WO2020120049A1 - Verfahren zur herstellung von metallischen rohrmembranen für druckmittler - Google Patents

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WO2020120049A1
WO2020120049A1 PCT/EP2019/080824 EP2019080824W WO2020120049A1 WO 2020120049 A1 WO2020120049 A1 WO 2020120049A1 EP 2019080824 W EP2019080824 W EP 2019080824W WO 2020120049 A1 WO2020120049 A1 WO 2020120049A1
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tube
rme
rmg
longitudinal axis
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Raimund Becher
Peter KLÖFER
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Endress+Hauser SE+Co. KG
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    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0026—Transmitting or indicating the displacement of flexible, deformable tubes by electric, electromechanical, magnetic or electromagnetic means

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of metallic pipe membranes for diaphragm seals, as well as at least one pipe membrane produced by this method and at least one diaphragm seal comprising one of these pipe membranes.
  • Pipe membranes are essentially tubular and are used in diaphragm seals to transmit pressures.
  • Diaphragm seal with a hollow cylindrical tubular membrane 1 Diaphragm seal with a hollow cylindrical tubular membrane 1.
  • Such pipe diaphragm seals are known from the prior art. They comprise a pipe segment 3 which can be inserted into a pipeline and in which the pipe membrane 1 is arranged such that one in the pipe segment 3 below the pipe membrane 1
  • Pressure receiving chamber 5 is included.
  • a hydraulic pressure transmission line 7 is connected to the pressure receiving chamber 5, via which a pressure p exerted by a process medium flowing in the pipe segment 3 through the pipe membrane 1 onto an inside of the pipe membrane 1 can be transmitted to a destination.
  • Pipe membranes have an appropriately adapted membrane diameter. Consequently, a correspondingly large number of tubular membranes of different diameters are required to manufacture these diaphragm seals.
  • tubular membranes with very different diameters can be produced in a very complex manner.
  • cleaning-in-place For the cleaning of pipe membranes of diaphragm seals, cleaning methods known today under the English term cleaning-in-place (CIP) are used, in which the pipe diaphragm in the diaphragm seal with a cleaning liquid at a high temperature, such as e.g. Water or a liquid containing a cleaning agent.
  • a cleaning liquid at a high temperature such as e.g. Water or a liquid containing a cleaning agent.
  • a cleaning liquid at a high temperature such as e.g. Water or a liquid containing a cleaning agent.
  • it is desirable to seal the tubular membrane by e.g. by hot steam, e.g. Steam, to sterilize.
  • the tube membrane connected to the tube segment may be exposed to comparatively high temperatures and / or comparatively large temperature jumps.
  • thermomechanical stresses also due to the fact that the temperature of the pipe segment connected to the pipe membrane increases significantly more slowly due to its significantly larger mass compared to the mass of the pipe membrane
  • the invention comprises a method for producing one or more metallic tubular membranes for diaphragm seals, in which
  • a hollow cylindrical, metallic tube is provided for each tubular membrane to be produced, and
  • the respective tube membrane is made from the tube in which the tube is shaped by internal high pressure forming such that it is one for the respective
  • Pipe membrane has a predetermined membrane shape.
  • the method according to the invention offers the advantage over the previously described manufacturing method known from the prior art that the tubular membranes produced therewith have no weld seam. This offers the advantage that the tubular membranes produced by the method according to the invention have a higher corrosion resistance. In addition, they are more resistant to abrasive media flowing through the respective pipe membrane and have a smooth inner surface that can be cleaned easily.
  • Pipe membrane can be specified individually. This has the advantage that
  • Membrane shapes can be manufactured promptly and as required. Pipe membranes with different pipes can be made from identical pipes
  • Membrane shapes are generated. The latter offers the advantage that this reduces the storage costs associated with the provision of the pipes.
  • the procedure is such that
  • the internal high pressure forming is carried out in a single forming process or in two or more successive forming processes
  • the cavity on the outside is delimited on all sides by a boundary, the shape of which corresponds to the outer geometry of the shaped tube to be achieved in the respective forming process, the one in the one or the one in the last
  • Forming process outer geometry to be achieved corresponds to the predetermined membrane shape.
  • the limitation is formed in each case by inner lateral surfaces of interchangeable inserts inserted into the tool.
  • the tubes provided a) at least one tube made of stainless steel, tantalum or one
  • b) have a tube outer diameter of 10 mm to 90 mm, and / or
  • c) have a raw wall thickness of 0.05 mm to 0.1 mm
  • At least one of the tube membranes is stress relieved after the internal high pressure forming
  • At least one of the tubes to be formed is formed in two or more successive forming processes and is soft-annealed after at least one of these forming processes, which is followed by a further forming process,
  • At least one forming process is carried out in which the pipe to be formed is placed before the
  • Forming process heated to a forming temperature and / or during the
  • Forming process is kept at the forming temperature, and / or
  • tubular membranes with different predetermined membrane shapes are manufactured from two or more tubes of the same shape.
  • a first further training includes a method in which
  • each tube group comprises two or more tubes of the same shape and the tubes of different tube groups have different shapes
  • a second development includes a method in which
  • At least one tube membrane is produced by reshaping the respective tube in such a way that the tube membrane produced therefrom is a hollow cylindrical one
  • Tubular membranes is formed, which has an outer diameter predetermined by the predetermined membrane shape,
  • outside diameter is larger than a pipe outside diameter of the pipe and less than or equal to one of the pipe outside diameter, the wall thickness and the
  • a preferred embodiment of the second further development consists in that two or more tubes of the same shape are each made of wooden cylindrical tube membranes which have different outside diameters
  • a third development comprises a method in which at least one tube membrane is produced by reshaping the respective tube in such a way that the tube membrane obtained thereby has two annular beads which are arranged at a distance from one another and are each arranged coaxially to the longitudinal axis of the tube membrane.
  • At least one tubular membrane is produced by reshaping the respective tube in such a way that the tubular membrane produced therefrom comprises two essentially hollow cylindrical end regions, between which a middle one
  • tubular membranes comprise at least one tubular membrane which
  • a) has two annular beads spaced apart, each arranged coaxially to the longitudinal axis of the tubular membrane, the beads being arranged between the two end regions and the middle membrane region being arranged between the two beads, and / or
  • tubular membranes are manufactured from two or more tubes of the same shape, the membrane shapes of which differ from the shape of the bulges, the shape of their central membrane area, the shape of the beads and / or the
  • the invention comprises at least one tubular membrane produced using the method according to the invention.
  • tubular membranes according to the invention are characterized in that at least one of these tubular membranes,
  • tubular membrane has two spaced-apart, each coaxial to the longitudinal axis of the tubular membrane, annular beads, the beads being arranged between the two end regions and the middle
  • Membrane area is arranged between the two beads, and / or
  • Has cross-sectional area, or b7) has one or more spiral or spiral segment-shaped bulges.
  • a further development comprises a tubular membrane according to the invention.
  • the central membrane region comprises at least one spiral or spiral segment-shaped bulge which extends at a pitch angle of 50 ° to 70 °, which has a bulge width of 2 mm to 4 mm in the direction running parallel to the longitudinal axis of the tubular membrane, and / or which extends perpendicular to the longitudinal axis direction of the tubular membrane has a bulge depth of 0.2 mm to 0.8 mm, or the central membrane area has parallel bulges arranged coaxially to the longitudinal axis of the central membrane area and bulges which are closed to form a ring and which extend in a direction parallel to the longitudinal axis of the tubular membrane Have bulge width of 2 mm to 4 mm, and / or have a bulge depth of 0.2 mm to 0.8 mm in the direction perpendicular to the longitudinal axis of the tubular membrane.
