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Bimetall-Auadehnungskorper Bimetalle beetehen bekanntlich aus zwei
mineinander verbundenen Komponenten von Metallen bzw. Legierungen, die einen m~glichat
gro~en Unterschied der Wõrmeausdehnungskoeffirient aufweiaen Wird ein solches Bimetall
erwärmte so Ut es h derart. daß es die form einer Kugelsohale annehmen will.
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In der Technik werden solohe Bimetalle zur temperaturgesteaerten Regelung
oder zur Temperaturanzeige verwendet, wobei aie bei veränderlicher Temperatur eine
möglichst große Ausbiegung besitzen sollen. Bei der Verwendung soloher Bimetalle
in der mit Dampf arbeitenden Wõrmewirtsohaft, z.B. zur Steuerung von Kondenswasserableitern,
tritt au~erdem noch die Forderung nach Korrosionsbestõndigkeit gegen-³ber str~mandem
Wasserdampf oder Kondenswasser auf.
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Bei den ³blichen Bimetallen basteht die Komponente mit dem niedrigen
Ausdehnungskoeffizienten meist aus Eisen-Nickel-Lagierungen mit etwa 38-54% Nickel,
wõhrend die Komponenten mit dem hohen Ausdehnungskoeffizienten aus Legierungen zozo
Eisan-Nickel-Mangau oder Kupfer-Nickel-Mangan bestehen.
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Diese Bimetalle erf³llen zwar die Forderung nach einer ausreichend
gro~en Ausbiegung, sind daf³r aber nicht korrosionsbestõndig.
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Man kann zwar ein@ g@wisse Korrosionebestõndigkeit durch Anbringen
von galvanisch aufgebrachten ~berz³gen erreiohen, was auch in der Praxis oft durchgef³hrt
wird, jedoch befriadigt diese L~sung wegen dem die Fertigung erheblich @ @@@@@@@@@@@
@@@@ @@@@ gaben diese ~ber z³g@ den Bimetallen, walcha beispielsweise mit Wasserdampt
in Ber³hrung kommsn, nicht den Schutz, den man sich von ihnen verspricht; denn schon
wenige Poren im ~berzug haben eine Korrosionsunterwanderung zur Folge, welche die
erstrebte
Schutzwirkung erheblich herabsetzt. AuBerdem wird die
Schutzschicht auf der Seite der gr~~eren Wärmeausdehnung wegen der dort auftretenden
Zugspannungen leicht rissige Man hat deshalb vorgeschlagen, f³r die beiden Komponenten
nichtrostende Stõhle zu verwenden, wobei z. B. für die Komponenten mit niedriger
Ausdehnung nichtrostender austenitischer Chrom-Nickel-Stahl mit beispielsweise 8%
Nickel, 18% Chrom und Rest Eisen verwendet wird, wõhrend f³r die Komponenten mit
hoher Auadehnung eine Legierung von 10% kupfer, 16% Nickel und 74% Mangan verwendet
wird. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, f³r die Komponenten mit hoher Ausdehnung
den rostfrsien austenitischen 18/8 Chrom-Nickel-Stahl und f³r die Komponente mit
geringer ger Wõrmeausdehnung den rostfreien ferritischen 13%igen Chrom-Stahl zu
verwenden Bei diesen Bimetallen wurde nu. zwarweitgehendein Korrosionsangriff ausgeschaltet,
jedech konnte dieser Vorteil nur auf Kosten der Ausbiegefõhigkeit orkauft werden.
Insbesondere bei solehen Bimetallen, die sur Steuerung von Ventilen einen ausreichand
gro~en Hubweg haben m³ssen und in dampfdurchstr~mten Rõumen untergebracht sind,
macht sich eine solche Verringerung der Ausbiegung sahr nacht@llig bemerkbar. Bei
Bimetallen, die Scheibenform haben und @@ mehreren ³bereinander geschichtet eine
Bisõulo bi@-don, lõ~t sich zwar der garinge Hub, der durch @@ Mehrzahl an Einzelelementen
vervielfacht wird, @@ durch wieder auf eine ausreichende Gr~~e bringen, da~ man
einfach die Anzahl der sich bei Temperatur-@@@@@ung geganlõ@@ig @@@@@@@@@@@@@b@n
erbl, h~ht, @@@@ @@dingt aber @@@@@ @@@ @@@@ @@@@ terialaufwand, sondern macht auch
eine Vergr~~erung des die Bi-Sõule aufnehmend@n G@hõuses erforderlish,
was
wiederum einen erh~hten Raumbedarf fUr die ganze Armatur, z.B. einen Kondenswasserableiter,
zur Folge hato Die vorauagegangenen Betrachtungen zeigen, da~ bisher die Erf³llung
der gestellten Forderungen auf Grund der entgegengesetzt gerichteten Eigenschaften
der zur Verfügung stehenden Metalle nur mit einem erheblichen technischen Aufwand
m~glich war, der sich vor allem herstellungsmäßig sehr verteuernd auf die jeweilige
Armatur auswirkte.
