen zur Herstellung von Sicken aufweisenden Rohrmembranen;
4 zeigt: einen Druckmittler mit einer zwei Sicken aufweisenden Rohrmembran;
5 zeigt: einen Längsschnitt einer Rohrmembran mit einem nach innen gewölbten mittleren Membranbereich;
6 zeigt: einen Längsschnitt einer Rohrmembran mit einem nach außen gewölbten mittleren Membranbereich;
7 zeigt: einen Längsschnitt einer Rohrmembran mit einem mittleren Membranbereich mit in Längsrichtung wellenförmig variierendem Außendurchmesser;
8 zeigt: einen Längsschnitt einer in Längsrichtung verlaufende Ausbuchtungen aufweisenden Rohrmembran;
9 zeigt: einen Querschnitt einer im Querschnitt trapezförmige Ausbuchtungen aufweisenden Rohrmembran;
10 zeigt: einen Querschnitt einer im Querschnitt ellipsensegmentförmige Ausbuchtungen aufweisenden Rohrmembran;
11 zeigt: eine Ansicht einer Rohrmembran mit einer spiralförmigen Ausbuchtung; und
12 zeigt: eine Ansicht einer Rohrmembran mit zwei spiralförmigen Ausbuchtungen.

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung von einer oder mehreren metallischen Rohrmembranen RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ , sowie mindestens eine mit diesem Verfahren hergestellte Rohrmembran RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ und mindestens einen jeweils eine dieser Rohrmembranen RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ umfassenden Druckmittler.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass für jede mit diesem Verfahren herzustellende Rohrmembran RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ jeweils ein hohlzylindrisches, metallisches Rohr 9 bereitgestellt wird und die jeweilige Rohrmembran RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ aus dem jeweiligen Rohr 9 gefertigt wird, in dem das Rohr 9 durch Innenhochdruckumformung derart umgeformt wird, dass es eine für die jeweilige Rohrmembran RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ vorgegebene Membranform aufweist.
Das Innenhochdruckumformen ist ein auch unter der häufig synonym verwendeten Bezeichnung Hydroforming bekanntes Umformverfahren, bei dem ein metallischer Hohlkörper in einem geschlossenen, formgebenden Werkzeug mittels eines zur Bewirkung der Umformung im Hohlkörper aufgebauten Innendrucks umgeformt wird.
Bei der Innenhochdruckumformung wird jeweils ein Umformprozess durchgeführt, bei dem das Rohr 9 in ein formgebendes Werkzeug eingesetzt und in dem Werkzeug umgeformt wird. 2 zeigt ein Beispiel eines zur Erzeugung von Rohrmembranen RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ einsetzbaren Werkzeugs 11. Das Werkzeug 11 umfasst zwei über eine lösbare druckdichte Verbindung miteinander verbundene Halbschalen 13, in die jeweils ein formgebender Einsatz 15 eingesetzt ist. Die Einsätze 15 sind vorzugsweise als auswechselbare Einsätze 15 ausgebildet. Sie weisen jeweils eine innere Mantelfläche auf, die einen im Werkzeug 11 eingeschlossenen Hohlraum außenseitlich begrenzt. Diese Mantelflächen bilden zusammen eine außenseitliche allseitige Begrenzung 17 des Hohlraums, deren Formgebung in Abhängigkeit von einer Formgebung einer äußeren Mantelfläche der vorgegebenen Membranform vorgegeben wird.
Zur Durchführung des Umformprozesses wird das hohlzylindrische, metallische Rohr 9 derart in das Werkzeug 11 einsetzt, dass es außenseitlich allseitig von der außenseitlich allseitigen Begrenzung 17 des Hohlraums umgeben ist. Anschließend wird der Hohlraum druckdicht verschlossen und ein Rohrinnenraum des Rohrs 9 mit einem Innendruck p_IHU beaufschlagt. Dabei kann z.B. derart Verfahren werden, dass der Rohrinnenraum über einen oder mehrere Anschlüsse 19 des Werkzeugs 11 mit einem Fluid, wie z.B. einem Öl oder einer Wasser-Öl Emulsion, derart befüllt wird, dass das Fluid im Rohrinnenraum unter dem Innendruck p_IHU steht. Hierzu kann das Werkzeug 11 z.B. eine in 2 schematisch durch Pfeile dargestellte Vorrichtung 20, wie z.B. eine mindestens einen Kolben oder einen Verdichter umfassende Vorrichtung 20, umfassen, mittels der das Fluid im Rohrinnenraum verdichtet wird. Durch den Innendruck p_IHU wird das Rohr 9 derart nach außen expandiert, dass dessen äußere Mantelfläche die durch die Begrenzung 17 des Hohlraums vorgegebene Formgebung annimmt.
2 ist zur Veranschaulichung sowohl das als Ausgangsform gestrichelt dargestellte hohlzylindrische Rohr 9, als auch die durch Expansion dieses Rohres 9 in der in 2 durch Pfeile angezeigten Richtung erhaltene Rohrmembran RM₁ dargestellt. Die hier als Beispiel dargestellte Rohrmembran RM₁ ist hohlzylindrisch und weist einen der vorgegebenen Membranform entsprechenden Außendurchmesser auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die damit hergestellten Rohrmembranen RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ weisen die zuvor bereits genannten Vorteile auf.