  • the invention comprises a diaphragm seal with a tubular membrane according to the invention
  • Pressure receiving chamber includes, and
  • Fig. 2 shows: a tool with inserts for the production of cylindrical tubular membranes
  • Fig. 3 shows: the tool of Fig. 1 with inserts for the production of beads
  • 4 shows: a diaphragm seal with a tubular membrane having two beads; 5 shows: a longitudinal section of a tubular membrane with an inwardly curved central membrane region; 6 shows: a longitudinal section of a tubular membrane with an outwardly bulging central membrane region;
  • FIG. 7 shows: a longitudinal section of a tubular membrane with a central membrane region with an outside diameter that varies in a wave-like manner in the longitudinal direction;
  • FIG. 8 shows: a longitudinal section of a tubular membrane having bulges running in the longitudinal direction
  • FIG. 1 1 shows: a view of a tubular membrane with a spiral bulge
  • FIG. 12 shows: a view of a tubular membrane with two spiral protrusions.
  • the invention comprises a method for producing one or more metallic tube membranes RMi, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg, and at least one tube membrane RM 1 , RM 2 , RM 3 , RM 4 produced using this method , RM 5 , RM 6 , RM 7, RMe, RMg and at least one each of these tubular membranes RM 1 , RM 2 , RM 3 ,
  • the method according to the invention is characterized in that for each tube membrane RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg, a hollow cylindrical, metallic tube 9 is provided and the respective tube membrane RM 1 , RM 2 , RM 3 , RM 4 , RM 5 , RM 6 , RM 7, RMe, RMg is manufactured from the respective tube 9, in which the tube 9 is formed by internal high pressure forming in such a way that it is suitable for the respective tube membrane RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg has a predetermined membrane shape.
  • Hydroforming is also known as hydroforming, in which a metallic hollow body is formed in a closed, shaping tool by means of an internal pressure built up in the hollow body to effect the forming.
  • FIG. 2 shows an example of a tool 1 1 that can be used to produce tube membranes RM1, RM2, RM3, RM 4 , RM 5 , RM 6 , RM 7, RMe, RMg.
  • the tool 11 comprises two connected to one another via a releasable pressure-tight connection Half shells 13, in each of which a shaping insert 15 is inserted.
  • the inserts 15 are preferably designed as interchangeable inserts 15. They each have an inner lateral surface, which delimits a cavity enclosed in the tool 11 on the outside. This Shell surfaces together form an outer boundary 17 on all sides of the cavity, the shape of which is predetermined as a function of a shape of an outer shell surface of the predetermined membrane shape.
  • the hollow cylindrical, metallic tube 9 is inserted into the tool 11 in such a way that it is surrounded on the outside on all sides by the boundary 17 on the outside on all sides of the cavity.
  • the cavity is then closed in a pressure-tight manner and an internal pressure pmu is applied to a tube interior of the tube 9.
  • a fluid such as an oil or a water-oil emulsion
  • the tool 1 1 e.g. a device 20 schematically represented by arrows in Fig. 2, e.g.
  • a device 20 comprising at least one piston or a compressor, by means of which the fluid is compressed in the interior of the pipe. Due to the internal pressure pmu, the tube 9 is expanded outwards in such a way that its outer lateral surface assumes the shape predetermined by the boundary 17 of the cavity.
  • FIG. 2 shows both the hollow cylindrical tube 9 shown in dashed lines as the starting form and the tube membrane RMi obtained by expansion of this tube 9 in the direction indicated by arrows in FIG. 2.
  • the tubular membrane RMi shown here as an example is hollow cylindrical and has an outer diameter corresponding to the predetermined membrane shape.
  • a hollow cylindrical, metallic tube 9 is used to produce each tube membrane RMi, RM2, RM3, RM4, RM5, RM 6 , RM 7, RMe, RMg.
  • the tubes 9 provided for this purpose preferably include at least one tube 9 made of stainless steel, at least one tube 9 made of tantalum and / or at least one tube 9 made of a material comprising a nickel-based alloy, such as a material known under the brand name Hastelloy.
  • the tubes 9 preferably have an outer tube diameter of 10 mm to 90 mm and / or a raw wall thickness of 0.05 mm to 0.1 mm.
  • An internal pressure pmu in the order of magnitude of 100 bar to 500 bar is suitable for the internal high pressure forming of these tubes 9.
  • each tube 9 used to produce one of the tube membranes RMi, RM2, RM3, RM4, RM5, RMe, RM7, RMe, RMg takes place in each case in in a single forming process or in two or more forming processes carried out in succession.
  • the cavity enclosed in the tool 11 shown in FIG. 2 is bounded in each case by a cylindrical boundary 17, the shape of which corresponds to the outer geometry of the shaped tube 9 to be achieved in the respective forming process, the one in the one or the one in the last shaping process shape to be achieved corresponds to the predetermined membrane shape.
  • the tool 11 described above offers the advantage that, for the production of tubular membranes RMi, RM2, RM3, RM4, RM5, RM 6 , RM7 , RMe, RMg, different membrane shapes can be used, each with correspondingly shaped inserts 15, which change each time the Generating predetermined membrane shape, and of course, if necessary, are also exchanged between successive forming processes.
  • the respective tube membrane RM1, RM2, RM 3 , RM4 , RM 5 , RM 6 , RM 7, RMe, RMg is stress relieved after the internal high pressure forming.
  • the stress relieving annealing has the advantage that the internal high pressure forming reduces the total stresses generated in the respective tube membrane RM1, RM2, RM 3 , RM4, RM 5 , RM 6 , RM 7 .
  • Pipe membranes RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM 6 , RM7 , RMe, RMg are moved in such a way that the pipe 9 to be formed is formed in two or more successive forming processes and after at least one of these forming processes, which is followed by another forming process , is annealed.
  • the soft annealing of the formed tube between two successive forming processes offers the advantage that embrittlement of the formed tube caused by one or more preceding forming processes is reduced. This facilitates the further forming in the subsequent forming process and increases the spectrum of the membrane forms that can be produced in this way.
  • the respective tube membrane RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg or the deformed tube is heated to a process temperature over a first period of time, over a second period maintained at this temperature and cooled again over a third period.
  • a process temperature of less than or equal to 650 ° C. or a process temperature in the range from 550 ° C. to 650 ° C. is preferably used for the stress relief annealing.
  • Both the soft annealing of the formed tube between two successive forming processes and the stress relieving annealing of the tube membrane RMi, RM 2 , RM 3 , RM 4 , RM 5 , RM 6 , RM 7, RMe, RMg improves the pressure transmission properties of the respective tube membrane RM 1 , RM 2 , RM 3 , RM 4 , RM 5 , RM 6 , RM 7, RMe, RMg and reduces the temperature dependence of the pressure transmission properties of the respective
  • internal hydroforming or at least one is carried out as part of internal hydroforming
  • Forming process e.g. immediately before insertion into the tool 1 1, on a
  • Forming temperature kept.
  • a forming temperature of several hundred degrees e.g. a forming temperature of 550 ° C to 850 ° C set.
  • the method is preferably such that 9 tube membranes RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RMe, RM 7, RMe, RMg with different predetermined membrane shapes are manufactured from two or more tubes of the same shape.
  • the pipes 9 of the same shape can consist of the same material or can also include pipes 9 of the same shape made of different materials.
  • the tubes 9 are preferably provided in the form of one or more tube groups such that each tube group comprises two or more hollow cylindrical tubes 9 of the same shape and the tubes 9 of different tube groups have different shapes.
  • the tubes 9 of these tube groups are preferably used in such a way that tube membranes RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg with a spectrum of different from the tubes 9 of each tube group the respective pipe group specified
  • At least one tube membrane RM1 is produced by reshaping the respective tube 9 in such a way that the tube membrane RM1 produced therefrom is designed as a hollow cylindrical tube membrane RM1, which is defined by the predetermined membrane shape has a predetermined outer diameter.
  • the procedure is preferably such that 9 hollow-cylindrical tubular membranes RMi are produced from two or more tubes of the same shape, which have different outer diameters.
  • tubes 9 of a single tube group can already be used to produce wood-cylindrical tube membranes RMi, the outer diameter of which is greater than the tube outer diameter of the tubes 9 of this tube group and less than or equal to a maximum diameter which is dependent on the tube outer diameter, the wall thickness and the material of the respective tube 9. In this way, maximum diameters can be achieved which are less than or equal to 1.7 times the outer tube diameter of the tubes 9 of the respective tube group.
