DE3134906C2

DE3134906C2 -

Info

Publication number: DE3134906C2
Application number: DE3134906A
Authority: DE
Inventors: Jack Norwalk Conn. Us Conti
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1980-09-08
Filing date: 1981-08-31
Publication date: 1992-06-17
Also published as: NL185987B; JPS5838247B2; GB2084492A; FR2489999A1; GB2084492B; IT8149129A0; BR8105612A; DE3134906A1; KR830008161A; US4413525A; CH643161A5; CA1157682A; IT1143413B; NL185987C; FR2489999B1; JPS5779025A; NL8103760A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bourdonfeder an sich und auf ein Verfahren zum Herstellen dieser Bourdonfeder (Bourdonrohr) mit bestimmtem Querschnitt und bestimmter Form.

Die unter Betriebsbedingungen benutzte Bourdonfeder ist Betriebsbeanspruchungen ausgesetzt, die zu der charakteristischen Verschiebung bei Druckänderungen beitragen. Diese Beanspruchungen können einen vorzeitigen Ausfall der Bourdonfeder bewirken. Um diese Möglichkeit des Ausfalls so klein wie möglich zu halten und um die charakteristische Verschiebeeigenschaft beizubehalten, ist es seit langem üblich, Bourdonfedern aus einem homogenen Material herzustellen, das entweder aus nahtlosen Rohren oder ausgeschweißten und gezogenen Rohren besteht. Ein nahtloses Rohr wird nach einem Durchbohren einer runden Platine und anschließendem Verringern seiner Größe in mehreren aufeinanderfolgend bewirkten Kaltziehverfahren mit dazwischenliegenden Glühbearbeitungen hergestellt. Geschweißte oder gezogene Rohre werden dagegen durch Schmelzschweißen hergestellt, um ein rundes Ausgangsrohr zu erhalten. Das Ausgangsrohr wird dann in mehreren wiederholten Kaltzieh- und Glühschritten verkleinert, bis schließlich das geforderte endgültige runde Bourdonrohr erhalten wird.

Der Zweck des Kaltziehens und Glühens nach dieser bisherigen Praxis hat nicht nur zur endgültigen Rohrgröße geführt, sondern auch die Schweißstruktur homogenisiert, da es bekannt ist, daß mechanische Eigenschaften der Schweißnaht nicht dem geschweißten Material gleichwertig sind. Folglich wird durch das Ziehen und Glühen die Schweißnahtmikrostruktur allmählich so geändert, daß diese der Mikrostruktur des geschweißten Material entspricht.

Deshalb erfordert das Herstellen einer Bourdonfeder aus einem Rohr, hergestellt nach einem der Verfahren der bisherigen Art, ein umfangsreiches metallurgisches Bearbeiten, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten. Diese Bearbeitungsverfahren erhöhen jedoch die Endkosten.

Aus der DE-OS 19 57 834 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung glatter Rohre mit dünner oder sehr dünner Wandstärke durch Schweißen bekannt. Diese Rohre können als Thermostat-Membran, als Dehnungsverbindung, als Druckausgleichsvorrichtungen in Kälteanlagen verwendet werden. Bei diesem bekannten Verfahren werden an den längsverlaufenden, gegenüberliegenden und benachbarten Kanten eines Rohrrohlings je eine nach außen ragende Lippe geformt, damit eine gute und gleichmäßige Verschmelzung der beiden Kanten beim Schweißvorgang gewährleistet ist. Dadurch soll erreicht werden, daß bei einem glatten Rohr die Schweißlinie mechanische Eigenschaften erhält, die praktisch identisch sind mit denjenigen der Wand des Rohres. Glatte Rohre mit dünner oder sehr dünner Wandstärke werden hier also durch Schweißen derart hergestellt, daß die geforderten Eigenschaften durch das Rohr als ganzes, also einschließlich der Schweißnaht, gewährleistet sind.

Ferner sind bereits zahlreiche Berechnungsverfahren für Bourdonfedern bekannt, wobei beispielsweise neben der in der Figurenbeschreibung genannten Druckschrift noch auf die DE-Zeitschrift "ATM" V 1343-14, Lieferung 348, Januar 1965, Seiten 1 bis 4, hingewiesen sei.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Bourdonfeder anzugeben, welche qualitativ hochwertig und einfach herzustellen ist.