Wie bereits erwähnt, wird zur Erzeugung jeder Rohrmembran RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ jeweils ein hohlzylindrisches, metallisches Rohr 9 verwendet. Dabei umfassen die hierfür bereitgestellten Rohre 9 vorzugsweise mindestens ein Rohr 9 aus Edelstahl, mindestens ein Rohr 9 aus Tantal und/oder mindestens ein Rohr 9 aus einem eine Nickelbasislegierung umfassenden Werkstoff, wie z.B. einem unter dem Markenname Hastelloy bekannten Werkstoff. Alternativ oder zusätzlich hierzu weisen die Rohre 9 vorzugsweise einen Rohraußendurchmesser von 10 mm bis 90 mm und/oder einer Rohwandstärke von 0,05 mm bis 0,1 mm auf. Zur Innenhochdruckumformung dieser Rohre 9 eignet sich z.B. ein Innendruck p_IHU in der Größenordnung von 100 bar bis 500 bar.
Die Innenhochdruckumformung eines jeden zur Erzeugung einer der Rohrmembranen RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ eingesetzten Rohrs 9 erfolgt jeweils in einem einzigen Umformprozess oder in zwei oder mehr nacheinander ausgeführten Umformprozessen.
Bei jedem Umformprozess wird der in dem in 2 dargestellten Werkzeug 11 eingeschlossene Hohlraum jeweils durch eine zylindrische Begrenzung 17 begrenzt, deren Formgebung der in dem jeweiligen Umformprozess zu erzielenden Außengeometrie des umgeformten Rohrs 9 entspricht, wobei die in dem einzigen oder die in dem letzten Umformprozess zu erzielende Formgebung der vorgegebenen Membranform entspricht. Dabei bietet das zuvor beschriebene Werkzeug 11 den Vorteil, dass zur Erzeugung von Rohrmembranen RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ unterschiedlicher Membranformen jeweils entsprechend geformte Einsätze 15 einsetzbar sind, die bei jedem Wechsel der zu erzeugenden vorgegebenen Membranform, sowie ggfs. natürlich auch zwischen aufeinanderfolgenden Umformprozessen ausgetauscht werden.
Optional wird bei der Erzeugung mindestens einer der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Rohrmembranen RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ derart verfahren, dass die jeweilige Rohrmembran RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ im Anschluss an die Innenhochdruckumformung spannungsarmgeglüht wird. Das Spannungsarmglühen bietet den Vorteil, dass durch die Innenhochdruckumformung insgesamt in der jeweiligen Rohrmembran RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ entstandene Spannungen reduziert werden.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann bei der Erzeugung mindestens einer der Rohrmembranen RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ derart verfahren werden, dass das umzuformende Rohr 9 in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Umformprozessen umgeformt wird und nach mindestens einem dieser Umformprozesse, auf den ein weiterer Umformprozess folgt, weichgeglüht wird. Das Weichglühen des umgeformten Rohrs zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umformprozessen bietet den Vorteil, dass durch einen oder mehrere vorausgehende Umformprozesse verursachte Versprödungen des umgeformten Rohrs reduziert werden. Das erleichtert die weitere Umformung in dem nachfolgenden Umformprozess und vergrößert das Spektrum der auf diese Weise herstellbaren Membranformen.
Sowohl beim Spannungsarmglühen, als auch beim Weichglühen wird die jeweilige Rohrmembran RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ bzw. das umgeformte Rohr jeweils über einen ersten Zeitraum hinweg auf eine Verfahrenstemperatur erwärmt, über einen zweiten Zeitraum hinweg auf dieser Temperatur gehalten und über einen dritten Zeitraum hinweg wieder abgekühlt. Dabei wird zum Spannungsarmglühen vorzugsweise eine Verfahrenstemperatur von kleiner gleich 650°C oder eine Verfahrenstemperatur im Bereich von 550°C bis 650°C angesetzt. Zum Weichglühen wird vorzugsweise eine Verfahrenstemperatur von kleiner gleich 750°C oder eine Verfahrenstemperatur im Bereich von 650°C bis 750°C angesetzt.
Sowohl das Weichglühen des umgeformten Rohrs zwischen zwei aufeinander folgenden Umformprozessen, als auch das Spannungsarmglühen der Rohrmembran RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ verbessert die Druckübertragungseigenschaften der jeweiligen Rohrmembran RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ und verringert die Temperaturabhängigkeit der Druckübertragungseigenschaften der jeweiligen Rohrmembran RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ .
Alternativ oder zusätzlich wird zur Durchführung der Innenhochdruckumformung oder mindestens eines im Rahmen der Innenhochdruckumformung durchgeführten Umformprozesses vorzugsweise ein temperiertes Innhochdruckumformungsverfahren eingesetzt Ein solches Verfahren ist z.B. in einer Veröffentlichung des Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik der Fraunhofer Gesellschaft aus dem Jahr 2013 mit dem Titel: „Temperierte Innenhochdruck-Umformung von Edelstahl-Rohren“ beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird das umzuformende Rohr 9 vor dem Umformprozess, z.B. unmittelbar vor dem Einsetzen in das Werkzeug 11, auf eine Umformtemperatur aufgeheizt und/oder während des Umformprozesses auf einer Umformtemperatur gehalten. Dabei wird vorzugsweise eine Umformtemperatur von mehreren Hundert Grad, z.B. eine Umformtemperatur von 550°C bis 850°C, angesetzt.
