DE3134906A1

DE3134906A1 - Bourdon-roehre

Info

Publication number: DE3134906A1
Application number: DE19813134906
Authority: DE
Inventors: Jack 06854 Norwalk Conn. Conti
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1980-09-08
Filing date: 1981-08-31
Publication date: 1982-05-27
Also published as: JPS5779025A; CH643161A5; NL8103760A; IT1143413B; FR2489999A1; CA1157682A; DE3134906C2; BR8105612A; GB2084492A; KR830008161A; FR2489999B1; US4413525A; GB2084492B; NL185987B; JPS5838247B2; NL185987C; IT8149129A0

Description

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Bourdon - Röhre

Die Erfindung bezieht sich auf das Messen und Testen von Druckregler für Strömungsmittel. Solche Geräte erfreuen sich einer sehr umfangreichen wirtschaftlichen, und industriellen Verwendung und werden folglich als hochproduktive Gegenstände angesehen. Wegen der weiten Verwendung werden sie von mehreren Herstellern geliefert in sehr bewußter Preiskonkurrenz verkauft. Jeder Hersteller.ist instinktiv bestrebt, die Herstellungskosten durch Verbesserungen und wie auch immer den Selbstkostenpreis zu verringern, der Arbeits- und/oder Materialaufwand verringert, der zu den Kostenersparnissen beim Endprodukt beitragen kann.

Gewöhnlich ist die aufzubringende Druckempfindlichkeit im Druckregler die Bourdon-Röhre, die ein Rohr druckdichten Aufbaues mit einem freien verschiebbar beweglichen Ende ist, allgemein bekannt und spricht in vorherbestimmbarer Weise auf an ihren Einlaß gelegte Druckschwankungen an. Um die Rohrbewegung in Druckwerte zu übertragen, wird ein gegenüber einer geeichten Anzeigeplatte vorgesehenen Zeiger vom freien Ende der Röhre verschiebbar angetrieben.

Die unter Servicebedingungen benutzte Bourdon-Röhre ist betrieblichen Beanspruchungen ausgesetzt, die tatsächlich zur charakteristischen Verschiebung bei Druckänderungen beitragen, denen sie ausgesetzt sind. Gleichzeitig können diese Beanspruchungen, wenn sie nicht richtig angelegt werden, einen vorzeitigen Ausfall der Röhre bewirken» Um diese Möglichkeit so klein wie möglich zu halten, während ihre charakteristischen Verschiebeeigen-

schaft behalten wird, ist es seit langem üblich, Bourdon-Röhren aus einem homogenen Erzeugnis herzustellen, das entweder aus natlosen Rohren oder aus geschweißten und gezogenen Rohren besteht. Ein natloses Rohr wird durch ein erstes Durchbohren einer ' runden Platine und anschließendes Verringern seiner . Größe in mehreren aufeinanderfolgend bewirkten KaItziehverfahren mit dazwischenliegendem Glühen hergestellt. Geschweißte oder gezogene Rohre werden dagegen durch Verschmelzverschweißstreifen hergestellt, um ein rundes Hauptrohr zu erhalten. Das Rohr wird dann in mehreren wiederholter Kaltzieh-und Glühschritten verkleinert bis schließlich die geforderte endgültige runde Bourdon-Rohr erhalten wird.

Der Zweck des Kaltziehens und Glühens nach dieser bisherigen Praxis hat nicht nur zur endgültigen Größe geführt, sondern homogenisiert auch die Schweißstruktur, da es bekannt ist, daß mechanische Eigenschaften des Schweißens nicht dem von Knetlegierungsformen gleichwertig sind. Folglich wird durch Ziehen und Glühen einer Gußschweißmikrostruktur das geschweißte Rohr allmählich so geändert, daß es dem aus schmiedeeisernem Streifenmaterial entsprechen.

Deshalb erfordert das Herstellen einer Bourdpn-Röhre aus Rohr aus. jeder der Annäherungen der bisherigen Art ein umfangreiches matallurgisch.es Zermahlen, um das gewünschte Endergebnis zu erhalten. Dieses Verfahren ist jedoch .zum Erhalt zum Enken der Endkosten bekannt. Trotz Erkenntnis des Problems, war es bisher nicht bekannt, wie man ein solches Rohr auf weniger kostspielige Weise herstellt.