Die Erfindung vermeidet die verschiedenen metallurgischen Bearbeitungsschritte, wie sei beim Stand der Technik angewandt wurden und sieht die im Anspruch 1 genannten Merkmale vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sowie geeignete Herstellungsverfahren ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Beim bevorzugten Schweißen an einer Stelle gering belasteten Querschnittes wurde festgestellt, daß es trotz des nicht homogenen, durch das Schweißen bewirkten Materialaufbaus die charakteristische Verschiebeeigenschaft solcher Rohre nicht beeinträchtigt wird. Dadurch, daß die Bourdonfeder unmittelbar aus einem geschweißten Rohr hergestellt wird, werden die zahlreichen Zieh- und Glühvorgänge, die bisher notwendig waren, überflüssig gemacht. Dies verringert die Kosten für die Bourdonfeder.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen. In diesen ist

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines Druckmessers unter Verwendung einer Bourdonfeder nach der Erfindung,

Fig. 2 eine übliche Darstellung der Belastungsverteilung über den Querschnitt für eine abgeflachte Bourdonfeder nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Darstellung der Betriebsbelastungsverteilung an den am stärksten belasteten Punkten an der Außen- oder Innenkontur eines Rohres mit flachem Querschnitt bei einem gegebenen Abmessungsverhältnis,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Herstellung einer Bourdonfeder nach einem ersten Ausführungsbeispiel, die

Fig. 5 bis 12 sind die Querschnitte an den einzelnen Herstellungsstufen nach Fig. 4,

Fig. 13 zeigt schematisch eine der Fig. 4 ähnliche Herstellungsart bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, und die

Fig. 14 bis 20 sind Querschnitte an entsprechenden Stellen in Fig. 13.

Fig. 1 zeigt einen Druckmesser 10, der ein Bourdonrohr (Bourdonfeder) nach Fig. 12 besitzt. Beim Herstellen des Meßinstrumentes trägt ein ringförmiges Gehäuse 14, das eine Rückplatte 16 besitzt, zusammen mit einem Sockel 18 und einer Montageplatte die Skalenscheibe 20. Der Sockel 18 überträgt den an seinem Eingang im Bourdonrohr 12 gemessenen Druck. Das freie Ende 22 des Rohres 12 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, ins Innere der Bourdonröhre 12 übertragen wird, wodurch das freie Ende 22 entsprechend der Änderung des angelegten Druckes sich auf- und abwickelt. Die örtliche Veränderung des freien Endes 22 wird über das Gestänge 24 und die Bewegung 26 auf den Zeiger 30 übertragen, bis dieser sich gegenüber der Skalenanzeige 34 befindet, die dem angelegten Druck entspricht.

Der Betrieb der Bourdonröhre 12 erfolgt im oberen Teil ihres elastischen Gebietes, so daß es konstant unter hoher Beanspruchung arbeitet.

Die Beanspruchungen, die in der Bourdonröhre auftreten, verändern sich mit den physikalischen Eigenschaften ihres Metalls, ihrem Elastizitätsmodul, ihrer geometrischen Form und den beabsichtigten Druckwerten. Bei einer bekannten Konstruktion kann die Beanspruchungsverteilung beispielsweise nach der Druckschrift "Uprugie Elementy Priborov" von L. E. Andreeva, Kapitel 7, "Elastic Elements of Instruments", 1966, ermittelt werden.

In Fig. 2, die nach "Uprugie Elementy Priborov" abgeleitet worden ist, werden die Betriebsbelastungskräfte S_a, S_t und die S_r-Kräfte an den verschiedenen Stellen durch lineare Längen 44, ausgedrückt in kg/cm², zum Identifizieren der Stellen 46 und 48 mit geringster Beanspruchung dargestellt. In der Darstellung nach Fig. 3 wird die resultierende Beanspruchung S_r für ein Abmessungsverhältnis von a/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 Fig. 4 bis 12 beschrieben werden wird. Es ist zu erkennen, daß die Rohrausbildung mit einem Metallstreifen 50 mit parallelen Seitenkanten 54 und 56 begonnen wird. Hierfür ist ein schweißbares Metall wie Phosphorbronze, Berylliumkupfer, rostfreier Stahl 316, Monel K-500 oder Inconel 718 geeignet.

