DE2718609B1

DE2718609B1 - Verfahren zur Herstellung einer eine Membran aufweisenden Vorrichtung und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2718609B1
Application number: DE2718609A
Authority: DE
Inventors: Schmidt Joergen Marius
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1977-04-27
Filing date: 1977-04-27
Publication date: 1978-09-07
Also published as: IT1107329B; DK158378B; AT371249B; CA1084247A; JPS5639995B2; FR2388631A1; SE7804387L; GB1599244A; IT7867936A0; DK178378A; NL172520C; DE2718609C2; SE442097B; JPS53133548A; DK158378C; FR2388631B1; ATA234278A; CH628555A5; US4379961A; NL172520B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer eine Membran aufweisenden Vorrichtung, bei dem ein dünnwandiges Membranelement, insbesondere ein Wellrohr, mit einem einen Flansch bildenden Ring verbunden wird und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Membranelemente, wie sie für Thermostaten, Pressostaten und viele andere Zwecke verwendet werden, müssen aus senr dünnem Material bestehen, in der Regel mit einer Dicke von nur 0,1 mm, damit im Betrieb eine ausreichende Beweglichkeit vorhanden ist. Dies gilt sowohl für plattenförmige Membranelemente als auch für als Wellrohr oder Balg ausgebildete Membranelemente. Zur Erleichterung des Anschlusses an andere Bauteile, zum Beispiel ein Gehäuse, ist es auch schon bekannt, ein Wellrohr mit einem einen Flansch bildenden Ring zu versehen. Zur dichten Befestigung des Wellrohrs am Flansch oder an anderen Bauteilen wurde eine Lötung vorgenommen. Diese Lötung hat den Vorteil, daß die Temperaturbeanspruchung des dünnwandigen Materials gering bleibt. Man mußte es aber in Kauf nehmen, daß Flußmittelreste in der Lötstelle verblieben. Diese Flußmittelreste konnten während der Lebensdauer der Vorrichtung, insbesondere bei höherer Betriebstemperatur, freigesetzt werden, worauf sie sich mit der Balgfüllung mischten und die Charakteristik des Balgsystems verfälschten. Auch mußte die Betriebstemperatur unterhalb eines bestimmten Grenzwertes, zum Beispiel 80 bis 90⁰C gehalten werden, weil andernfalls noch vor dem Schmelzen des Lötmaterials sich Blasen bilden, die zu einer Undichtigkeit führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Hersteilung einer eine Membran, insbesondere ein Wellrohr, aufweisenden Vorrichtung anzugeben, bei dem wesentlich höhere Betriebstemperaturen zulässig sind und — wenn die Vorrichtung eine Füllung aufweist — störende Einflüsse auf die Charakteristik dieser Füllung vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

ORIGINAL INSPECTED

daß das Membranelement mit einem schrägen Rand versehen wird, der in einem Winkel zur Achse des Membranelements steht, daß der Ring eine Ringkante mit einem Durchmesser zwischen dem Innen- und Außendurchmesser des schrägen Randes aufweist, daß zwischen schrägem Rand und Ringkante eine durch chemische Vernickelung erzeugte dünne Oberflächenschicht angeordnet wird und daß schräger Rand und Längskante mittels zweier in Achsrichtung relativ zueinander beweglicher Elektroden gegeneinandergedrückt und durch Hindurchschicken eines Stromes miteinander verbunden werden.

Überraschenderweise entsteht durch diese Maßnahme eine dichte Verbindung zwischen Membranelement und Flansch, ohne daß das dünnwandige Material verdampft oder durch zu hohe Temperaturen spröde wird. Die Temperaturbelastbarkeit dieser Verbindung liegt bei mehreren 100⁰C. Eine Verfälschung der Charakteristik einer Füllung durch austretendes Flußmittel ist nicht möglich.