Optional wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise derart Verfahren, dass aus zwei oder mehr formgleichen Rohren 9 Rohrmembranen RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ mit unterschiedlichen vorgegebenen Membranformen gefertigt werden. Dabei können die formgleichen Rohre 9 aus dem gleichen Werkstoff bestehen oder auch formgleiche Rohre 9 aus unterschiedlichen Werkstoffen umfassen.
Bei dieser Verfahrensvariante werden die Rohre 9 vorzugsweise in Form von einer oder mehreren Rohr-Gruppen derart bereitgestellt, dass jede Rohr-Gruppe zwei oder mehr formgleiche, hohlzylindrische Rohre 9 umfasst und die Rohre 9 verschiedener Rohr-Gruppen verschiedene Formen aufweisen. In dem Fall werden die Rohre 9 dieser Rohr-Gruppen vorzugsweise derart verwendet, dass aus den Rohren 9 einer jeden Rohr-Gruppe jeweils Rohrmembranen RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ mit einem Spektrum an unterschiedlichen für die jeweilige Rohr-Gruppe vorgegebenen Membranformen gefertigt werden.
Optional wird mindestens eine Rohrmembran RM₁ erzeugt, indem das jeweilige Rohr 9 derart umgeformt wird, dass die daraus erzeugte Rohrmembran RM₁ als hohlzylindrische Rohrmembranen RM₁ ausgebildet ist, die einen durch die vorgegebene Membranform vorgegebenen Außendurchmesser aufweist. Dabei wird vorzugsweise derart verfahren, dass aus zwei oder mehr formgleichen Rohren 9 hohlzylindrische Rohrmembranen RM₁ gefertigt werden, die unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. Hierdurch sind mittels Rohren 9 einer einzigen Rohr-Gruppe bereits holzylindrische Rohrmembranen RM₁ herstellbar, deren Außendurchmesser größer als der Rohraußendurchmesser der Rohre 9 dieser Rohr-Gruppe und kleiner gleich einem von dem Rohraußendurchmesser, der Wandstärke und dem Werkstoff des jeweiligen Rohrs 9 abhängigen Maximaldurchmesser sind. Hierüber sind Maximaldurchmesser erzielbar, die kleiner gleich einem 1,7-fachen des Rohraußendurchmessers der Rohre 9 der jeweiligen Rohr-Gruppe sind.
Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass bereits eine sehr geringe Anzahl von Rohre 9 unterschiedlicher Rohraußendurchmesser umfassenden Rohr-Gruppen ausreicht, um Rohrmembranen RM₁ zu fertigen, deren Außendurchmesser einen sehr großen Durchmesserbereich abdecken. Das bietet den Vorteil, dass alle diese Rohrmembranen RM₁ zeitnah und bedarfsgerecht produziert werden können, wobei hierbei für die Bereitstellung der Rohre 9 aufgrund der geringen Anzahl der benötigten Rohr-Gruppen nur vergleichsweise geringe Lagerhaltungskosten anfallen.
Alternativ oder zusätzlich hierzu wird durch Innenhochdruckumformung mindestens eine Rohrmembran RM₂ erzeugt, indem das jeweilige Rohr 9 derart umgeformt wird, dass die dadurch erhaltene Rohrmembran RM₂ zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur Längsachse der Rohrmembran RM₂ angeordnete, ringförmige Sicken 21 aufweist. Die beiden Sicken 21 sind vorzugsweise derart angeordnet, dass die Rohrmembran RM₂ zwei einander gegenüberliegende hohlzylindrische Endbereiche 23 aufweist, zwischen denen ein zwischen den beiden Sicken 21 angeordneter mittlerer Membranbereich 25 angeordnet ist. Diese Membranform bietet den Vorteil, dass die Endbereiche 23 zur Befestigung der Rohrmembran RM₂ am Einsatzort zur Verfügung stehen und die Rohrmembranen RM₂ aufgrund der Sicken 21 eine höhere mechanische Stabilität aufweisen und Temperaturwechseln besser standhalten.
3 zeigt hierzu das in 2 dargestellte Werkzeug 11, in das zur Herstellung der die zuvor beschriebenen Sicken 21 aufweisenden Rohrmembranen RM₂ anstelle der in 2 dargestellten Einsätze 15 Einsätze 27 eingesetzt sind, die der Membranform der die Sicken 21 aufweisenden Rohrmembran RM₂ entsprechende den Hohlraum begrenzenden Mantelflächen aufweisen.