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Die Erfindung besieht sich auf Bourdon-Röhren im allgemeinen und auf eine weniger kostspielige Konstruktion und ein Verfahren zur Herstellung als bei der bisherigen Technik im besonderen. Nach der Erfindung wird zunächst die Stelle am beabsichtigten Querschnitt des Rohres festgestellt, an dem die Betriebsbeanspruchungen verhältnismäßig gering sind. Das Rohr wird dann aus einem Metallstreifen auf den gewünschten rohrförmigen Querschnitt gerollt, in dem die gegenüberliegenden Kanten in Längsrichtung an eine Querschnittsstelle anstoßen, die diese geringen Betriebsbeanspruchungen aufweist. Der geformte Streifen wird dann fortlaufend verschweißt, um die gegenüberliegenden Kanten druckdicht miteinander zu verbinden, nachdem das Rohr auf seine Länge zurechtgeschnitten und zur gewünschten Bourdon-Röhrenform gebracht worden ist.

Beim Schweißen an einer Stelle gering belasteten Querschnitts wurde festgestellt, daß es trotz des nicht homogenen durch das Schweißen bewirkten Aufbaues nicht mit der charakteristischen Verschiebemoglichkeit solcher Rohre interferiert. Da dadurch eine Bourdon-Röhre unmittelbar aus einem geschweißten Rohr hergestellt werden kann, das die zahlreichen Zieh- und Glühvorgänge, die bisher notwendig waren, überflüssig macht, erhöht die dadurch gegebene erhebliche Wirtschaftlichkeit die konkurrenzfähigen Kosten in bezug auf diese Rohre.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung eine neuartige Konstruktion und ein neues Verfahren zum Herstellen von Bourdon-Röhren anzugeben. Das weniger kostspielig als für gleiche Bourdon-Eohre nach der bisherigen Konstruktion ist.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen«, In diesen ist:

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Figur 1 eine teilweise aufgeschnittene Vorderansicht eines Druckmessers unter Verwendung einer Bourdon-Röhre nach der Erfindung;

Figur 2 ein übliches Belastungsdiagrfcmm für eine abgeflachte Bourdon-Röhre nach der Erfindung;

Figur 3 ein Betriebsbelastungsdiagramm an dem am stärksten belasteten Punkten an der Außen - oder Innenkontur eines Rohres mit flachem Querschnitt bei einer gegebenen Abmessungsrate;

Eigur 4 eine schematische Darstellung der Herstellung einer Bourdon-Röhre nach einem ersten Ausführungsbeispiel;

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.Fig. 5 bis'12 sind fortschreitende Querschnitte über die einzelnen Herstellungsstufen an den entsprechenden Stellen nach Figur 4;

Figur 13 zeigt schematises eine der Fig..4 ähnliche Herstellungsart bei einem zweiten Ausführungsbeispiel; j -

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Fig. 14 bis 20 sind aufeinanderfolgende Darstellungen über die einzelnen Stufen der Rohrherstellung an den Querschnittsstellen nach Figur 13»

Fig. 21 ist eine graphische Darstellung der Koeffizienten für Rohre mit abgeflachtem Querschnitt; und

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Figur 22 eine übliche Darstellung der Koeffizienten für Rohre mit elliptischem Querschnitt.

Figur 1 zeigt einen Druckmesser 10, der ein Bourdon-Rohr 12 nach der Erfindung nach Figur 12 besitzt. Beim Herstellen des Meßinstruments trägt ein ringförmiges Gehäuse 14, das eine Rückenplatte 16 besitzt, zusammen mit einem Sockel 18 und einer Montageplatte die Skalenscheibe 20 . Der Sockel 18 überträgt den an seinem Eingang im Bourdon Rohr 12 gemessenen Druck. Das freie Ende 22 des Rohres trägt ein Verbindungsgestänge 24, das über eine Verstärkungsvorrichtung 26 eine Zeigerwelle 28 mit dem Zeiger 30 bewegt. Das Meßinstrument arbeitet in bekannter Weise, so daß der Druck am Sockel 18, der durch den Pfeil 32 dargestellt ist, im Innern der Bourdon-Röhre 12 übertragen wird, wodurch das freie Ende 22 entsprechend der Änderung des angelegten Drucks sich auf-und abwickelt. Die örtliche Veränderung des freien Endes 22 wird über das Gestänge und die Bewegung 26 auf den Zeiger 30 übertragen, bis dieser sich gegenüber der Skalenanzeige 34 befindet, die dem angelegten Druck entspricht. Beim Betrieb der Bourdon-Röhre 12 ergibt sich somit im ■ oberen Teil seines elastischen Gebiets, daß es konstant unter hoher Beanspruchung arbeitet.

Die Beanspruchungen, die in der Bourdon-Röhre auftreten, verändern sich mit den physikalischen Eigenschaften seines Metalls, seinem Elastizitätsmodul, seiner geometrischen Form und den beabsichtigten Druckwerten. Bei einer bekannten Konstruktion kann die Beanspruchungsverteilung beispielsweise nach der Druckschrift "Uprugie Elementy Priborov" von L.E₀ Andreeva, Kapitel 7 "Elastic Elements of Instruments" 1966 vorgenommen werden.

