DE2116967A1 - Verfahren zur Herstellung von Eckstücken für Expansionsglieder - Google Patents

Description

DIPPING. H. MARSCH i Düsseldorf,

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Beschreibung zur Patentanmeldung

der Combustion Engineering Inc., Windsor, Connecticut 06095, USA

betreffend

Verfahren zur Herstellung von Eckstücken für Expansionsglieder.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eckstücken für Expansionsglieder mit U-förmigem Querschnitt aus ebenen Blechstücken,

Leitungen, welche zum Transport von Fliessmitteln dienen, die wechselnde Druck- und Temperaturbedingungen aufweisen können, weisen normalerweise Expansionsglieder auf, um die infolge der Änderungen des Fliessmittels auftretenden Relativbewegungen auszugleichen. Bisher wurden dabei Expansionsglieder in Form von Bälgen verwendet, bei denen ein Verbindungsglied aus einer Vielzahl V-förmiger Metallfalten besteht, welche zwischenEinander angrenzenden Leitungsabschnitten angeordnet sind. Während sich derartige Expansionsglieder in System bewährt haben, in denen relativ saubere Fliessmittel transportiert werden, sind sie bei Systemen, bei denen mit Partikeln beladene Fliessmittel gefördert werden müssen, beispielsweise in Leitungssystemen von Dampferzeugern, in denen Heizgase, welche Flugaschenpartikel enthalten, und andere schmutzbeladene Fliessmittel transportiert werden, nur begrenzt verwendbar. Es hat sich gezeigt, dass die festen Partikel beim Durchströmen der Gase duroh die Expansionsglieder abgeschieden werden und sich in den Falten der

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Expansionsglieder ansammeln. Nach Ansammlung einer hinreichend grossen Anzahl fester Partikel werden die Verbindungsglieder verstopft oder auf andere Weise nachteilig beeinflusst. Zur Lösung dieses Problems wurde es bereits vorgeschlagen, ein Expansionsglied zu verwenden, welches aus einer flexibeln Membran besteht und dessen dem strömenden ausgesetzte Innenfläche eine glatte j kontinuierliche Form aufweist. !Bei derartigen Expansionsgliedern findet eine U-förmige Blechmembran Verwendung, welche sich mit nacfe^S^gender konvexer Fläche über den Raum zwischen den einander benachbarten Leitungsabschnitten erstreckt. Durch diese Anordnungen werden Ausnehmungen oder andere Zwischenräume vermieden, in denen sich k die aus den Fliessmittelstrom ausgeschiedenen Teilchen niederschlagen können.

Die Erfindung betrifft die mit der Herstellung von Expahsionsgliedern zur Verbindung von Leitungsabschnitten mit rechteckigem Querschnitt verbundenen Probleme. Bei derartigen Expansionsgliedern, welche eine.rechteckige Gestalt aufweisen,

müssen die Ecken an den Seiten miteinander verbunden werden. Es wurde bereits vorgeschlagen, diese Verbindung durch eine Gehrungsverbindung benachbarter Seiten an den Ecken zu bewerkstelligen. Hierdurch entstehen jedoch an den Ecken Spannungskonzentrationsstellen, welche die Zuverlässigkeit der Konstruktion nachteilig beeinflussen. Diese schädlichen Effekte f beruhen darauf, dass die Möglichkeit von Ermüdungsbrüchen geschaffen wird. Dieses ^roblem kann wiederum dadurch gelöst werden, dass die Expansionsglieder mit abgerundeten Ecken hergestellt werden. Die Herstellung derartiger abgerundeter Ecken mittels konventioneller !Formverfahren bietet jedoch wegen der Grosse des Durchmesser-Dicke-Verhältnisses Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zuur Herstellung verbesserter Expansionsglieder zu schaffen, durch

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welches es ermöglicht wird, Expansionsglieder mit abgerundeten Ecken schnell mit geringen Kosten herzustellen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe "bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung gelöst durch die Schritte:

a) Herstellung einer zentralen Öffnung in dem Blechstück;

b) Verformung des Blechstückes in der Umgebung der Öffnung in eine gewölbte Rollfläche j welche in dem Querschnitt

( * gewölbt ist und deren Oberfläche an dem Ende, welches den kleineren Durchmesser aufweist, im wesentlichen tangential zu einer Parallelen zur Achse der Öffnung verläuft;

c) Anordnung eines Paares identisch geformter Blechstücke derart, dass die kreisbogenförmig geformten, einen kleineren Durchmesser aufweisenden Enden dicht aneinanderliegen;

d) Verschweissen der aneinanderstossenden Blechstücke entlang ihrer Berührungslinie; und

e) Trennung der so gebildeten Anordnung in der Weise, dass Eckstücke mit einer Erstreckung von im wesentlichen 9o Grad entstehen.