4 zeigt einen Druckmittler, der einen Membranträger 29 umfasst, in dem die hier zwei einander gegenüberliegende hohlzylindrische Endbereiche 23 und den zwischen den beiden Sicken 21 angeordneten mittleren Membranbereich 25 aufweisenden Rohrmembran RM₂ einsetzt ist. Genau wie der in 1 dargestellte Druckmittler umfasst auch dieser Druckmittler die unter der Rohrmembran RM₂ im Membranträger 29 eingeschlossene Druckempfangskammer 5 und die an die Druckempfangskammer 5 angeschlossene Druckübertragungsleitung 7, über die der auf die Innenseite der Rohrmembran RM₂ einwirkende Druck p an einen Zielort übertragbar ist. Hierzu ist die Rohrmembran RM₂ auch hier derart in den Membranträger 29 eingesetzt und mit dem Membranträger 29 verbunden, dass deren Innenseite mit dem vom Druckmittler an den Zielort zu übertragenden Druck p beaufschlagbar ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Sicken 21 zu den mit dem Membranträger 29 verbundenen Endbereichen 23 der Rohrmembran RM₂ benachbart angeordnet. Damit befinden sie sich in einem Bereich, in dem bei Temperaturänderungen oder Temperatursprüngen besonders große thermomechanische Spannungen auftreten. Dort bieten sie den Vorteil, dass in diesem Bereich auftretende Spannungsmaxima durch eine elastische Verformung der Sicken 21 abgebaut werden können.
Bei den in 3 und 4 dargestellten Beispielen ist der mittlere Membranbereich 25 der Rohrmembran RM₂ hohlzylindrisch. Alternativ kann er aber auch eine andere durch Innenhochdruckumformung erzeugbare Form aufweisen.
Optional wird auch hier vorzugsweise derart verfahren, dass aus zwei oder mehr formgleichen Rohren 9 jeweils Sicken 21 aufweisende Rohrmembranen RM₂ gefertigt werden, deren Membranformen sich durch die Formgebung der Sicken 21, die Außendurchmesser der Endbereiche 23 und/oder den Außendurchmesser des mittleren hohlzylindrischen Membranbereichs 25 oder die Form des mittleren Membranbereichs unterscheiden.
Alternativ oder zusätzlich hierzu wird durch Innenhochdruckumformung mindestens eine Rohrmembran RM₃ , RM₄ , RM₅ erzeugt, indem das jeweilige Rohr 9 derart umgeformt wird, dass die daraus erzeugte Rohrmembran RM₃ , RM₄ , RM₅ zwei im Wesentlichen hohlzylindrische Endbereiche 23 umfasst, zwischen denen ein mittlerer Membranbereich 31, 33, 35 angeordnet ist, dessen Querschnittsfläche in parallel zu dessen Längsachse verlaufender Richtung variiert. Optional ist dieser mittlere Membranbereich 31, 33, 35 rotationssymmetrisch zur Längsachse der jeweiligen Rohrmembran RM₃ , RM₄ , RM₅ ausgebildet.
5 zeigt als ein Beispiel eine Rohrmembran RM₃ , bei der ein Außendurchmesser des mittleren Membranbereichs 31 ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich 39 in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung abnimmt.
6 zeigt als ein weiteres Beispiel eine Rohrmembran RM₄ , bei der ein Außendurchmesser des mittleren Membranbereichs 33 ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich 33 in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung ansteigt.
Diese Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass über den Anstieg oder den Abfall der Querschnittsfläche die Druckempfindlichkeit der Rohrmembran RM₃ , RM₄ einstellbar ist. Dabei bezeichnet die Druckempfindlichkeit eine Abhängigkeit einer Auslenkung der Rohrmembran RM₃ , RM₄ von dem im Druckmittler auf deren Innenseite einwirkenden Druck p.
Alternativ oder zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird das erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise durch eine dementsprechende Vorgabe mindestens einer Membranform gezielt dazu eingesetzt, in Druckmittlern eingesetzte oder einsetzbare Rohrmembranen herzustellen, die in einem größeren Temperaturbereich eingesetzt werden können und/oder zumindest kurzzeitig größeren Temperatursprüngen ausgesetzt werden dürfen, als aus dem Stand der Technik bekannte Rohrmembranen, ohne dass die Rohrmembran hierdurch nachhaltig beschädigt, z.B. plastisch verformt, wird oder sich deren Druckübertragungseigenschaften nachhaltig verändern. Hierzu eignen sich insb. zur Aufnahme bzw. zum Abbau thermomechanischer Spannungen geeignete und/oder die Stabilität der Rohrmembran zumindest abschnittweise erhöhende Membranformen.
7 zeigt als ein Beispiel hierzu einen Längsschnitt einer durch Innenhochdruckumformung erzeugten oder erzeugbaren Rohrmembran RM₅ , bei der der Außendurchmesser des zwischen den beiden Endbereichen 23 angeordneten, mittleren Membranbereich 35 in parallel zu dessen Längsachse verlaufender Richtung wellenförmig variiert.