  • This embodiment offers the advantage that a very small number of tubes 9 comprising different tube outer diameters are sufficient to produce tube membranes RMi whose outer diameter is very large
  • Provision of the tubes 9 only incur comparatively low storage costs due to the small number of tube groups required.
  • At least one tubular membrane RM2 is produced by internal high-pressure forming, in that the respective tube 9 is shaped such that the tubular membrane RM2 obtained thereby has two annular beads 21 which are arranged at a distance from one another and are each arranged coaxially to the longitudinal axis of the tubular membrane RM2.
  • the two beads 21 are preferably arranged such that the
  • Pipe membrane RM2 has two mutually opposite hollow cylindrical end regions 23, between which a central membrane region 25 arranged between the two beads 21 is arranged.
  • This membrane shape has the advantage that the end regions 23 are available for fastening the tubular membrane RM2 at the place of use and the tubular membranes RM2 have a higher mechanical stability due to the beads 21 and are better able to withstand temperature changes.
  • FIG. 3 shows the tool 11 shown in FIG. 2, into which 15 inserts 27, which have the membrane shape of the beads 21, are used instead of the inserts 15 shown in FIG Pipe membrane RM2 have corresponding jacket surfaces delimiting the cavity.
  • a diaphragm seal which comprises a membrane carrier 29, in which the two hollow cylindrical end regions 23 lying opposite one another and the middle membrane region 25 arranged between the two beads 21 have
  • Pipe membrane RM2 is inserted. Just like the diaphragm seal shown in FIG. 1, this diaphragm seal also includes the one under the tubular membrane RM2 in the membrane carrier 29 enclosed pressure receiving chamber 5 and the pressure transmission line 7 connected to the pressure receiving chamber 5, via which to the inside of the
  • Pipe membrane RM2 acting pressure p is transferable to a destination.
  • the tubular membrane RIVh is also inserted into the membrane carrier 29 and connected to the membrane carrier 29 in such a way that the inside thereof can be acted upon by the pressure p to be transmitted from the diaphragm seal to the destination.
  • the beads 21 are toward the end regions 23 which are connected to the membrane carrier 29
  • Pipe membrane RM2 arranged adjacent. This means that they are in an area that is particularly large in the event of temperature changes or jumps in temperature
  • thermomechanical stresses occur. There they offer the advantage that stress maxima occurring in this area can be reduced by an elastic deformation of the beads 21.
  • the central membrane region 25 of the tubular membrane RM2 is hollow-cylindrical. Alternatively, it can also have another shape that can be produced by internal high-pressure forming.
  • the procedure is preferably such that tubular membranes RM2, each having beads 21, are produced from two or more tubes 9 of the same shape, the membrane shapes of which are different due to the shape of the beads 21
  • At least one tubular membrane RM3, RM4, RM5 is produced by internal high-pressure forming, in that the respective tube 9 is shaped such that the tubular membrane RM3, RM4, RM5 produced therefrom comprises two essentially hollow cylindrical end regions 23, between which a central membrane region 31 , 33, 35 is arranged, the cross-sectional area of which varies in the direction running parallel to its longitudinal axis.
  • This central membrane region 31, 33, 35 is optionally designed to be rotationally symmetrical to the longitudinal axis of the respective tubular membrane RM3, RM4, RM5.
  • FIG. 5 shows, as an example, a tubular membrane RM3, in which an outer diameter of the central membrane region 31 decreases, starting from the opposite ends of the central membrane region 39, in the direction running parallel to its longitudinal axis in the direction of its center.
  • FIG. 6 shows, as a further example, a tubular membrane RM4, in which a
  • the pressure sensitivity of the tubular membrane RM3, RM4 can be adjusted via the increase or decrease in the cross-sectional area.
  • the pressure sensitivity denotes a dependence of a deflection of the tubular membrane RM3, RM4 on the pressure p acting on the inside of the diaphragm seal.
  • the method according to the invention is preferably used in a targeted manner by correspondingly specifying at least one membrane shape to produce tubular membranes which are used or can be used in diaphragm seals and which can be used in a larger temperature range and / or at least briefly exposed to larger temperature jumps , as tube membranes known from the prior art, without the tube membrane thereby being permanently damaged, for example plastically deformed, or their pressure transmission properties change permanently.
  • Suitable for this purpose are, in particular, suitable for absorbing or reducing thermomechanical stresses and / or increasing the stability of the tubular membrane, at least in sections
  • Tubular membrane RM5 produced or capable of being produced by internal high pressure, in which the outer diameter of the central membrane region 35 arranged between the two end regions 23 varies in a wave-like manner in the direction running parallel to its longitudinal axis.
  • Pipe membranes RM 5 , RM 6 , RM 7 , RMe, RMg of this type can have bulges 44, 35, 37 of different numbers and / or different shapes.
  • the membrane shape of the tubular membrane RMs shown in FIG. 7 can be predetermined such that the central membrane region 35 has a plurality of bulges 44 which are arranged parallel to one another and coaxially to its longitudinal axis and are closed to form a ring.
  • FIG. 8 shows, as a further example, a longitudinal section of a tubular membrane RM 6 , RM7 , the central membrane region 37, 39 of which has bulges 45, 47 extending in the longitudinal direction parallel to the longitudinal axis of the tubular membrane RM 6 , RM7.
  • Bulges 45, 47 can have different cross-sectional geometries.
  • 9 shows an example of a cross section of the tubular membrane RM 6 shown in longitudinal section in FIG. 8, in which the bulges 45 are each trapezoidal
  • FIG. 10 shows a further example of a cross section of the tubular membrane RM7 shown in longitudinal section in FIG. 8, in which the bulges 47 have an elliptical cross-sectional area.
  • the bulges 45, 47 are preferably arranged mirror-symmetrically to the longitudinal axis and / or are distributed uniformly over the circumference of the central membrane region 45, 47.
  • the manufacture of the tube membranes RM3, RM4, RM5 described with reference to FIGS. 5 to 7 can also be carried out in such a way that the respective tube 9 is additionally shaped in such a way that the central membrane region 31, 33, 35 of the tube membrane RM3 thus obtained, RM4, RM5 additionally has the longitudinally extending bulges 45, 47 described with reference to FIGS. 8 to 10 and shown as an option in FIGS. 5 to 7 by dashed lines.
  • the bulges 45, 47 have a profile in the longitudinal direction which is adapted to the basic shape of the respective central membrane region 31, 33, 35.
  • FIG. 11 shows an example of a view of such a tubular membrane RMe, the central membrane region 41 of which has a spiral, in the example shown extending essentially over the entire length of the central membrane region 41, a spiral bulge 49.
  • the middle membrane region 41 has an outer lateral surface, the shape of which essentially corresponds to the shape of a screw with a simple external thread.
  • FIG. 12 shows a further example of a view of such a tubular membrane RMg, the central membrane area 43 of which has two spiral bulges 51, 53 which in the example shown extend essentially over the entire length of the central membrane area 43.
  • the two spiral bulges 51, 53 are arranged coaxially to one another and to the longitudinal axis of the tubular membrane RMg and are arranged offset relative to one another by a rotation of 180 ° about the longitudinal axis.
  • the middle membrane region 43 has an outer lateral surface, the shape of which essentially corresponds to the shape of a screw with an external thread designed as a multiple thread.
  • Spiral or spiral segment-shaped bulges 49, 51, 53 offer the advantage that the central membrane region 41, 43 is extremely stable and is particularly well able to reduce thermomechanical stresses acting in different spatial directions by means of elastic deformations.
  • the spiral-shaped or spiral-segment-shaped bulges 49, 51, 53 preferably extend at an inclination angle a of 50 ° to 70 °.
  • these bulges 49, 51, 53 preferably have a bulge width B of 2 mm to 4 mm in the direction running parallel to the longitudinal axis of the respective tubular membrane RMe, RMg, and / or in the direction running perpendicular to the longitudinal axis of the respective tubular membrane RMe, RMg a bulge depth T of 0.2 mm to 0.8 mm.
  • FIG. 11 shows an enlarged illustration of the section of the tubular membrane RMe encircled in FIG. 11 in a longitudinal section, in which the bulge width B and the bulge depth T are shown.