Durch die Erfindung wird ein neues Verfahren zur Herstellung von Expansionsgliedern geschaffen. Speziell handelt es sich darum, in verbessereter Form gewölbte Eckstücke herzustellen, welche zwischen den geraden Seitenteilen von Expansionsgliedern, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, angebracht werden, wobei die Expansionsglieder im Querschnitt U-förmig sind.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Blechplatten mit einer zentralen öffnung in eine gebogene Form gebracht, in der sie eine gewölbte Rollfläche mit im wesentlichen J-iörmigem Querschnitt aufweisen. Diese Metallverformung erfolgt durch Druckverformung auf einer Druckdrehbank. Danach wird ein Paar derart geformter Platten

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so angeordnet, dass sie eng aneinanderschliessen, woraufhin sie entlang ihrer Stosslinie mit-einander verschweisst werden. Danach wird die Anordnung in Quadranten unterteilt, von denen jeder eines der S vier Eckstücke des Expansionsgliedes bilden.

Gemäss einer anderen Ausführungsform des Verfahrens kann die Platte nach der Druckverformung halbiert werden, woraufhin die Plattenhälften stumpf zusammengeschweisst werden, so dass sie eine Anordnung bilden, welche nach der Halbierung zwei Eckstücke liefert.

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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Dabei zeigt

!Pigur 1 in bildlicher Darstellung zwei rechteckige Leitungsisschnitte, welche mittels eines gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Expansionsgliedes miteinander verbunden sind;

Figur 2 ein Expansionsglied nach der Erfindung in der Draufsicht;

Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Figur 2,

Figur 4 eine typische Metallblechplatte vor der erfindungsgemässen Verformung in ein Eckstück;

Figur 5 in schematischer Darstellung eine Metallblechplatte, welche gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren druckverformt wird; Figur 6 in üildlieher Darstellung zwei spiegelbildlich zueinander hergestellte Platten vor dem Zusammenbau;

Figur 7 zwei fertige Platten nach dem Zusammenbau in der Seitenansi cht; und

Figur 8 in bildlicher Darstellung ein typisches, gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes Bckstüc&j während Fig. 9 bildlich die verbundenen Platten gemäß Fig. 7 wiedergibt. Figur 1 zeigt einun Teil eines Leitungssystems 1o zur Leitung von gasförmigen Fliessmitteln bei hohen Drucken und Tempe-

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raturen. Das System kann beispielsweise Teil tiner ±5renngas-Ablassleitung eines Dampferzeugers (nicht gezeigt) sein. Wie gezeigt, weist das System ein Paar mit Abstand angeordneter, axial miteinander ausgerichteter Leitungsabschnitte 12, 14 auf, die bei der beschriebenen Anordnung rechteckigen Querschnitt haben. Die beiden Leitungsabschnitte 12, 14 sind mittels eines Expansionsgliedes 16 miteinander .verbunden, welches dazu uient, die Relativbewegung auszugleichen, die normalerweise bei Änderungen der Temperatur oder des Druckes der in den Leitungen geführten Gase zwischen den Leitungsabschnitten auftreten.

Das Expansionsglied 16 ist mit den Leitungsabschnitten 12, 154 mittels einer geeigneten Rahmenanordnung verbunden, wie sie bei 32, 34 gezeigt und im folgenden im einzelnen beschrieben ist. Das Expansionsglied weist eine nach innen gewölbte, flexible Blechmembran 18 auf, welche rechtwinklig angeordnete Seiten- und Endteile 2o bzw. 22 umfasst. Die Teile 2o, 22 sind mittels Eckstücken 26 miteinander verbunden, so dass die Leitungsabschnitte 12, 14 die beschriebene rechteckige Gestalt haben. Die Seiten- und Endteile 2o, 22 sine wie bei 24 gezeigt, stumpf an den Eckstücken 24 angeschweisst.