Sieht man den Verbindungsvorgang als reine Preßschweißung an, so müßte das dünnwandige Material zerstört werden. Es scheint daher durch die Verwendung der durch chemische Vernickelung erzeugten Oberflächenschicht eine Modifikation zu erfolgen, die zu einem Mittelding zwischen einer Lötung und einer Schweißung führt. Die Oberflächenschicht, die im Gegensatz zu einer elektrolytischen Vernickelung nicht aus reinem Nickel besteht, sondern auch noch Phosphor-Anteile enthält, hat einen wesentlich höheren so elektrischen Widerstand als das Ringmaterial und das Membranmaterial. Infolgedessen konzentriert sich die Heizleistung in der Oberflächenschicht. Die Schmelztemperatur liegt bei etwa 900⁰C. Diese Temperatur wird demnach erreich, wenn Ring- und Membranmate- S5 rial noch auf wesentlich geringere Temperaturen aufgeheizt worden sind. Offenbar entsteht die dichte Verbindung im wesentlichen dadurch, daß die Oberflächenschicht an der Berührungsstelle schmilzt oder sogar verdampft, wobei es noch nicht sicher ist, ob diese Oberflächenschicht als Lötmittel oder als eine Art Katalysator wirkt. Auf jeden Fall tritt die Erwärmung der Oberflächenschicht so rasch ein, daß die Körner im Membran- und Ringmaterial nicht in einem nennenswerten Maße zerstört werden.

Mit Vorteil wird die Oberflächenschicht zumindest im Bereich der Ringkante auf den Ring aufgetragen. Das Material des Membranelements braucht dann keinem chemischen Nickelbad ausgesetzt zu werden, wodurch sich die Materialeigenschaften verschlechtern könnten, so

Es hat sich gezeigt, daß eine Dicke der Oberflächenschicht von 4 bis 8 μ ausreicht. Der Vernickelungsaufwand ist daher gering.

Besonders günstig ist es, wenn ein Membranelement im wesentlichen aus rostfreiem Stahl verwendet wird. Dieses Material ist bekannt und bewährt Es wird aber unbrauchbar, wenn es auf über 700⁰C erwärmt wird. Überraschenderweise wird diese Temperatur nicht oder höchstens in einem vernachlässigbar geringen Maß überschritten, obwohl in der Oberflächenschicht höhere w) Temperaturen auftreten.

Ähnliche Überlegungen gelten für ein Membranelement aus einer Kupferlegierung, wie Messing oder Zinnbronze.

Als Ringmaterial empfiehlt sich eine eisenhaltige Verbindung, wie Stahl. Man kann aber auch eine Kupferlegierung, wie Messing, verwenden. Des weiteren kommt eine Chrom-Nickel-Legierung in Betracht.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der schräge Rand am offenen Ende eines einseitig geschlossenen Wellrohres angeformt Die fertige Vorrichtung enthält dann einen Balg. Die die Beweglichkeit hauptsächlich bewirkenden Wellungen haben einen mehr oder weniger großen Abstand von dem schrägen Rand und werden daher von der Erwärmung höchstens unwesentlich beeinflußt

Ferner ist es vorteilhaft, einen zylindrischen Wellrohr-Rohling mit dem Ring zu verbinden und dann erst die Wellungen zu erzeugen. Ein zylindrischer Rohling ist steif und läßt sich daher gut handhaben. Außerdem kann er einen erheblichen Preßdruck aufnehmen.

Dies erlaubt eine weitere Vereinfachung gemäß der Wellrohr-Rohling und Ring übereinandergeschoben werden, beide in einer vorgegebenen Relativlage axial abgestützt werden und dann der schräge Rand durch Aufweiten des über die Ringkante überstehenden Teils des Rohlings erzeugt wird. Schräger Rand und Ringkante befinden sich dann unmittelbar in der für den Verbindungsvorgang erforderlichen Lage. Insbesondere kann der schräge Rand mittels der einen Elektrode erzeugt werden, wenn diese eine konische Stirnfläche hat.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß die Wellungen vor dem Verbinden mit dem Ring hergestellt werden. Dann sollten sie aber einen kleineren Durchmesser als der schräge Rand haben, damit nach dieser Formung der Ring noch übergeschoben werden kann.