  • the bulges 44 which are arranged coaxially to the longitudinal axis of the central membrane region 35 and are closed to form a ring, preferably have a maximum bulge width B of 2 mm to 4 mm and / or in each case in the direction parallel to the longitudinal axis of the tubular membrane RMs a bulge depth T of 0.2 mm to 0.8 mm perpendicular to the longitudinal axis of the tubular membrane RMs
  • the tube 9 used to produce one of the tube membranes RM 3 , RM4, RMs, RM 6 , RM 7 , RMe, RMg described with reference to FIGS. 5 to 12 can also be reshaped here by the internal high-pressure shaping such that the tube membrane obtained thereby RM 3 , RM4, RMs, RM 6 , RM 7 , RMe, RMg in addition to the
  • RM 7 , RMe, RMg preferably move in such a way that tube membranes RM 3 , RM4, RM 5 , RM 6 , RM 7 , RMe, RMg are manufactured from two or more tubes 9 of the same shape, the membrane shapes of which are shaped by the shape of the bulges 44, 45, 47, 49, 51, 53, the shape of their central membrane area 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, the shape of the beads 21 and / or the outer diameter of their end areas 23.
  • Pressure transmitters equipped with one of the previously described tubular membranes RM1, RM2, RM 3 , RM4, RM 5 , RM 6 , RM 7 , RMe, RMg each have the structure described with reference to FIG. 4.
  • one of the tubular membranes RM1, RM 3 , RM4, RM 5 , RM 6 , RM 7 , RMe, RMg described with reference to FIGS. 1 and 5 to 12 can of course also be used in the membrane carrier 29 and be connected to the membrane carrier 29 in such a pressure-tight manner that they are the ones underneath
  • enclosed pressure receiving chamber 5 closes.
  • soldering or welding is suitable as a pressure-resistant connection.

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Abstract

Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Rohrmembranen (RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RM8, RM9) für Druckmittler beschrieben, mit dem bedarfsabhängig Rohrmembranen (RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RM8, RM9) unterschiedlicher Membranform herstellbar sind, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit aufweisen und gut zu reinigen sind. Hierzu wird derart verfahren, dass für jede herzustellende Rohrmembran (RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RM8, RM9) jeweils ein hohlzylindrisches, metallisches Rohr (9) bereitgestellt wird, und die jeweilige Rohrmembran (RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RM8, RM9) aus dem jeweiligen Rohr (9) gefertigt wird, in dem das Rohr (9) durch Innenhochdruckumformung derart umgeformt wird, dass es eine für die jeweilige Rohrmembran (RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RM8, RM9) vorgegebene Membranform aufweist.

Description

Verfahren zur Herstellung von metallischen Rohrmembranen für Druckmittler
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Rohrmembranen für Druckmittler, sowie mindestens eine mit diesem Verfahren hergestellte Rohrmembran und mindestens einen eine dieser Rohrmembranen umfassenden Druckmittler.
Rohrmembranen sind im Wesentlichen rohrförmig und werden in Druckmittlern zur Übertragung von Drücken eingesetzt.
Fig. 1 zeigt als ein Anwendungsbeispiel einen als Rohrdruckmittler ausgebildeten
Druckmittler mit einer hohlzylindrischen Rohrmembran 1.
Derartige Rohrdruckmittler sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen ein in eine Rohrleitung einsetzbares Rohrsegment 3, in dem die Rohrmembran 1 derart angeordnet ist, dass im Rohrsegment 3 unter der Rohrmembran 1 eine
Druckempfangskammer 5 eingeschlossen ist. An die Druckempfangskammer 5 ist eine hydraulische Druckübertragungsleitung 7 angeschlossen, über die ein von einem im Rohrsegment 3 durch die Rohrmembran 1 hindurch strömenden Prozessmedium auf eine Innenseite der Rohrmembran 1 ausgeübter Druck p an einen Zielort übertragbar ist.
Damit das Rohrsegment eines Rohrdruckmittler in eine bestehende Rohrleitung eingesetzt werden kann, muss es einen an den Durchmesser der Rohrleitung angepassten
Durchmesser aufweisen. Entsprechend müssen auch die darin eingesetzten
Rohrmembranen einen entsprechend angepassten Membrandurchmesser aufweisen. Folglich wird zur Herstellung dieser Druckmittler eine entsprechend große Vielzahl von Rohrmembranen unterschiedlicher Durchmesser benötigt.
Um flexibel auf einen ständig wechselnden Bedarf an Rohrmembranen unterschiedlicher Durchmesser reagieren zu können, wird bei der Herstellung dieser Rohrmembranen heute üblicher Weise derart Verfahren, dass aus einem Blech oder einer Folie aus dem Werkstoff der Rohrmembran ein den Abmessungen der Rohrmembran entsprechender Zuschnitt angefertigt wird, aus dem dann ein Hohlzylinder geformt wird, wobei die in der
hohlzylindrischen Form aneinander angrenzenden Längskanten des Zuschnitts durch eine in Längsrichtung verlaufende Schweißnaht miteinander verbunden werden.
Hierdurch können auf sehr aufwendige Weise Rohrmembranen mit sehr unterschiedlichen Durchmessern erzeugt werden.
Nachteilig ist jedoch, dass die im Druckmittler mit dem Prozessmedium in Kontakt kommende Schweißnaht die Korrosionsbeständigkeit dieser Rohrmembranen reduziert. Außerdem erschwert die Schweißnaht die Reinigung des Druckmittlers. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass mit diesem Verfahren nur im Wesentlichen hohlzylindrische Rohrmembranen hergestellt werden können.
Zur Reinigung von Rohrmembranen von Druckmittlern werden heute üblicher unter dem englischen Begriff Cleaning-in-Place (CIP) bekannte Reinigungsverfahren eingesetzt, bei denen die Rohrmembran im Druckmittler mit einer unter einer hohen Temperatur stehenden Reinigungsflüssigkeit, wie z.B. Wasser oder einer ein Reinigungsmittel enthaltenden Flüssigkeit, gespült wird. Darüber hinaus ist es in einigen Anwendungen wünschenswert, die Rohrmembran durch z.B. durch heißen Dampf, wie z.B. Wasserdampf, zu sterilisieren.
Bei einer solchen Reinigung und/oder Sterilisation wird die mit dem Rohrsegment verbundene Rohrmembran jedoch unter Umständen vergleichsweise großen Temperaturen und/oder vergleichsweise großen Temperatursprüngen ausgesetzt. Dabei führen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Rohrmembran und
Rohrsegment zu thermomechanischen Spannungen. Darüber hinaus entstehen
thermomechanische Spannungen auch dadurch, dass sich die Temperatur des mit der Rohrmembran verbundenen Rohrsegments aufgrund dessen im Vergleich zur Masse der Rohrmembran deutlich größeren Masse deutlich langsamer an sprunghafte
Temperaturänderungen anpasst, als die Temperatur der Rohrmembran. Beide Effekte führen dazu, dass vergleichsweise große Kräfte auf die in Regel nur eine vergleichsweise geringe Wandstärke aufweisenden Rohrmembranen ausgeübt werden. Übersteigen diese Kräfte einen für die jeweilige Rohrmembran vorgegebenen Grenzwert, so besteht die Gefahr, dass in die Rohrmembran Spannungen eingebracht werden, die deren
Druckübertragungseigenschaften dauerhaft verändern. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass die Rohrmembran plastisch verformt oder nachhaltig beschädigt wird. Im schlimmsten Fall kann die Rohrmembran, z.B. durch sich in der Rohrmembran ausbildende Risse, sogar zerstört werden.