Wie am besten in Figur 3 geezeigt, ist die Membran 18, welche das Expansionsglied 16 umfasst, im Schnitt durch einen im wesentlichen halbkreisförmigen gebogenen Abschnitt 28 begrenzt, der an beiden Enden in einander gegenüberliegende, gerade Schenkel 3o übergeht. Die Membran ist in aem Expansionsglied so angeordnet, dass die konvexe Seite des gebogenen Abschnittes 28 nach innen angeordnet ist, so dass sie zu dem von den Leitungsabschnitten 12, 14 gebildeten Strömung sdurchlass hinweist und zu den diesen durchströmenden Gasen „inzeigt. Durch diese Anordnung werden langgestreckte Spalte oder Ausnehmungen vermieden, die oei normalen Federbalgverbindungen auftreten, -o dass das nach dem erfindung^- gemässen Verfahren hergestellte Expansionsglied keine An-

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Sammlung von präzipitierten Partikeln und ein damit verbundenes Zusetzen zulässt.

Wie bereits beschrieben, ist die Membran 1b zwischen den benachbarten Ltitungsabschnitten 12, 14 mittels einander gegenüberliegend mit Abstand angeordneten Rahmenanordnungen 32, 54 befestigt. Diese Anordnungen weisen in ihrer einfachsten Form, wie sie in den Zeichnungen dargestellt ist, rechtwinklig angeordnete Bauteile 36 auf, die hier aus Winkelstücken bestehen, derer einer Arm fest an der Aussenfläche des benachbarten Leitungsabschnittes angesühweisst ist deren anderer Arm in ähnlicher Weise mit eier Membran 16 verbunden ist. Da die Membran 1b verhältnismässig dünn ist, wobei Blechdicken von 12 bis 16 (12 bis 16 gauge) bevorzugt sind, ist es von Vorteil, die Verbindung in der Werksanlage durch Anschweissen der Schenkel 5o der Membran an langgestreckxe Platten oder Stangen 38 oder 4o herzustellen, welche dann wiederum am Verwenuungsort (FeIdschweissung) mit den Bauteilen verschweisst werden, da bei einer direkten FeI dans chwei ssung der ■membran an die Bauteile die Membran wegen ihrer geringen Dicke beschädigt werden könnte. Das hier beschriebene Expansionsglied selbst ist nicht Gegenstand der Erfindung. Die Erfindung ist vielmehr in dem erfindungsgemässen Herstellungsverfahren zu sehen, nachdem die Ecks'dicke 26 der Membran 1ö hergestellt werden. Das Verfahren wird im folgenden unter besonderer Bezugnahme auf die Figuren 4 bis der Zeichnung beschrieben, welche die verschiedenen Schritte zeigen, in denen das Verfahren ausgeführt wird. Im weiteren Verlauf der Beschreibung sind kleine Buchstaben verwendet, um die verschiedenen Elemente in ihrer Beziehung zum Herstellungsverfahren zu kennzeichnen«, Dies unterscheidet die im folgenden verwendeten Zeichen zur Kennzeichnung der \Terfahrensschritte von den Bezugszeichen, welche zur Be·· eichnung der verschiedenen Elemente des fertig zusammen- g' bauten Expansionsgliedes weiter oben verv/endet werden.

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SAD ORJQlNAL

Figur 4 zeigt ein ebenes Blechstück a, welches bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen kreisförmigen Umfang hat, welches jedoch ebenso auch mit rechtwinklig zueinander verlaufenden Seiten dargestellt sein könnte. Das Blechstück a weist eine mittlere Öffnung b auf, deren Durchmesser gross genug ist, damit das Blechstück in der im folgenden beschriebenen V/eise einer Druckverformung (Verformung auf einer Drückdrehbank) unterworfen werden kann.

G-emäss dem erfindungsgemässen Verfahren wird das Blechstück a in einem Spannwerkzeug c eingespannt, welche an der Planscheibe d einer Drückdrehbank befestigt ist, um daraufhin w einer Druckverformung unterworfen zu werden. Die Spannvorrichtung c, meistens aus Holz bestehend, weist eine im Querschnitt kreisbogenförmige Aussenflache e auf, welche mit einer Drückrolle f derart zusammenwirkt, dass das Blechstück a eine konzentrisch um die Öffnung d verlaufende Rollfläche e erhält. Wie in Figur 5 gezeigt, besteht die kreisbogenförmig ausgebildete Aussenfläche e der Spannvorrichtung c aus einem sich über annähernd 9o G-rad erstreckenden Kurvenabschnitt. Hierdurch ist die am Blechstück a ausgebildete Rollfläche g im wesentlichen J-förmig im Schnitt, wenn der Druckveri'ormungsvorgang beendet ist.