Des weiteren kann der Ring an seiner Innenseite mit dem schrägen Rand eines einseitig geschlossenen Wellrohres und an seiner Außenseite mit einem schrägen Rand eines das Wellrohr umgebenden, napfförmigen Gehäuses verbunden werden. Auf diese Weise entsteht ein geschlossenes Balgelement bei dem der Flansch in gleicher Weise innen mit dem Wellrohr und außen mit dem Gehäuse verbunden ist

In vielen Fällen ist es auch vorteilhaft, wenn der Ring einstückig mit einem das Wellrohr umgebenden, napfförmigen Gehäuse geformt wird. Die fertige Balgdose besteht dann aus nur zwei Teilen, die in der erfindungsgemäßen Weise miteinander verbunden worden sind.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Unterelektrode mit einer zentralen Vertiefung größerer Höhe und mit einer oben und außen an diese anschließenden, ringförmigen Vertiefung geringerer Höhe und durch eine Oberelektrode mit konischer Stirnfläche. Die zentrale Vertiefung dient dann der Aufnahme eines Wellrohres oder eines zylindrischen Wellrohr-Rohlings. Die ringförmige Vertiefung ist zur Aufnahme des Ringes bestimmt Hierbei brauchen die genannten Teile lediglich in diese Vertiefungen eingelegt und dann die Oberelektrode gegen die Unterelektrode gedrückt zu werden. Gegebenenfalls kann hierbei der schräge Rand gleich mit geformt werden.

Zweckmäßigerweise ist die zentrale Vertiefung mit einer Isolierschicht ausgekleidet Diese vermag das Wellrohr bzw. den Rohling außen zu führen, ohne daß eine Berührung mit der Unterelektrode erfolgt

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 zwei Elektroden nach Einsetzen des Wellrohr-Rohlings und des Ringes,

F i g. 2 die Elektroden der F i g. 1 nach der Herstel-

lung des schrägen Randes,

F i g. 3 die einander berührenden Teile von Ring und schrägem Rand in vergrößerter Darstellung,

F i g. 4 zwei andere Elektroden zur Verbindung des Ringes mit einem Gehäuse,

Fig.5 zwei Elektroden bei einem abgewandelten Verfahren und

F i g. 6 zwei Elektroden nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens.

In den F i g. 1 und 2 ist eine Unterelektrode 1 und eine Oberelektrode 2 veranschaulicht Die Unterelektrode 1 weist eine zentrale Vertiefung 3 auf, die mit einer elektrischen Isolierschicht 4 ausgekleidet ist In diese zentrale Vertiefung ist ein Wellrohr-Rohling 5 eingesetzt, der die Form eines durch einen Boden 6 geschlossenen Zylinders 7 hat Der Rohling 5 besteht aus etwa 0,1 mm dickem Blech aus rostfreiem Stahl. Oben und außen an die zentrale Vertiefung 3 schließt eine ringförmige Vertiefung 8 geringerer Höhe an, in der ein Ring 9 aus Eisen oder einem eisenhaltigen Material, wie Stahl, angeordnet ist Dieser Ring ist durch chemische Vernickelung mit einer 4 bis 8 μ starken Oberflächenschicht 10 versehen. Die Ringöffnung U wird oben durch eine Ringkante 12 begrenzt

Die Oberelektrode 2 weist eine konische Stirnfläche 13 auf und ist in Richtung des Pfeiles nach unten bewegbar. Bei dieser Bewegung greift die konische Stirnfläche 13 in den über den Ring 9 überstehenden Endteil 14 des Rohlings 5. Dieser wird, da der Rohling mit seinem Boden am Grund der Vertiefung 3 abgestützt ist, aufgeweitet und bildet einen schrägen Rand 15, der sich gegen die Randkante 12 legt (F i g. 2). Der schräge Rand kann aber auch schon außerhalb der Elektroden vorgefertigt worden sein.