Eine derzeit besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, durch Innenhochdruckumformung mindestens eine Rohrmembran RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ zu erzeugen, indem das jeweilige Rohr 9 derart umgeformt wird, dass die dadurch erhaltene Rohrmembran RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ zwei im Wesentlichen hohlzylindrische Endbereiche 23 umfasst, zwischen denen ein mittlerer Membranbereich 35, 37, 39, 41, 43 angeordnet ist, der mindestens eine die Belastbarkeit der Rohrmembran RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ mit thermomechanischen Spannungen und/oder die Stabilität der Rohrmembran RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ zumindest abschnittweise erhöhende Ausbuchtung 44, 45, 47, 49, 51, 53 aufweist. Rohrmembranen RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ dieser Art können Ausbuchtungen 44, 35, 37 unterschiedlicher Anzahl und/oder unterschiedlicher Form aufweisen.
So kann die Membranform der in 7 dargestellten Rohrmembran RM₅ , z.B. derart vorgegeben sein, dass der mittlere Membranbereich 35 mehrere parallel zueinander und koaxial zu dessen Längsachse angeordnete, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen 44 aufweist.
8 zeigt als ein weiteres Beispiel einen Längsschnitt einer Rohrmembran RM₆ , RM₇ , deren mittlerer Membranbereich 37, 39 sich in Längsrichtung parallel zur Längsachse der Rohrmembran RM₆ , RM₇ erstreckende Ausbuchtungen 45, 47 aufweist. Diese Ausbuchtungen 45, 47 können unterschiedliche Querschnittsgeometrien aufweisen. 9 zeigt hierzu ein Beispiel eines Querschnitts der in 8 im Längsschnitt dargestellten Rohrmembran RM₆ , bei dem die Ausbuchtungen 45 jeweils eine trapezförmige Querschnittsfläche aufweisen. 10 zeigt ein weiteres Beispiel eines Querschnitts der in 8 im Längsschnitt dargestellten Rohrmembran RM₇ , bei dem die Ausbuchtungen 47 eine ellipsensegmentförmige Querschnittsfläche aufweisen.
Unabhängig von der Form der Querschnittsfläche sind die Ausbuchtungen 45, 47 vorzugsweise spiegelsymmetrisch zur Längsachse angeordnet und/oder gleichmäßig über den Umfang des mittleren Membranbereichs 45, 47 verteilt angeordnet.
Optional kann auch bei der Herstellung der anhand von 5 bis 7 beschriebenen Rohrmembranen RM₃ , RM₄ , RM₅ derart verfahren werden, dass das jeweilige Rohr 9 zusätzlich derart umgeformt werden, dass der mittlere Membranbereich 31, 33, 35 der dadurch erhaltenen Rohrmembran RM₃ , RM₄ , RM₅ zusätzlich die anhand von 8 bis 10 beschriebenen in Längsrichtung verlaufenden, in 5 bis 7 als Option durch gestrichelte Linien angezeigten Ausbuchtungen 45, 47 aufweist. Dabei weisen die Ausbuchtungen 45, 47 in Längsrichtung einen an die Grundform des jeweiligen mittleren Membranbereichs 31, 33, 35 angepassten Verlauf auf.
Eine derzeit besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass durch Innenhochdruckumformung mindestens eine Rohrmembran RM₈ , RM₉ hergestellt wird, deren zwischen den beiden Endbereichen 23 angeordneter mittlerer Membranbereich 41, 43 mindestens eine koaxial zur Längsachse der Rohrmembran RM₈ , RM₉ ausgerichtete, spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtung 49, 51, 53 aufweist.
11 zeigt hierzu ein Beispiel einer Ansicht einer solchen Rohrmembran RM₈ , deren mittlerer Membranbereich 41 eine spiralförmige, sich in dem dargestellten Beispiel im Wesentlichen über die gesamte Länge des mittleren Membranbereichs 41 erstreckende, spiralförmige Ausbuchtung 49 aufweist. Dabei weist der mittlere Membranbereich 41 eine äußere Mantelfläche auf, deren Formgebung im Wesentlichen der Formgebung einer Schraube mit einem einfachen Außengewinde entspricht.
12 zeigt ein weiteres Beispiel einer Ansicht einer solchen Rohrmembran RM₉ , deren mittlerer Membranbereich 43 zwei spiralförmige, sich in dem dargestellten Beispiel im Wesentlichen über die gesamte Länge des mittleren Membranbereichs 43 erstreckende Ausbuchtungen 51, 53 aufweist. Bei diesem Beispiel sind die beiden spiralförmigen Ausbuchtungen 51, 53 koaxial zueinander und zur Längsachse der Rohrmembran RM₉ angeordnet und relativ zueinander um eine Drehung von 180° um die Längsachse versetzt angeordnet. Dabei weist der mittlere Membranbereich 43 hier eine äußere Mantelfläche auf, deren Formgebung im Wesentlichen der Formgebung einer Schraube mit einem als Mehrfachgewinde ausgebildeten Außengewinde entspricht.
Spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtungen 49, 51, 53 bieten den Vorteil, dass der mittlere Membranbereich 41, 43 extrem stabil ist, und besonders gut in der Lage ist, in unterschiedliche Raumrichtungen wirkende thermomechanische Spannungen durch elastische Verformungen abzubauen.