Üblicherweise wird ein Streifen mit einer Breite von 50 mm und einer Dicke von 0,2 bis 0,5 mm fortlaufend zwischen mehreren Rollenpaaren 52 geführt. Bei Erreichen der Stufe nach Fig. 10 erhält der Streifen einen nahezu runden Querschnitt mit gegenüberliegenden Kanten 54 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 Querschnittes nach Fig. 12 hindurchläuft. Der Schweißkopf 62 kann beispielsweise einen Gas-Wolfram-Lichtbogen oder einen Laserstrahl enthalten.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 13 bis 20 wird das Rohr vor dem Verschweißen bei 60 und nicht wie beim ersten Beispiel endgültig geformt.

Bei der Bildung dieses Rohres ist es wesentlich, daß der Spalt 58 an einer Stelle entlangläuft, die beim endgültigen Querschnitt nach Fig. 12 der Stelle 46 oder 48 der geringen Beanspruchung entspricht. Das so hergestellte Rohr kann dann auf seine Länge geschnitten und unmittelbar in die gewünschte Form einer Bourdonfeder gebracht werden, ohne daß eine weitere metallurgische Behandlung notwendig ist.

Die beschriebene neuartige Konstruktion einer Bourdonröhre und eines Verfahrens zu seiner Herstellung unmittelbar aus einem Metallstreifen macht keine Zwischenkaltzieh- und Glühvorgänge wie bisher notwendig. Durch Wegfall des Ziehens und Glühens ist die unmittelbare Herstellung aus einem Streifen wirtschaftlich auch hinsichtlich des Materialverbrauches. Darüber hinaus 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.

Claims

1. Bourdonfeder, die eine an einem Ende verschlossene und am anderen Ende offene Rohrform aufweist und aus einem Metallstreifen besteht, wobei die Rohrform in Längsrichtung so geformt ist, daß sie sich beim Ändern des Druckes eines am offenen Ende angelegten Strömungsmittels verschiebt, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstreifen in Längsrichtung an einer Stelle des Querschnittes dicht verschweißt ist, die einem Gebiet geringer Betriebsbeanspruchungskräfte für die beabsichtigte Verwendung bei Druck entspricht.

2. Bourdonfeder nach Anspurch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr im Querschnitt abgeflacht ist.

3. Bourdonfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrform einen elliptischen Querschnitt aufweist.

4. Bourdonfeder nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrform in Längsrichtung eine C-Form aufweist.

5. Bourdonfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrform in Längsrichtung eine gewundene Form aufweist

6. Bourdonfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrform in Längsrichtung eine Schneckenform aufweist.

7. Verfahren zum Herstellen einer Bourdonfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) fortlaufendes Formen eines Metallstreifens in eine Rohrform mit rundem Querschnitt;
b) fortlaufendes druckdichtes Verbinden der nach dem Formen gegenüberliegenden Kanten des Metallstreifens;
c) fortlaufendes Formen des runden Querschnittes in eine für Bourdonfedern übliche flache Querschnittsform, wobei die Verbindungsstelle der Kanten des Metallstreifens in einem Gebiet niedriger Beanspruchungskräfte zu liegen kommt;
d) Formen einer bestimmten Länge der Rohrform in die Gestalt einer Bourdonfeder unter Beibehaltung der Lage der Verbindungsstelle in dem Gebiet niedriger Beanspruchungskräfte;
e) Verschließen des beweglichen Endes der Bourdonfeder.

8. Verfahren zum Herstellen einer Bourdonfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) fortlaufendes Formen eines Metallstreifens in eine Rohrform mit für Bourdonfedern üblicher flacher Querschnittsform, wobei die nach dem Formen gegenüberliegenden Kanten des Metallstreifens an einer Verbindungsstelle aneinanderstoßen, die in einem Gebiet niedriger Beanspruchungskräfte über dem Querschnitt liegt;
b) fortlaufendes druckdichtes Verbinden der gegenüberliegenden Kanten des Metallstreifens;
c) Formen einer bestimmten Länge der Rohrform in die Getalt einer Bourdonfeder unter Beibehaltung der Lage der Verbindungsstelle in dem Gebiet niedriger Beanspruchungskräfte;
d) Verschließen des beweglichen Endes der Bourdonfeder.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das druckdichte Verbinden durch Schweißen erfolgt.