Wird nunmehr unter Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Restdrucks ein Stromimpuls durch das zwischen den Elektroden 1 und 2 befindliche Material gesandt, ergibt sich im Bereich der Berührungslinie A zwischen Ringkante 12 und schrägem Rand 15 eine sehr rasche Erwärmung, einerseits weil sich längs der Berührungslinie der kleinste Berührungsquerschnitt ergibt und andererseits weil die Oberflächenschicht 10 einen hohen elektrischen Widerstand hat Das Material der Oberflächenschicht schmilzt und verdampft teilweise sogar, wobei sich infolge des aufrechterhaltenen Drucks die gewünschte Verbindung zwischen schrägem Rand 15 und Ring 9 ergibt, ohne daß zumindest in einen nennenswerten Teil des Wellrohr-Rohlings 5 Temperaturen auftreten, die das Material beschädigen.

Anschließend wird der Zylinder 7 in das eigentliche Wellrohr verformt Dies kann in beliebiger bekannter Weise geschehen, beispielsweise dadurch, daß das Rohr von außen her genutet wird, in die Nuten Widerlager-Lamellen eingesetzt werden und schließlich mit Hilfe eines hydraulischen Innendrucks die Teile zwischen den Lamellen nach außen aufgeweitet werden.

Auf diese Weise entsteht ein mit einem Ring 9 versehenes Wellrohr 16, wie es in F i g. 4 veranschaulicht ist.

F i g. 4 zeigt ferner eine zweite Unterelektrode 17 und eine zweite Oberelektrode 18. Die Unterelektrode weist eine zentrale Vertiefung 19 auf, in die ein napfförmiges Gehäuse 20 aus etwa 1,5 mm dickem Stahlblech eingelegt ist Dieses Gehäuse weist ebenfalls einen schrägen Rand 21 auf, an welchem sich noch ein Flansch 22 anschließt, mit welchem das Gehäuse auf der Oberseite 23 der Unterelektrode 17 aufliegt. Mit diesem

ίο schrägen Rand 21 wirkt eine äußere Ringkante 24 des Ringes 9 zusammen. Auf den Ring drückt die Oberelektrode 18, die eine Aussparung 25 zur Aufnahme des schrägen Randes 15 des Wellrohres 16 besitzt Längs der Berührungslinie B erfolgt dann eine ähnliche Schweiß-Löt-Verbindung wie längs der Berührungslinie A. Obwohl es an dieser Stelle nicht unbedingt erforderlich ist, schadet eine durch chemische Vernickelung erzeugte Oberflächenschicht an dieser Stelle nicht Damit ist ein Balgelement fertiggestellt, das mittels

einer Öffnung 26 im Gehäuse 20 an einen Temperaturfühler, einen Druckfühler o. dgl. angeschlossen werden kann. Die Herstellung geht äußerst rasch vonstatten, da lediglich die einzelnen Elemente in die Unterelektrode eingelegt und dann die Oberelektrode nach unten geführt und ein Stromimpuls hindurchgeschickt werden muß.

In F i g. 5 ist eine Unterelektrode 31 veranschaulicht, die eine zentrische Vertiefung 32 aufweist, welche mit einer Isolierschicht 33 ausgekleidet und so bemessen ist, daß sie ein einseitig geschlossenes Wellrohr 34 aufnehmen kann. Dessen Wellungen 35 haben einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser des schrägen Randes 36, vorzugsweise sogar dessen Innendurchmesser nur unwesentlich übersteigt.