Dabei verlaufen die spiralförmigen oder spiralsegmentförmige Ausbuchtungen 49, 51, 53 vorzugsweise unter einem Steigungswinkel α von 50° bis 70°. Alternativ oder zusätzlich weisen diese Ausbuchtungen 49, 51, 53 vorzugsweise in parallel zur Längsachse der jeweiligen Rohrmembran RM₈ , RM₉ verlaufender Richtung eine Ausbuchtungsbreite B von 2 mm bis 4 mm auf, und/oder in senkrecht zur Längsachse der jeweiligen Rohrmembran RM₈ , RM₉ verlaufender Richtung eine Ausbuchtungstiefe T von 0,2 mm bis 0,8 mm auf. Zur Veranschaulichung zeigt 11 eine vergrößerte Darstellung des in 11 eingekreisten Ausschnitts der Rohrmembran RM₈ im Längsschnitt, in dem die Ausbuchtungsbreite B und die Ausbuchtungstiefe T eingezeichnet sind. Analog weisen auch die in 7 dargestellten, koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs 35 angeordneten, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen 44 vorzugsweise jeweils in parallel zur Längsachse der Rohrmembran RM₅ verlaufender Richtung eine maximale Ausbuchtungsbreite B von 2 mm bis 4 mm und/oder in senkrecht zur Längsachse der Rohrmembran RM₅ verlaufender Richtung eine Ausbuchtungstiefe T von 0,2 mm bis 0,8 mm Optional kann das zur Herstellung einer der anhand von 5 bis 12 beschriebenen Rohrmembranen RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ verwendete Rohr 9 auch hier durch die Innenhochdruckumformung jeweils derart umgeformt werden, dass die dadurch erhaltene Rohrmembran RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ zusätzlich zu den Ausbuchtungen 44, 45, 47, 49, 51, 53 und/oder dem entsprechend geformten mittleren Membranbereich 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43 die zuvor bereits beschriebenen, zu beiden Seiten des jeweiligen mittleren Membranbereichs 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43 angeordneten Sicken 21 aufweist. Diese Sicken 21 sind in 5 bis 12 als Option durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
Optional wird auch in Verbindung mit der Herstellung von die anhand von 5 bis 12 beschriebenen Membranformen aufweisenden Rohrmembranen RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ vorzugsweise derart verfahren, dass aus zwei oder mehr formgleichen Rohren 9 jeweils Rohrmembranen RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ gefertigt werden, deren Membranformen sich durch die Formgebung der Ausbuchtungen 44, 45, 47, 49, 51, 53, die Formgebung von deren mittleren Membranbereich 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, die Formgebung der Sicken 21 und/oder die Außendurchmesser von deren Endbereichen 23 unterscheiden.
Mit jeweils einer der zuvor beschriebenen, mit dem zuvor beschriebenen Verfahren erzeugten Rohrmembran RM₁ , RM₂ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ ausgestattet Druckmittler weisen vorzugsweise den anhand von 4 beschriebenen Aufbau auf. Dabei kann in dem Membranträger 29 anstelle der in 4 dargestellten Rohrmembran RM₂ alternativ natürlich auch eine der anhand der 1 und 5 bis 12 beschriebenen Rohrmembranen RM₁ , RM₃ , RM₄ , RM₅ , RM₆ , RM₇ , RM₈ , RM₉ eingesetzt und derart druckfest mit dem Membranträger 29 verbunden sein, dass sie die darunter eingeschlossene Druckempfangskammer 5 verschließt. Als druckfeste Verbindung eignet sich z.B. eine Lötung oder eine Schweißung.
Bezugszeichenliste

1: Rohrmembran
3: Rohrsegment
5: Druckempfangskammer
7: Druckübertragungsleitung
9: Rohr
11: Werkzeug
13: Halbschale
15: Einsatz
17: Begrenzung
19: Anschluss
20: Vorrichtung
21: Sicke
23: Endbereich
25: Membranbereich
27: Einsätze
29: Membranträger
31: Membranbereich
33: Membranbereich
35: Membranbereich
37: Membranbereich
39: Membranbereich
41: Membranbereich
43: Membranbereich
44: Ausbuchtung
45: Ausbuchtung
47: Ausbuchtung
49: Ausbuchtung
51: Ausbuchtung
51: Ausbuchtung
51: Ausbuchtung

Claims

Verfahren zur Herstellung von einer oder mehreren metallischen Rohrmembranen (RM₁, RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) für Druckmittler, bei dem für jede herzustellende Rohrmembran (RM₁, RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) jeweils ein hohlzylindrisches, metallisches Rohr (9) bereitgestellt wird, und die jeweilige Rohrmembran (RM₁, RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) aus dem jeweiligen Rohr (9) gefertigt wird, in dem das Rohr (9) durch Innenhochdruckumformung derart umgeformt wird, dass es eine für die jeweilige Rohrmembran (RM₁, RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) vorgegebene Membranform aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Innenhochdruckumformung jeweils in einem einzigen Umformprozess oder in zwei oder mehr aufeinander folgenden Umformprozessen durchgeführt wird, wobei das umzuformende Rohr (9) bei jedem Umformprozess in einen in einem formgebenden Werkzeug (11) eingeschlossenen Hohlraum eingesetzt wird und dessen Rohrinnenraum mit einem dessen Umformung bewirkenden Innendruck (p_IHU) beaufschlagt wird, und wobei der Hohlraum außenseitlich allseitig durch eine Begrenzung (17) begrenzt ist, deren Formgebung der in dem jeweiligen Umformprozess zu erzielenden Außengeometrie des umgeformten Rohrs (9) entspricht, wobei die in dem einzigen oder die in dem letzten Umformprozess zu erzielende Außengeometrie der vorgegebenen Membranform entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Begrenzung (17) jeweils durch innere Mantelflächen von in das Werkzeug (11) eingesetzten, austauschbaren Einsätzen (15, 27) gebildet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, bei dem die bereitgestellten Rohre (9) a) mindestens ein Rohr (9) aus Edelstahl, aus Tantal oder aus einem eine Nickelbasislegierung umfassenden Werkstoff umfassen, b) einen Rohraußendurchmesser von 10 mm bis 90 mm aufweisen, und/oder c) eine Rohwandstärke von 0,05 mm bis 0,1 mm aufweisen