Wie in der bezeichneten Druckschrift können somit die Achsbeanspruchung ;S· und die Querbeanspruchung S. für eine gegebene mittlere Konturänderung der Krümmung und der relative Schwenkwinkel an einem beliebigen Punkt auf der Innen-oder Außenkontur in fol gender Form dargestellt werden:

S_t -pH² (λ - "² Y 3 f

worin ρ » der Betriebsdruck, R der Radius der mittleren Rohrachse, a und b die Querschnittshalbachsen, χ = Bh = der Hauptrohrparameter, h die Wandungsdicke, a /3 ein Koeffizient, der sich mit jedem Rohrquerschnitt für das Verhältnis von a/b ändert, W ein willkürlicher Punktablenkung an der mittleren Kontur in einer y-Achsrichtung J\i und 0 «/>c - a coso 0 '= Funktionen der

Stellung des Punkts auf der Kontur.; die durch die x- und j- Koordinaten (Figuren 21 und 22) gegen ist, sind.

Die sich ergebende Beanspruchung S bei einem angenommenen biaxialen Belastungszustand ist:

s - VsJ+s? - s„ s

ι r " V "a ^T "^u " "a "t

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Im Diagramm nach Figur 2, das aus dem Vorstendem abgeleitet worden ist, werden die Betriebsbelastungs^-

kräfte S_, S. und die S^ Kräfte an die verschiedenen · a u r P

Stellen durch lineare Längen 44, ausgedrückt in kg/cm , zum Identifizieren der Stellen 46 und 48 als geringste Beanspruchung dargestellt. Im Diagramm nach Figur 3 wird die resultierende Beanspruchung S_p für ein Dimensionsverhältnis vona/b » 2 dargestellt.

Wenn die Stelle 48 minimaler Betriebsbeanspruchung im beabsichtigten Querschnitt des Rohres 12 festgestellt worden ist, wird das Rohr ausgebildet, wie es mit Hilfe der Figuren- 4 bis 12 beschrieben werden wird. Es ist zu erkennen, daß die Rohrausbil^ung^ mit einem Metallstreifen 50 mit parallelen Seitenkanten 54 und 56 begonnen wird. Hierfür ist ein schweißbares Metall wie Phosphorbronze, Berylliumkupfer, rostfreier Stahl 516, Monel K-500 oder Inconel 718 geeignet. Üblicher-weise wird ein Streifen von einer Breite 50 mm und der Dicke von 0,2 bis 0,5 mm progressiv zwischen mehreren Rollenpaare 52 geführt. Bei Erreichen der Stufe nach Figur 10 erhält der Streifen einen nahezu runden Querschnitt mit gegenüberliegenden Kanten 5^ und 56, die eng aneinanderstoßen und so einen Längsschweißspalt 58 ergeben.

Beim Durchgang durch den Schweißkopf 62 wird das Rohr entlang dem Spalt 58 bei 60 verschweißt, bevor es durch die Endformrollen 64 zum Erreichen des fertigen flachen Querschnitts nach Figur 12 hindurchgegangen ist. Der Schweißkopf 62 ist im Handel erhältlich und kann beispielsweise einen Gas-Wolfram-Lichtbogen oder ein Laserstrahl enthalten.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1J bis 20 wird das Rohr vor dem Verschweißea bei 60 und nicht wie beim

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ersten Beispiel endgültig geformt. Bei der Bildung dieses Rohres ist es kritisch, daß der Spalt 58 an einer Stelle entlangläuft, die beim endgültigen Querschnitt nach Figur 12 der Stelle 46 oder 4-8 der geringen Beanspruchung entspricht. Das so hergestellte Rohr kann dann auf seine Länge geschnitten und unmittelbar in die gewünschte Form einer Bourdon-Röhre gebracht werden, ohne daß eine weitere metallurgische Behandlung notwendig ist.

Es ist eine neuartige Konstruktion einer Bourdon-Röhre und ein Verfahren zu seiner Herstellung unmittelbar aus einem Streifen beschrieben worden, wobei keine Zwischenkaltzieh- und Glühvorgänge wie bisher notwendig sind. Durch Wegfall des Ziehens und Glühens ist die unmittelbare Herstellung aus einem Streifen wirtschaftlich auch hinsichtlich des Materialverbrauchs. Darüberhinaus ergibt die Konstruktion bessere Rohrkonzentrizitäts- und Dickentoleranzen, da das Streifenmaterial leicht mit kleineren Toleranzen gerollt werden kann. Durch diese einfache Technik des Direktformens und Schweißens .der Streifen und der Verwendung des Rohrverschweißens ohne weitere metallurgische Behandlungen wird erheblich Arbeit und Material eingespart und dieses Verfahren kann im Vergleich mit üblichen, bisher hierfür •verwendeten Techniken leicht durchgeführt werden.