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Eingehende Versuche mit nicht korrosionsbeständigen Nickel-Stählen
haben nun aber gezeigt, daß der Korrosionsangriff nur dann unzulõssig gro~ wird,
wenn diese Stähle den in Bewegung befindlichen Medien, wie Dampf oder Kondenswasser,
ausgesetzt sind, da~ jedoch ³berraschenderweise der Korrosionsangriff bei beruhigtem
Medium demgegenüber derart verzögert vor sich gehtp daß diese Stähle eine Haltbarkeit
zeigen, die derjenigen bei Anwendung in bewegtem Medium um ein Erhebliches Vielfaches
³bersteigt Diese Erscheinung lõ~t sich dadurch erklõren, daß zwischen der metallischen
und der Mediums grenzschicht ein Neutralisationsprozess wirksam wird, der sich korrosionshemmend
auswirkt.
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Von dieser Erkenntnis macht nun die vorliegende Erfindung Gebrauch,
um die vorher aufgezeigten Mängel bei solchen AusdehnungkSrpern zu vermeiden, welche
bewegtem Dampf oder Kondenswasser ausgesetzt sinua wie dies z.B. bei Kondenswasserableitern
der Fall ist. Nach der Aufgabenstellung strebt die Erfindung an, einen Bimetall-Ausdehnungsk~rper
zu schaffen, der nicht nur je Bimetall-Element eine erh~hte Ausbiegung sondern auch
eine völlig ausreichende Korrosionsbestõndigkeit aufweist.
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Die e L~sung der gestellten Aufgabe wird darin gesehen, da~ die Komponente
des Bimetalles mit gro~er Wõrmeausdehnung dem bewegten Teil des Mediums ausgesetzt
ist und aus korrosionsbeständigem Stable z. B austenitischem 18/8%igem Chrom-Nickel-Stahl,
besteht, wõhrend die andere Komponente nur mit einem beruhigten Teil des Mediums
in Ber³hrung kommt und aus einem nicht korrosionsbestõndigen Stahl geringer Wõrmeausdehnung,
zp Invar-Stahl mit ca. 30-36% Nickel, besteht.
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Durch diese Ma~nahm@ lassen sich Bimetall-Ausdehnungskorperschaffen,dieaufdereinenSeitedurchdie
Verbindung von Komponentenstõhlen mit den Wõrmeausdehnungszahlen 18x10-6 und~0 zu
Bimetallen einen au~erordentli großen Hub haben, während auf der anderen 8eite dadurchdaßdie'Komponenteausnichtkorrosionsbestõndigem
Invar-Stahl mit der Wõrmeausdehnungszahl 0 0 von dem bewegten Medium ferngehalten
wird und nur mit einem beruhigten Medium in Ber³hrung kommt, der Korrosionaangriff
infolge der auftretenden Neutralisation an den Grenzzonen zwischen Medium und Metall
derart verzögert ist, daß erfindungsgemäß gefertigte Bimetall-Ausdehnungsk~rper
eine derart ausreichend hohe Lebensdauer haben, die derjenigen von Bimetallen aus
nichtrostendem Stahl praktisch nicht nachsteht.