Diesen Problemen kann z.B. dadurch begegnet werden, dass Rohrmembranen mit größerer Wandstärke eingesetzt werden. Das führt jedoch zu einer geringeren
Druckempfindlichkeit von deren Druckübertragungseigenschaften. Alternativ kann sowohl der Temperaturbereich, in dem die Rohrmembran eingesetzt werden darf, als auch die Größe der Temperatursprünge, denen sie ausgesetzt werden darf, begrenzt wird. Das führt jedoch zu Einschränkungen hinsichtlich der einsetzbaren Reinigungsverfahren.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Rohrmembranen anzugeben, mit dem bedarfsabhängig Rohrmembranen unterschiedlicher Membranform herstellbar sind, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit aufweisen und gut zu reinigen sind. Hierzu umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von einer oder mehreren metallischen Rohrmembranen für Druckmittler, bei dem
für jede herzustellende Rohrmembran jeweils ein hohlzylindrisches, metallisches Rohr bereitgestellt wird, und
die jeweilige Rohrmembran aus dem Rohr gefertigt wird, in dem das Rohr durch Innenhochdruckumformung derart umgeformt wird, dass es eine für die jeweilige
Rohrmembran vorgegebene Membranform aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber dem zu zuvor beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren den Vorteil, dass die damit hergestellten Rohrmembranen keine Schweißnaht aufweisen. Das bietet den Vorteil, dass die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rohrmembranen eine höhere Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Darüber hinaus sind sie widerstandfähiger gegenüber durch die jeweilige Rohrmembran hindurch strömenden, abrasiven Medien und weisen eine glatte Innenfläche auf, die entsprechend gut gereinigt werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Membranform für jede zu fertigende
Rohrmembran individuell vorgegeben werden kann. Das bietet den Vorteil, dass
Rohrmembranen mit einer vergleichsweise großen Anzahl unterschiedlicher
Membranformen zeitnah und bedarfsgerecht gefertigt werden können. Dabei können aus baugleichen bereitgestellten Rohren Rohrmembranen mit unterschiedlichen
Membranformen erzeugt werden. Letzteres bietet den Vorteil, dass sich hierdurch die mit der Bereitstellung der Rohre verbundenen Lagerhaltungskosten reduzieren.
Gemäß einer Ausgestaltung wird derart verfahren, dass
die Innenhochdruckumformung jeweils in einem einzigen Umformprozess oder in zwei oder mehr aufeinander folgenden Umformprozessen durchgeführt wird,
wobei das umzuformende Rohr bei jedem Umformprozess in einen in einem
formgebenden Werkzeug eingeschlossenen Hohlraum eingesetzt wird und dessen Rohrinnenraum mit einem dessen Umformung bewirkenden Innendruck beaufschlagt wird, und
wobei der Hohlraum außenseitlich allseitig durch eine Begrenzung begrenzt ist, deren Formgebung der in dem jeweiligen Umformprozess zu erzielenden Außengeometrie des umgeformten Rohrs entspricht, wobei die in dem einzigen oder die in dem letzten
Umformprozess zu erzielende Außengeometrie der vorgegebenen Membranform entspricht.
Gemäß einer Ausgestaltung der letztgenannten Ausgestaltung ist die Begrenzung jeweils durch innere Mantelflächen von in das Werkzeug eingesetzten, austauschbaren Einsätzen gebildet. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen sehen vor, dass die bereitgestellten Rohre a) mindestens ein Rohr aus Edelstahl, aus Tantal oder aus einem eine
Nickelbasislegierung umfassenden Werkstoff umfassen,
b) einen Rohraußendurchmesser von 10 mm bis 90 mm aufweisen, und/oder
c) eine Rohwandstärke von 0,05 mm bis 0, 1 mm aufweisen
Weitere Ausgestaltungen sehen vor, dass
mindestens eine der Rohrmembranen im Anschluss an die Innenhochdruckumformung spannungsarmgeglüht wird,
mindestens eines der umzuformenden Rohre in zwei oder mehr aufeinander folgenden Umformprozessen umgeformt wird und nach mindestens einem dieser Umformprozesse, auf den ein weiterer Umformprozess folgt, weichgeglüht wird,
bei der Durchführung mindestens einer der Innenhochdruckumformungen mindestens ein Umformprozess durchgeführt wird, bei dem das umzuformende Rohr vor dem
Umformprozess auf eine Umformtemperatur aufgeheizt und/oder während des
Umformprozesses auf der Umformtemperatur gehalten wird, und/oder
aus zwei oder mehr formgleichen Rohren Rohrmembranen mit unterschiedlichen vorgegebenen Membranformen gefertigt werden.
Eine erste Weiterbildung umfasst ein Verfahren, bei dem
die Rohre in Form von einer oder mehreren Rohr-Gruppen derart bereitgestellt werden, dass jede Rohr-Gruppe zwei oder mehr formgleiche Rohre umfasst und die Rohre verschiedener Rohr-Gruppen verschiedene Formen aufweisen, und
aus den Rohren einer jeden Rohr-Gruppe jeweils Rohrmembranen mit
unterschiedlichen für die jeweilige Rohr-Gruppe vorgegebenen Membranformen gefertigt werden.
Eine zweite Weiterbildung umfasst ein Verfahren, bei dem
mindestens eine Rohrmembran erzeugt wird, indem das jeweilige Rohr derart umgeformt wird, dass die daraus erzeugte Rohrmembran als hohlzylindrische
Rohrmembranen ausgebildet ist, die einen durch die vorgegebene Membranform vorgegebenen Außendurchmesser aufweist,
wobei der Außendurchmesser größer als ein Rohraußendurchmesser des Rohrs und kleiner gleich einem von dem Rohraußendurchmesser, der Wandstärke und dem
Rohrwerkstoff des Rohrs abhängigen Maximaldurchmesser und/oder kleiner gleich einem 1 ,7-fachen des Rohraußendurchmessers ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der zweiten Weiterbildung besteht darin, dass aus zwei oder mehr formgleichen Rohren jeweils holzylindrische Rohrmembranen gefertigt werden, die unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen Eine dritte Weiterbildung umfasst ein Verfahren, bei dem mindestens eine Rohrmembran erzeugt wird, indem das jeweilige Rohr derart umgeformt wird, dass die dadurch erhaltene Rohrmembran zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur Längsachse der Rohrmembran angeordnete, ringförmige Sicken aufweist.
Weitere Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sehen vor, dass
mindestens eine Rohrmembran erzeugt wird, indem das jeweilige Rohr derart umgeformt wird, dass die daraus erzeugte Rohrmembran zwei im Wesentlichen hohlzylindrische Endbereiche umfasst, zwischen denen einen ein mittlerer
Membranbereich angeordnet ist, und
diese Rohrmembranen mindestens eine Rohrmembran umfassen, die
a) zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur Längsachse der Rohrmembran angeordnete, ringförmige Sicken aufweist, wobei die Sicken zwischen den beiden Endbereichen angeordnet sind und der mittlere Membranbereich zwischen den beiden Sicken angeordnet ist, und/oder
b) deren mittlerer Membranbereich:
b1 ) hohlzylindrisch ist,
b2) eine Querschnittsfläche aufweist, die in parallel zu dessen Längsachse verlaufender Richtung variiert,
b3) einen Außendurchmesser aufweist, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung abnimmt, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung ansteigt, oder der in parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufender Richtung wellenförmig variiert,
b4) mindestens eine eine Belastbarkeit der Rohrmembran mit thermomechanischen Spannungen und/oder eine Stabilität der Rohrmembran zumindest abschnittweise erhöhende Ausbuchtung aufweist,
b5) parallel zueinander und koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs angeordnete, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen aufweist,
b6) parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende
Ausbuchtungen, parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende, spiegelsymmetrisch zur Längsachse angeordnete und/oder gleichmäßig über den Umfang des mittleren Membranbereichs verteilt angeordnete Ausbuchtungen, parallel zur
Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende Ausbuchtungen mit
trapezförmiger Querschnittsfläche oder parallel zur Längsachse des mittleren
Membranbereichs verlaufende Ausbuchtungen mit ellipsensegmentförmiger
Querschnittsfläche aufweist, oder
b7) eine oder mehrere spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtungen aufweist. Eine bevorzugte Ausgestaltung der letztgenannten Weiterbildungen besteht darin, dass aus zwei oder mehr formgleichen Rohren Rohrmembranen gefertigt werden, deren Membranformen sich durch die Formgebung der Ausbuchtungen, die Formgebung von deren mittleren Membranbereich, die Formgebung der Sicken und/oder die
Außendurchmesser von deren Endbereichen unterscheiden.