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, bei dem mindestens eine der Rohrmembranen (RM₁, RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) im Anschluss an die Innenhochdruckumformung spannungsarmgeglüht wird, mindestens eines der umzuformenden Rohre (9) in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Umformprozessen umgeformt wird und nach mindestens einem dieser Umformprozesse, auf den ein weiterer Umformprozess folgt, weichgeglüht wird, bei der Durchführung mindestens einer der Innenhochdruckumformungen mindestens ein Umformprozess durchgeführt wird, bei dem das umzuformende Rohr (9) vor dem Umformprozess auf eine Umformtemperatur aufgeheizt und/oder während des Umformprozesses auf der Umformtemperatur gehalten wird, und/oder aus zwei oder mehr formgleichen Rohren (9) Rohrmembranen (RM₁, RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) mit unterschiedlichen vorgegebenen Membranformen gefertigt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, bei dem die Rohre (9) in Form von einer oder mehreren Rohr-Gruppen derart bereitgestellt werden, dass jede Rohr-Gruppe zwei oder mehr formgleiche Rohre (9) umfasst und die Rohre (9) verschiedener Rohr-Gruppen verschiedene Formen aufweisen, und aus den Rohren (9) einer jeden Rohr-Gruppe jeweils Rohrmembranen (RM₁, RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) mit unterschiedlichen für die jeweilige Rohr-Gruppe vorgegebenen Membranformen gefertigt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6, bei dem mindestens eine Rohrmembran (RM₁) erzeugt wird, indem das jeweilige Rohr (9) derart umgeformt wird, dass die daraus erzeugte Rohrmembran (RM₁) als hohlzylindrische Rohrmembranen (RM₁) ausgebildet ist, die einen durch die vorgegebene Membranform vorgegebenen Außendurchmesser aufweist, wobei der Außendurchmesser größer als ein Rohraußendurchmesser des Rohrs (9) und kleiner gleich einem von dem Rohraußendurchmesser, der Wandstärke und dem Rohrwerkstoff des Rohrs (9) abhängigen Maximaldurchmesser und/oder kleiner gleich einem 1,7-fachen des Rohraußendurchmessers ist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem aus zwei oder mehr formgleichen Rohren (9) jeweils holzylindrische Rohrmembranen (RM₁) gefertigt werden, die unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 8, bei dem mindestens eine Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) erzeugt wird, indem das jeweilige Rohr (9) derart umgeformt wird, dass die dadurch erhaltene Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur Längsachse der Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) angeordnete, ringförmige Sicken (21) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 9, bei dem mindestens eine Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) erzeugt wird, indem das jeweilige Rohr (9) derart umgeformt wird, dass die daraus erzeugte Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) zwei im Wesentlichen hohlzylindrische Endbereiche (23) umfasst, zwischen denen einen ein mittlerer Membranbereich (25, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) angeordnet ist, und diese Rohrmembranen (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) mindestens eine Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇) umfassen, die a) zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur Längsachse der Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) angeordnete, ringförmige Sicken (21) aufweist, wobei die Sicken (21) zwischen den beiden Endbereichen (23) angeordnet sind und der mittlere Membranbereich (25, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) zwischen den beiden Sicken (21) angeordnet ist, und/oder b) deren mittlerer Membranbereich (25, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43): b1) hohlzylindrisch ist, b2) eine Querschnittsfläche aufweist, die in parallel zu dessen Längsachse verlaufender Richtung variiert, b3) einen Außendurchmesser aufweist, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich (31) in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung abnimmt, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich (33) in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung ansteigt, oder der in parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (35) verlaufender Richtung wellenförmig variiert, b4) mindestens eine eine Belastbarkeit der Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) mit thermomechanischen Spannungen und/oder eine Stabilität der Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) zumindest abschnittweise erhöhende Ausbuchtung (44, 45, 47, 49, 51, 53) aufweist, b5) parallel zueinander und koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (35) angeordnete, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen (44) aufweist, b6) parallel zur Längsachse dieses Membranbereichs (37, 39) verlaufende Ausbuchtungen (45, 47), parallel zur Längsachse dieses Membranbereichs (37, 39) verlaufende, spiegelsymmetrisch zur Längsachse angeordnete und/oder gleichmäßig über den Umfang des mittleren Membranbereichs (37, 39) verteilt angeordnete Ausbuchtungen (45, 47), parallel zur Längsachse dieses Membranbereichs (37) verlaufende Ausbuchtungen (45) mit trapezförmiger Querschnittsfläche oder parallel zur Längsachse dieses Membranbereichs (39) verlaufende Ausbuchtungen (47) mit ellipsensegmentförmiger Querschnittsfläche aufweist, oder b7) eine oder mehrere spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtungen (49, 51, 53) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem aus zwei oder mehr formgleichen Rohren (9) Rohrmembranen (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) gefertigt werden, deren Membranformen sich durch die Formgebung der Ausbuchtungen (44, 45, 47, 49, 51, 53), die Formgebung von deren mittleren Membranbereich (25, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43), die Formgebung der Sicken (21) und/oder die Außendurchmesser von deren Endbereichen (23) unterscheiden.
Mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 11 hergestellte Rohrmembran (RM₁, RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉).
Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) gemäß Anspruch 12, mit zwei im Wesentlichen hohlzylindrischen Endbereichen (23) und einem zwischen den Endbereichen (23) angeordneten mittleren Membranbereich (25, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43), a) wobei die Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur Längsachse der Rohrmembran (RM₂) angeordnete, ringförmige Sicken (21) aufweist, wobei die Sicken (21) zwischen den beiden Endbereichen (23) angeordnet sind und der mittlere Membranbereich (25, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) zwischen den beiden Sicken (21) angeordnet ist, und/oder b) wobei der mittlere Membranbereich (25, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43) der Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉): b1) hohlzylindrisch ist, b2) eine Querschnittsfläche aufweist, die in parallel zu dessen Längsachse verlaufender Richtung variiert, b3) einen Außendurchmesser aufweist, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich (31) in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung abnimmt, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich (33) in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung ansteigt, oder der in parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (35) verlaufender Richtung wellenförmig variiert, b4) mindestens eine eine Belastbarkeit der Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) mit thermomechanischen Spannungen und/oder eine Stabilität der Rohrmembran (RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) zumindest abschnittweise erhöhende Ausbuchtung (44, 45, 47, 49, 51, 53) aufweist, b5) parallel zueinander und koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (35) angeordnete, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen (44) aufweist, b6) parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (37, 39) verlaufende Ausbuchtungen (45, 47), parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (37, 39) verlaufende, spiegelsymmetrisch zur Längsachse angeordnete und/oder gleichmäßig über den Umfang des mittleren Membranbereichs (37, 39) verteilt angeordnete Ausbuchtungen (45, 47), parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (37) verlaufende Ausbuchtungen (45) mit trapezförmiger Querschnittsfläche oder parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (39) verlaufende Ausbuchtungen (47) mit ellipsensegmentförmiger Querschnittsfläche aufweist, oder b7) eine oder mehrere spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtungen (49, 51, 53) aufweist.
Rohrmembran (RM₅, RM₈, RM₉) gemäß Anspruch 12 bis 13, die zwei im Wesentlichen hohlzylindrische Endbereiche (23) und einen zwischen den Endbereichen (23) angeordneten mittleren Membranbereich (35, 41, 43) umfasst, wobei der mittlere Membranbereich (41, 43) mindestens eine spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtung (49, 51, 53) umfasst, die unter einem Steigungswinkel von 50° bis 70° verläuft, die in parallel zur Längsachse der Rohrmembran (RM₈, RM₉) verlaufender Richtung eine Ausbuchtungsbreite (B) von 2 mm bis 4 mm aufweist, und/oder die in senkrecht zur Längsachse der Rohrmembran (RM₈, RM₉) verlaufender Richtung eine Ausbuchtungstiefe (T) von 0,2 mm bis 0,8 mm aufweist, oder der mittlere Membranbereich (35) parallel zueinander und koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (35) angeordnete, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen (44) aufweist, die in parallel zur Längsachse der Rohrmembran (RM₅) verlaufender Richtung eine Ausbuchtungsbreite (B) von 2 mm bis 4 mm aufweisen, und/oder in senkrecht zur Längsachse der Rohrmembran (RM₅) verlaufender Richtung eine Ausbuchtungstiefe (T) von 0,2 mm bis 0,8 mm aufweisen.
Druckmittler mit einer Rohrmembran (RM₁, RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) gemäß Anspruch 12 bis 14, der einen Membranträger (29) umfasst, in den die Rohrmembran (RM₁, RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇) derart eingesetzt und mit dem Membranträger (29) verbunden ist, dass deren Innenseite mit einem Druck (p) beaufschlagbar ist, der eine im Membranträger (29) unter der Rohrmembran (RM₁, RM₂, RM₃, RM₄, RM₅, RM₆, RM₇, RM₈, RM₉) eingeschlossene Druckempfangskammer (5) umfasst, und der eine an die Druckempfangskammer (5) angeschlossene Druckübertragungsleitung (7) umfasst.