Nach Verformung eines zweiten Blechstückes a in ähnlicher Weise werden die beiden Stücke einander gegenüberliegend angeordnet, wobei ihre den kleineren Durchmesser h aufweisenden Enden einander gegenüberliegen. Die beiden den kleineren Durchmesser aufweisenden Enden h werden mittels einer Umlaufenden Stumpfschweissnaht i miteinander verbunden. Als Ergebnis dieses VerfahrensSchrittes wird ein kreisringförmiges Element erhalten, wie es in Figur 8 gezeigt ist und welches im wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt aufweist ο

Danach wird die aus den verformten Blechstücken durch Schweissen hergestellte Anordnung entlang der in Figur β

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gezeigten Linien k in Quadranten zerschnitten, so dass vier fertige Eckstücke 26 entstehen«. Die auf diese Weise hergestellten Eckstücke 26 können dann durch Schweissen mit den entsprechenden Seiten- und Endteilen 2o, 22 zur Herstellung einer fertigen Membran 18 verbunden werden, welche im wesentlichen rechtwinklig angeordnete Seitenwände und abgerundete Ecken aufweist.

Nach Fertigstellung der Membran 18 werden die Platten 38, 4o an der oberen und unteren Fläche der entsprechenden Schenkel 3o der Membran befestigt. Dabei werden die langgestreckten Platten 38 an den Seiten- und Endteilen 2o, 22 der Membran zugeordneten Schenkeln und die I-förmige Platte 4o an den Eckstücken 26 angebracht. Die Platten 38, 4o können an den Schenkeln 3o der Membran unter Verwendung im Werk vorhandener Schweisswerkzeuge angeschweisst werden, wodurch aie Verschweissung mit dem Blech der Membran weniger risikoreich ist. Die endgültige Verbindung der Platten 38, 4o mit den Bauteilen 36 kann dann durch Handschweissung am Anwendungsorät (Feldschweissung) erfolgen.

Innerhalb des Erfindungsgedankens sind verschiedene Abwandlungen des vorstehend beschriebenen AusführungsbeiSpieles möglich.

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   r 1. !Verfahren zur -herstellung von Eckstücken für Expansionsglieder mit U-förmigem Querschnitt aus ebenen ±slechstücken, gekennzeichnet durch die Schritte:

   a) Herstellung einer zentralen öffnung in dem Blechstück;

   b) Verformung des Blechstückes in der Umgebung der Öffnung in eine gewölbte liollf lache, welche im Querschnitt gewölbt ist und deren Oberfläche an dem Ende, welches den kleineren Durchmesser aufweist, im wesentlichen tagential zu einer Sarallelen zur Achse der öffnung verläuft;

   cj_ Anordnung eines Paares identisch geformter Blechstücke derart, dass die kreisbogenförmig geformten, einen kleineren Durchmesser aufweisenden Enden dicht aneinanderliegen;

   d) Verschweissen der aneinanderstossenden Blechstücke entlang ihrer Berührungslinie; und

   e) Trennung der so gebildeten Anordnung in der Weise, dass Sckstücke mit einer Erstreckung von im wesentlichen 9o Grad entstehen.

   Verfahren nach Anspruch 1, dauurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Rollfläche im (o/uerscLnitt im vresent-, liehen kreisbogem'ö riaig ist.

   3» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch f.;ekennzeicnnet, dass der V/ölbungsbogen des Querschnittes der iioilfläche sich im wesentlichen über 9o Grad erstreckt.

   4« Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dauurch gekennzeichnet,

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   Ai

   dass die Blechstücke, welche aneinander anstossend angeordnet werden, an ihren den kleinen Durchmesser aufweipenaen Enden in jj'orm vollständiger Kreise ausgebildet werden.

   5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die isleclistücke nacn dem Zusammenschweissen uein trennen in Quadranten zerschnitten werden, so dass vier .ticks tu cce mit identischer i'orm entstellen.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, das£ die eng aneinander anliegenden Jälechstücke an ihren den kleineren !Durchmesser aufweisenden Enden im wesentlichen mit halbkreisförmigem Bogen ausgege bild et werden.

   Verfahren nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander verschweiesten nlechstücke beim Trennen in zwei identisch geformte Eckstücke zerschnitten werden.

   8«, Verfahren nach einem der voranjeheucen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung eier älechstücke aurch Druckveriormung auf einer Drückdrthbaiik erfolgt.

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