Des Weiteren umfasst die Erfindung mindestens eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Rohrmembran.
Weiterbildungen erfindungsgemäßer Rohrmembranen zeichnen sich dadurch aus, dass mindestens einer dieser Rohrmembranen,
zwei im Wesentlichen hohlzylindrischen Endbereiche und einem zwischen den
Endbereichen angeordneten mittleren Membranbereich aufweist,
a) wobei die Rohrmembran zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur Längsachse der Rohrmembran angeordnete, ringförmige Sicken aufweist, wobei die Sicken zwischen den beiden Endbereichen angeordnet sind und der mittlere
Membranbereich zwischen den beiden Sicken angeordnet ist, und/oder
b) wobei der mittlere Membranbereich der Rohrmembran:
b1 ) hohlzylindrisch ist,
b2) eine Querschnittsfläche aufweist, die in parallel zu dessen Längsachse verlaufender Richtung variiert,
b3) einen Außendurchmesser aufweist, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung abnimmt, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung ansteigt, oder der in parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufender Richtung wellenförmig variiert,
b4) mindestens eine eine Belastbarkeit der Rohrmembran mit thermomechanischen Spannungen und/oder eine Stabilität der Rohrmembran zumindest abschnittweise erhöhende Ausbuchtung aufweist,
b5) parallel zueinander und koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs angeordnete, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen aufweist,
b6) parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende
Ausbuchtungen, parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende, spiegelsymmetrisch zur Längsachse angeordnete und/oder gleichmäßig über den Umfang des mittleren Membranbereichs verteilt angeordnete Ausbuchtungen, parallel zur
Längsachse des mittleren Membranbereichs verlaufende Ausbuchtungen mit
trapezförmiger Querschnittsfläche oder parallel zur Längsachse des mittleren
Membranbereichs verlaufende Ausbuchtungen mit ellipsensegmentförmiger
Querschnittsfläche aufweist, oder b7) eine oder mehrere spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtungen aufweist.
Eine weitere Weiterbildung umfasst eine erfindungsgemäße Rohrmembran,
die zwei im Wesentlichen hohlzylindrische Endbereiche und einen zwischen den
Endbereichen angeordneten mittleren Membranbereich umfasst, wobei
der mittlere Membranbereich mindestens eine spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtung umfasst, die unter einem Steigungswinkel von 50° bis 70° verläuft, die in parallel zur Längsachse der Rohrmembran verlaufender Richtung eine Ausbuchtungsbreite von 2 mm bis 4 mm aufweist, und/oder die in senkrecht zur Längsachse der Rohrmembran verlaufender Richtung eine Ausbuchtungstiefe von 0, 2 mm bis 0,8 mm aufweist, oder der mittlere Membranbereich parallel zueinander und koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs angeordnete, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen aufweist, die in parallel zur Längsachse der Rohrmembran verlaufender Richtung eine Ausbuchtungsbreite von 2 mm bis 4 mm aufweisen, und/oder in senkrecht zur Längsachse der Rohrmembran verlaufender Richtung eine Ausbuchtungstiefe von 0, 2 mm bis 0,8 mm aufweisen.
Des Weiteren umfasst die Erfindung einen Druckmittler mit einer erfindungsgemäßen Rohrmembran, der
einen Membranträger umfasst, in den die Rohrmembran derart eingesetzt und mit dem Membranträger verbunden ist, dass deren Innenseite mit einem Druck beaufschlagbar ist, der eine im Membranträger unter der Rohrmembran eingeschlossene
Druckempfangskammer umfasst, und
der eine an die Druckempfangskammer angeschlossene Druckübertragungsleitung umfasst.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen neun Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Um Elemente mit zum Teil sehr unterschiedlichen Abmessungen darstellen zu können, wurde ein nicht immer
maßstabsgetreue Darstellung gewählt.
Fig. 1 zeigt: einen Rohrdruckmittler mit einer hohlzylindrischen Rohrmembran,
Fig. 2 zeigt: ein Werkzeug mit Einsätzen zur Herstellung zylindrischer Rohrmembranen; Fig. 3 zeigt: das Werkzeug von Fig. 1 mit Einsätzen zur Herstellung von Sicken
aufweisenden Rohrmembranen;
Fig. 4 zeigt: einen Druckmittler mit einer zwei Sicken aufweisenden Rohrmembran; Fig. 5 zeigt: einen Längsschnitt einer Rohrmembran mit einem nach innen gewölbten mittleren Membranbereich; Fig. 6 zeigt: einen Längsschnitt einer Rohrmembran mit einem nach außen gewölbten mittleren Membranbereich;
Fig. 7 zeigt: einen Längsschnitt einer Rohrmembran mit einem mittleren Membranbereich mit in Längsrichtung wellenförmig variierendem Außendurchmesser;
Fig. 8 zeigt: einen Längsschnitt einer in Längsrichtung verlaufende Ausbuchtungen aufweisenden Rohrmembran;
Fig. 9 zeigt: einen Querschnitt einer im Querschnitt trapezförmige Ausbuchtungen
aufweisenden Rohrmembran;
Fig. 10 zeigt: einen Querschnitt einer im Querschnitt ellipsensegmentförmige
Ausbuchtungen aufweisenden Rohrmembran;
Fig. 1 1 zeigt: eine Ansicht einer Rohrmembran mit einer spiralförmigen Ausbuchtung; und Fig. 12 zeigt: eine Ansicht einer Rohrmembran mit zwei spiralförmigen Ausbuchtungen.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung von einer oder mehreren metallischen Rohrmembranen RMi, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg, sowie mindestens eine mit diesem Verfahren hergestellte Rohrmembran RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg und mindestens einen jeweils eine dieser Rohrmembranen RM1, RM2, RM3,
RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg umfassenden Druckmittler.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass für jede mit diesem Verfahren herzustellende Rohrmembran RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg jeweils ein hohlzylindrisches, metallisches Rohr 9 bereitgestellt wird und die jeweilige Rohrmembran RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg aus dem jeweiligen Rohr 9 gefertigt wird, in dem das Rohr 9 durch Innenhochdruckumformung derart umgeformt wird, dass es eine für die jeweilige Rohrmembran RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg vorgegebene Membranform aufweist.
Das Innenhochdruckumformen ist ein auch unter der häufig synonym verwendeten Bezeichnung Hydroforming bekanntes Umformverfahren, bei dem ein metallischer Hohlkörper in einem geschlossenen, formgebenden Werkzeug mittels eines zur Bewirkung der Umformung im Hohlkörper aufgebauten Innendrucks umgeformt wird.
Bei der Innenhochdruckumformung wird jeweils ein Umformprozess durchgeführt, bei dem das Rohr 9 in ein formgebendes Werkzeug eingesetzt und in dem Werkzeug umgeformt wird. Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines zur Erzeugung von Rohrmembranen RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg einsetzbaren Werkzeugs 1 1. Das Werkzeug 1 1 umfasst zwei über eine lösbare druckdichte Verbindung miteinander verbundene Halbschalen 13, in die jeweils ein formgebender Einsatz 15 eingesetzt ist. Die Einsätze 15 sind vorzugsweise als auswechselbare Einsätze 15 ausgebildet. Sie weisen jeweils eine innere Mantelfläche auf, die einen im Werkzeug 1 1 eingeschlossenen Hohlraum außenseitlich begrenzt. Diese Mantelflächen bilden zusammen eine außenseitliche allseitige Begrenzung 17 des Hohlraums, deren Formgebung in Abhängigkeit von einer Formgebung einer äußeren Mantelfläche der vorgegebenen Membranform vorgegeben wird.