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Ale Ausf³hrungsvorschlag wird nach der Erfindung dem Ausdehnungsk~rper
zweckmõ~ig eine derartige Gestalt gegeben, deS er im erwärmten Zustand ein oder
mehrere vom bewegten Medium umsp³-lte Hohlrõume mit in ihrem Innern zur Ruhe gebrachten
Medium bildet « wobei die Innenwandungen der Hohlräume aus dem nicht korrosionsbestõndigen
Stahl bestehen. So kann der Ausdehnungskorper beispielsweise aus einer Säule von
mindestens zwei Sbereinander liegenden an sich bekennten und bei Erwõrmung sich
entgegengesetzt ausw~lbenden Bimetall-8oheiben beetehen, deren nicht korrosionsbeständige
Komponenten mit der geringen Wõrmeausdehnung einander Bugekehrt aindp
Um
einen Korrosionsangriff an den lande 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 SchutzUberzug zu versehen. Der Schutz³berzug kann hierbei aus einer galvanisch
aufgebrachten Metallschicht bestehen. Es ist aber auch m~glich, die Rõnder der Bimetall-Scheiben
durch einen korrosionsbeständigen Falzring einzeln oder paarweise gemeinsam einzufassen.
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Die Verbindung der einzelnen Komponenten su einer Bimetall-Scheibe
wird zweckmõ~ig durch Punkt- oder RollennahtschweiSung vorgenommen, was eine sichere
und schnelle Doublierung der Komponenten erm~glicht.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausf³hrungsbeispiele der erfindungsgemäß
hergestellten Bimetall-Ausdehnungsk~rper sohematisch dargestellto Es zeigen Fige
1 einen Schnitt durch einen aus mehreren Bimetall-Scheiben bestehenden Ausdehnungskorper
einer Bi-Säule in erwärmtem Zustand und Figo 2-5 -5 verschiedene Ausbildungen der
sich ber³hrenden Randzonen und Stirnflõchen eines Bimetall-Scheibenpaares.
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In den Zeiohnungsfiguren ist die Komponente mit der grdBaren Wõrmeausdehnung,
die aus korrosionsbestõndigem Stahl, z.B. austenitischem 18/8%igem Chrom-Nickel-Stahl,
besteht, mit 1 und die Komponente mit der geringeren Wõrmeausdehnung, die aus einem
nicht korrosionsbestõndigen Stahl, beispielsweise Invar-Stahl mit ca. 36% Nickel,
besteht, mit 2 bezeichnet. Nach dem vorliegenden Ausf³hrungabeispiel haben die Bimetalle,
wi@ an sich bekannt, Scheibenform und liegen jeweils paarweise aneinander, wobei
die e gleichen Komponenten einander zugekehrt sind, so da~ sie sich bei Erwõrmung
entgegengesetzt suswblten und einen Hbhlraum
3 bilden Während nun
die korrosionsbeständigen Komponenten 1 dem bewegten Medium ausgesetzt sind, kommen
die nichet korrosionsbeständigen Komponenten 2 in dem sich bildenden Hohlraum 3
nur mit dem beruhigten Medium in Ber³hrung.
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Um das beruhigte Medium im Hohlraum 3 von dem bewegten Medium getrennt
zu halten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Randzonen durch besondere Formgebung
zu Dichtfldchen auszubilden, was gemõ~ Fig. 2 dadurch orm~glicht ist, da~ der Rand
der einen Bimetall-Scheibe als Hohlkehle 4 und der Rand der anderen Bimetall-Scheibe
ale ein der Hohlkehle angepaseter gewdlbter Wulst 5 ausgebildet ist. Hierdurch wird
erreicht, daS bei geringf³gigen ~nderungen der Ausbiegungen, die durch Temperaturänderungen
hervorgerufen werden, der dichte Abschlu~ in den Randzonen, an denen die atõrkste
Str~mung auftritt, gewõhrleistet bleibt.
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Zum Schutz der Stirn-und Randkanten der Bimetall-Scheiben sind diese
gem. Fig. 3 im Bereich ihrer Randzonen mit einem galvanisch aufgebrachten Überzug
6 verseheno so da9 ein Korrosionaangriff auch von dieser Seite her verhindert ist.
3 ? igo 4 zeigt einen Kantenschutz durch Aufbringen eines korrosionsbeständigen
Falzringes 7 aufdieKantenderBimetall-ScheibenwährendnachFig.5 ein Falzring 8 die
beiden Randkanten zweier Bimetall-Scheiben zusammenfa@t.
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Palle die Bimetall-Scheiben weitere Bohrungen aufweisen, z.B. eine
Bohrung 9 f³r den Ventilschaft, so ist zu empfehlen,auchdieRänderdieserBohrungenmiteinem
entsprechenden Schutz³berzug 10 zu versehen.