Da viele Änderungen der beschriebenen Konstruktion und viele weit unterschiedliche Ausführungen der Erfindungen möglich sind, ohne von deren Umfang abzuweichen, sei bemerkt, daß die Erfindung nicht auf die beschriebnen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche

1,- Verfahren zum Ausbilden des Rohrs für eine Bourdon-Röhre, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Ermitteln der Verteilung der Beanspruchungskräfte über dem endgültigen Querschnitt des zu formenden Rohres;.

b) progressives Formen eines Metallstreifens in eine Rohrform, bei der gegenüberliegende Kanten · . des Streifens in Längsrichtung an einer Stelle aneinanderstoßen, die einem Gebiet niedriger Betriebsbeanspruchung beim fertigen Querschnitt entspricht; und

c) progressives, druckdichtes Verbinden der gegenüberliegenden Kanten.

TELEX TELEGRAMM: TELEFON- BANKKONTO: POSTSCHECKKONFO 1 856 44 • INVENTION BERUN BERLINER BANK AQ. P MEISSNER BLN-W fnven d BERLIN 030/891 60 37 BERLIN 31 404737-103 030/8913020 3695716000
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstreifen schweißbar ist und die gegenüberliegenden Kanten durch Schweißen verbunden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u-r c. h gekennzeichnet, daß das progressive For-· men des Streifens das Formen des Rohres (12) den endgültigen Querschnitt enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schweißen das Rohr in den endgültigen Querschnitt gebracht wird.
5. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch:

a) Herstellen eines Rohres (12) aus einem Metallstreifen, der in Längsrichtung am Kantenspalt (58) bei einem Rohrquerschnitt dicht verschweißt wird, der einem Gebiet geringer Betriebsbeanspruchung für eine geplante betriebsfähige Bourdon-Röhre (10) enspricht;

b) Formen einer gegebenen Länge des Rohres (12) in die gewünschte Form einer Bourdon-Röhre; und

c) Verschließen eines Rohrendes zum-Erhalt der Verschiebung der Bourdon-Röhre.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1,gekennzeichnet durch:

a) Schneiden einer gegebenen Länge des Rohres (12) für die Ausbildung der gewünschten Bourdon-Röhre (10) und;

b) Verschließen eines der Enden des Rohres zum Verschieben des Endes der Bourdon-Röhre.
7. Verfahren nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstreifen schweißbar ist und die gegenüberliegenden Kanten verschweißt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstreifen ■ zu einem Rohr (12) verformt wird und der Querschnitt in den endgültigen Querschnitt gebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß nach dem Schweißen das Rohr in den gewünschten Querschnitt gebracht wird.
10. Rohr für eine Bourdon-Röhre, das nach dem Verfahren nach den vorhergehenden hergestellt v/orden ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem in die gegebene Rohrform gebrachter Streifenvorrat die gegenüberliegende Kante nebeneinander liegen und an einer Stelle des Rohrquerschnitts in Längsrichtung ve laufen, die einer geringen Betriebsbeanspruchung für das die beabsichtigte Bourdon-Röhre entspricht, und daß die Mittel zum druckdichten Zusammenbringen dieser Kanten vorgesehen sind.
11. Rohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten miteinander verschweißt sind.
12. Bourdon-Röhre aus einem Rohr nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (12) an einem Ende verschlossen und am"anderen offen ist und aus einem Metallstreifen besteht, der in Längsrichtung an einer Stelle am Querschnitt dicht verschweißt ist, die dem gegebenen Gebiet geringen Betriebsbeanspruchung für die beabsichtige Verwendung bei Druck entspricht, und daß es in Längsrichtung mit dem verschlossenen Ende so geformt ist, daß es sich beim Ändern des Drucks eines am offenen Ende angelegten Strömungsmittels verschiebt.
.13· Bourdon-Röhre nach Anspruch 12, da d u rc h gekennzeichnet, daß das Rohr (12) im. Querschnitt abgeflacht ist.
14. Bourdon-Röhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (12) einen elliptischen Querschnitt aufweist.
15. Bourdon-Röhre nach den Ansprüchen 12 bis 14t-, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in Längsrichtung eine C-Form aufweist.
16. Bourdon-Röhre nach den Ansprüchen 12.-bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in Längsrichtung eine gewundene Form aufweist. . · .
17. Bourdon-Röhre nach den Ansprüchen 12 bis 14, d a durch gekennzeichnet, daß das Rohr in Längsrichtung eine Schneckenform aufweist.