Zur Durchführung des Umformprozesses wird das hohlzylindrische, metallische Rohr 9 derart in das Werkzeug 1 1 einsetzt, dass es außenseitlich allseitig von der außenseitlich allseitigen Begrenzung 17 des Hohlraums umgeben ist. Anschließend wird der Hohlraum druckdicht verschlossen und ein Rohrinnenraum des Rohrs 9 mit einem Innendruck pmu beaufschlagt. Dabei kann z.B. derart Verfahren werden, dass der Rohrinnenraum über einen oder mehrere Anschlüsse 19 des Werkzeugs 1 1 mit einem Fluid, wie z.B. einem Öl oder einer Wasser-Öl Emulsion, derart befüllt wird, dass das Fluid im Rohrinnenraum unter dem Innendruck pmu steht. Hierzu kann das Werkzeug 1 1 z.B. eine in Fig. 2 schematisch durch Pfeile dargestellte Vorrichtung 20, wie z.B. eine mindestens einen Kolben oder einen Verdichter umfassende Vorrichtung 20, umfassen, mittels der das Fluid im Rohrinnenraum verdichtet wird. Durch den Innendruck pmu wird das Rohr 9 derart nach außen expandiert, dass dessen äußere Mantelfläche die durch die Begrenzung 17 des Hohlraums vorgegebene Formgebung annimmt.
Fig. 2 ist zur Veranschaulichung sowohl das als Ausgangsform gestrichelt dargestellte hohlzylindrische Rohr 9, als auch die durch Expansion dieses Rohres 9 in der in Fig. 2 durch Pfeile angezeigten Richtung erhaltene Rohrmembran RMi dargestellt. Die hier als Beispiel dargestellte Rohrmembran RMi ist hohlzylindrisch und weist einen der vorgegebenen Membranform entsprechenden Außendurchmesser auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die damit hergestellten Rohrmembranen RMi, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg weisen die zuvor bereits genannten Vorteile auf.
Wie bereits erwähnt, wird zur Erzeugung jeder Rohrmembran RMi, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg jeweils ein hohlzylindrisches, metallisches Rohr 9 verwendet. Dabei umfassen die hierfür bereitgestellten Rohre 9 vorzugsweise mindestens ein Rohr 9 aus Edelstahl, mindestens ein Rohr 9 aus Tantal und/oder mindestens ein Rohr 9 aus einem eine Nickelbasislegierung umfassenden Werkstoff, wie z.B. einem unter dem Markenname Hastelloy bekannten Werkstoff. Alternativ oder zusätzlich hierzu weisen die Rohre 9 vorzugsweise einen Rohraußendurchmesser von 10 mm bis 90 mm und/oder einer Rohwandstärke von 0,05 mm bis 0,1 mm auf. Zur Innenhochdruckumformung dieser Rohre 9 eignet sich z.B. ein Innendruck pmu in der Größenordnung von 100 bar bis 500 bar.
Die Innenhochdruckumformung eines jeden zur Erzeugung einer der Rohrmembranen RMi, RM2, RM3, RM4, RM5, RMe, RM7, RMe, RMg eingesetzten Rohrs 9 erfolgt jeweils in einem einzigen Umformprozess oder in zwei oder mehr nacheinander ausgeführten Umformprozessen.
Bei jedem Umformprozess wird der in dem in Fig. 2 dargestellten Werkzeug 1 1 eingeschlossene Hohlraum jeweils durch eine zylindrische Begrenzung 17 begrenzt, deren Formgebung der in dem jeweiligen Umformprozess zu erzielenden Außengeometrie des umgeformten Rohrs 9 entspricht, wobei die in dem einzigen oder die in dem letzten Umformprozess zu erzielende Formgebung der vorgegebenen Membranform entspricht. Dabei bietet das zuvor beschriebene Werkzeug 1 1 den Vorteil, dass zur Erzeugung von Rohrmembranen RMi , RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg unterschiedlicher Membranformen jeweils entsprechend geformte Einsätze 15 einsetzbar sind, die bei jedem Wechsel der zu erzeugenden vorgegebenen Membranform, sowie ggfs natürlich auch zwischen aufeinander folgenden Umform prozessen ausgetauscht werden.
Optional wird bei der Erzeugung mindestens einer der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Rohrmembranen RM1 , RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg derart verfahren, dass die jeweilige Rohrmembran RM1 , RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg im Anschluss an die Innenhochdruckumformung spannungsarmgeglüht wird.
Das Spannungsarmglühen bietet den Vorteil, dass durch die Innenhochdruckumformung insgesamt in der jeweiligen Rohrmembran RM1 , RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7 entstandene Spannungen reduziert werden.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann bei der Erzeugung mindestens einer der
Rohrmembranen RM1 , RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg derart verfahren werden, dass das umzuformende Rohr 9 in zwei oder mehr aufeinander folgenden Umformprozessen umgeformt wird und nach mindestens einem dieser Umformprozesse, auf den ein weiterer Umformprozess folgt, weichgeglüht wird. Das Weichglühen des umgeformten Rohrs zwischen zwei aufeinander folgenden Umformprozessen bietet den Vorteil, dass durch einen oder mehrere vorausgehende Umformprozesse verursachte Versprödungen des umgeformten Rohrs reduziert werden. Das erleichtert die weitere Umformung in dem nachfolgenden Umformprozess und vergrößert das Spektrum der auf diese Weise herstellbaren Membranformen.
Sowohl beim Spannungsarmglühen, als auch beim Weichglühen wird die jeweilige Rohrmembran RM1 , RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg bzw. das umgeformte Rohr jeweils über einen ersten Zeitraum hinweg auf eine Verfahrenstemperatur erwärmt, über einen zweiten Zeitraum hinweg auf dieser Temperatur gehalten und über einen dritten Zeitraum hinweg wieder abgekühlt. Dabei wird zum Spannungsarmglühen vorzugsweise eine Verfahrenstemperatur von kleiner gleich 650°C oder eine Verfahrenstemperatur im Bereich von 550°C bis 650°C angesetzt. Zum Weichglühen wird vorzugsweise eine Verfahrenstemperatur von kleiner gleich 750°C oder eine Verfahrenstemperatur im Bereich von 650°C bis 750°C angesetzt.
Sowohl das Weichglühen des umgeformten Rohrs zwischen zwei aufeinander folgenden Umform prozessen, als auch das Spannungsarmglühen der Rohrmembran RMi, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg verbessert die Druckübertragungseigenschaften der jeweiligen Rohrmembran RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg und verringert die Temperaturabhängigkeit der Druckübertragungseigenschaften der jeweiligen
Rohrmembran RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg.
Alternativ oder zusätzlich wird zur Durchführung der Innenhochdruckumformung oder mindestens eines im Rahmen der Innenhochdruckumformung durchgeführten
Umformprozesses vorzugsweise ein temperiertes Innhochdruckumformungsverfahren eingesetzt Ein solches Verfahren ist z.B. in einer Veröffentlichung des Instituts für
Werkzeugmaschinen und Umformtechnik der Fraunhofer Gesellschaft aus dem Jahr 2013 mit dem Titel:“Temperierte Innenhochdruck-Umformung von Edelstahl-Rohren“ beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird das umzuformende Rohr 9 vor dem
Umformprozess, z.B. unmittelbar vor dem Einsetzen in das Werkzeug 1 1 , auf eine
Umformtemperatur aufgeheizt und/oder während des Umformprozesses auf einer
Umformtemperatur gehalten. Dabei wird vorzugsweise eine Umformtemperatur von mehreren Hundert Grad, z.B. eine Umformtemperatur von 550°C bis 850°C, angesetzt.
Optional wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise derart Verfahren, dass aus zwei oder mehr formgleichen Rohren 9 Rohrmembranen RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RMe, RM7, RMe, RMg mit unterschiedlichen vorgegebenen Membranformen gefertigt werden. Dabei können die formgleichen Rohre 9 aus dem gleichen Werkstoff bestehen oder auch formgleiche Rohre 9 aus unterschiedlichen Werkstoffen umfassen.
Bei dieser Verfahrensvariante werden die Rohre 9 vorzugsweise in Form von einer oder mehreren Rohr-Gruppen derart bereitgestellt, dass jede Rohr-Gruppe zwei oder mehr formgleiche, hohlzylindrische Rohre 9 umfasst und die Rohre 9 verschiedener Rohr- Gruppen verschiedene Formen aufweisen. In dem Fall werden die Rohre 9 dieser Rohr- Gruppen vorzugsweise derart verwendet, dass aus den Rohren 9 einer jeden Rohr-Gruppe jeweils Rohrmembranen RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg mit einem Spektrum an unterschiedlichen für die jeweilige Rohr-Gruppe vorgegebenen
Membranformen gefertigt werden.