Auf diese Weise läßt sich das vorgefertigte Wellrohr 34 in die Vertiefung 32 einführen, wobei der schräge Rand 36 mit der Kante des Ringes 37 in Verbindung kommt Die Oberelektrode 38 kann der Oberelektrode 2 entsprechen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.6 ist die Unterelektrode 41 mit einer zentrischen Vertiefung 42 versehen, die so groß ist, daß sie ein napfförmiges Gehäuse 43 aufnehmen kann, welches das vorgefertigte Wellrohr 44 umgibt Der Ring 45, an welchem der schräge Rand 46 des Wellrohres angebracht werden soll, ist einstückig mit dem Gehäuse 43 ausgebildet Auch hier kann die Oberelektrode 47 der Oberelektrode 2 entsprechen. In diesem Fall muß das Gehäuse 43 zumindest im Bereich des Ringes 45 chemisch vernickelt

so sein.

In allen Ausführungsbeispielen kann das Wellrohr auch aus einer Kupferlegierung, wie Messing oder Zinnbronze bestehen. Der Ring kann auch aus einer Kupferlegierung, wie Messing, oder einer Chrom-Nik kel-Legierung bestehen. Statt des Wellrohres kann auch eine flache Membran verwendet werden. Die Unterelektrode kann dann entsprechend umgestaltet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer eine Membran aufweisenden Vorrichtung, bei dem ein dünnwandiges Membranelement, insbesondere ein Wellrohr, mit einem einen Flansch bildenden Ring verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranelement mit einem schrägen Rand versehen wird, der in einem Winkel zur Achse des Membranelements steht, daß der Ring eine Ringkan- ι ο te mit einem Durchmesser zwischen dem Innen- und Außendurchmesser des schrägen Randes aufweist, daß zwischen schrägem Rand und Ringkante eine durch chemische Vernickelung erzeugte dünne Oberflächenschicht angeordnet wird und daß schräger Rand und Längskante mittels zweier in Achsrichtung relativ zueinander beweglicher Elektroden gegeneinander gedrückt und durch Hindurchschicken eines Stromes miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht zumindest im Bereich der Ringkanten auf den Ring aufgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht eine Dicke von 4 bis 8 μ hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Membranelement im wesentlichen aus rostfreiem Stahl verwendet Jo wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Membranelement im wesentlichen aus einer Kupferlegierung, wie Messing oder Zinnbronze, verwendet wird. J5

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring im wesentlichen aus einer eisenhaltigen Verbindung, wie Stahl, verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5. *o dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring im wesentlichen aus einer Kupferlegierung, wie Messing, verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring im wesentli- «5 chen aus einer Chrom-Nickel-Legierung verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der schräge Rand am offenen Ende eines einseitig geschlossenen Wellroh- so res angeformt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Wellrohr-Rohling mit dem Ring verbunden wird und dann erst die Wellungen erzeugt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Wellrohr-Rohling und Ring übereinander geschoben werden, beide in einer vorgegebenen Relativlage axial abgestützt werden und dann der schräge Rand durch Aufweiten des über die Ringkante überstehenden Teils des Rohlings erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen vor dem Verbinden mit dem Ring hergestellt werden und einen kleineren ^b' Durchmesser als der schräge Rand haben.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring an seiner Innenseite mit dem schrägen Rand eines einseitig geschlossenen Wellrohres und an seiner Außenseite mit einem schrägen Rand eines das Wellrohr umgebenden, napfförmigen Gehäuses verbunden wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring einstückig mit einem das Wellrohr umgebenden, napfförmigen Gehäuse geformt wird.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Unterelektrode (1, 31, 41) mit einer zentralen Vertiefung (3, 32, 42) größerer Höhe und mit einer oben und außen an diese anschließenden, ringförmigen Vertiefung (8) geringerer Höhe und durch eine Oberelektrode (2, 38, 47) mit konischer Stirnfläche (13).

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Vertiefung (3, 32) mit einer Isolierschicht (4,33) ausgekleidet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Vertiefung (3) zur Aufnahme eines zylindrischen Wellrohr-Rohlings (5) bemessen ist.