Optional wird mindestens eine Rohrmembran RM1 erzeugt, indem das jeweilige Rohr 9 derart umgeformt wird, dass die daraus erzeugte Rohrmembran RM1 als hohlzylindrische Rohrmembranen RM1 ausgebildet ist, die einen durch die vorgegebene Membranform vorgegebenen Außendurchmesser aufweist. Dabei wird vorzugsweise derart verfahren, dass aus zwei oder mehr formgleichen Rohren 9 hohlzylindrische Rohrmembranen RMi gefertigt werden, die unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. Hierdurch sind mittels Rohren 9 einer einzigen Rohr-Gruppe bereits holzylindrische Rohrmembranen RMi herstellbar, deren Außendurchmesser größer als der Rohraußendurchmesser der Rohre 9 dieser Rohr-Gruppe und kleiner gleich einem von dem Rohraußendurchmesser, der Wandstärke und dem Werkstoff des jeweiligen Rohrs 9 abhängigen Maximaldurchmesser sind. Hierüber sind Maximaldurchmesser erzielbar, die kleiner gleich einem 1 ,7-fachen des Rohraußendurchmessers der Rohre 9 der jeweiligen Rohr-Gruppe sind.
Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass bereits eine sehr geringe Anzahl von Rohre 9 unterschiedlicher Rohraußendurchmesser umfassenden Rohr-Gruppen ausreicht, um Rohrmembranen RMi zu fertigen, deren Außendurchmesser einen sehr großen
Durchmesserbereich abdecken. Das bietet den Vorteil, dass alle diese Rohrmembranen RMi zeitnah und bedarfsgerecht produziert werden können, wobei hierbei für die
Bereitstellung der Rohre 9 aufgrund der geringen Anzahl der benötigten Rohr-Gruppen nur vergleichsweise geringe Lagerhaltungskosten anfallen.
Alternativ oder zusätzlich hierzu wird durch Innenhochdruckumformung mindestens eine Rohrmembran RM2 erzeugt, indem das jeweilige Rohr 9 derart umgeformt wird, dass die dadurch erhaltene Rohrmembran RM2 zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur Längsachse der Rohrmembran RM2 angeordnete, ringförmige Sicken 21 aufweist. Die beiden Sicken 21 sind vorzugsweise derart angeordnet, dass die
Rohrmembran RM2 zwei einander gegenüberliegende hohlzylindrische Endbereiche 23 aufweist, zwischen denen ein zwischen den beiden Sicken 21 angeordneter mittlerer Membranbereich 25 angeordnet ist. Diese Membranform bietet den Vorteil, dass die Endbereiche 23 zur Befestigung der Rohrmembran RM2 am Einsatzort zur Verfügung stehen und die Rohrmembranen RM2 aufgrund der Sicken 21 eine höhere mechanische Stabilität aufweisen und Temperaturwechseln besser standhalten.
Fig. 3 zeigt hierzu das in Fig. 2 dargestellte Werkzeug 1 1 , in das zur Herstellung der die zuvor beschriebenen Sicken 21 aufweisenden Rohrmembranen RM2 anstelle der in Fig. 2 dargestellten Einsätze 15 Einsätze 27 eingesetzt sind, die der Membranform der die Sicken 21 aufweisenden Rohrmembran RM2 entsprechende den Hohlraum begrenzenden Mantelflächen aufweisen.
Fig. 4 zeigt einen Druckmittler, der einen Membranträger 29 umfasst, in dem die hier zwei einander gegenüberliegende hohlzylindrische Endbereiche 23 und den zwischen den beiden Sicken 21 angeordneten mittleren Membranbereich 25 aufweisenden
Rohrmembran RM2 einsetzt ist. Genau wie der in Fig. 1 dargestellte Druckmittler umfasst auch dieser Druckmittler die unter der Rohrmembran RM2 im Membranträger 29 eingeschlossene Druckempfangskammer 5 und die an die Druckempfangskammer 5 angeschlossene Druckübertragungsleitung 7, über die der auf die Innenseite der
Rohrmembran RM2 einwirkende Druck p an einen Zielort übertragbar ist. Hierzu ist die Rohrmembran RIVh auch hier derart in den Membranträger 29 eingesetzt und mit dem Membranträger 29 verbunden, dass deren Innenseite mit dem vom Druckmittler an den Zielort zu übertragenden Druck p beaufschlagbar ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Sicken 21 zu den mit dem Membranträger 29 verbundenen Endbereichen 23 der
Rohrmembran RM2 benachbart angeordnet. Damit befinden sie sich in einem Bereich, in dem bei Temperaturänderungen oder Temperatursprüngen besonders große
thermomechanische Spannungen auftreten. Dort bieten sie den Vorteil, dass in diesem Bereich auftretende Spannungsmaxima durch eine elastische Verformung der Sicken 21 abgebaut werden können.
Bei den in Fig. 3 und 4 dargestellten Beispielen ist der mittlere Membranbereich 25 der Rohrmembran RM2 hohlzylindrisch. Alternativ kann er aber auch eine andere durch Innenhochdruckumformung erzeugbare Form aufweisen.
Optional wird auch hier vorzugsweise derart verfahren, dass aus zwei oder mehr formgleichen Rohren 9 jeweils Sicken 21 aufweisende Rohrmembranen RM2 gefertigt werden, deren Membranformen sich durch die Formgebung der Sicken 21 , die
Außendurchmesser der Endbereiche 23 und/oder den Außendurchmesser des mittleren hohlzylindrischen Membranbereichs 25 oder die Form des mittleren Membranbereichs unterscheiden.
Alternativ oder zusätzlich hierzu wird durch Innenhochdruckumformung mindestens eine Rohrmembran RM3, RM4, RM5 erzeugt, indem das jeweilige Rohr 9 derart umgeformt wird, dass die daraus erzeugte Rohrmembran RM3, RM4, RM5 zwei im Wesentlichen hohlzylindrische Endbereiche 23 umfasst, zwischen denen ein mittlerer Membranbereich 31 , 33, 35 angeordnet ist, dessen Querschnittsfläche in parallel zu dessen Längsachse verlaufender Richtung variiert. Optional ist dieser mittlere Membranbereich 31 , 33, 35 rotationssymmetrisch zur Längsachse der jeweiligen Rohrmembran RM3, RM4, RM5 ausgebildet.
Fig. 5 zeigt als ein Beispiel eine Rohrmembran RM3, bei der ein Außendurchmesser des mittleren Membranbereichs 31 ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich 39 in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung abnimmt.
Fig. 6 zeigt als ein weiteres Beispiel eine Rohrmembran RM4, bei der ein
Außendurchmesser des mittleren Membranbereichs 33 ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich 33 in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung ansteigt.
Diese Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass über den Anstieg oder den Abfall der Querschnittsfläche die Druckempfindlichkeit der Rohrmembran RM3, RM4 einstellbar ist. Dabei bezeichnet die Druckempfindlichkeit eine Abhängigkeit einer Auslenkung der Rohrmembran RM3, RM4 von dem im Druckmittler auf deren Innenseite einwirkenden Druck p.
Alternativ oder zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird das erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise durch eine dementsprechende Vorgabe mindestens einer Membranform gezielt dazu eingesetzt, in Druckmittlern eingesetzte oder einsetzbare Rohrmembranen herzustellen, die in einem größeren Temperaturbereich eingesetzt werden können und/oder zumindest kurzzeitig größeren Temperatursprüngen ausgesetzt werden dürfen, als aus dem Stand der Technik bekannte Rohrmembranen, ohne dass die Rohrmembran hierdurch nachhaltig beschädigt, z.B. plastisch verformt, wird oder sich deren Druckübertragungseigenschaften nachhaltig verändern. Hierzu eignen sich insb. zur Aufnahme bzw. zum Abbau thermomechanischer Spannungen geeignete und/oder die Stabilität der Rohrmembran zumindest abschnittweise erhöhende
Membranformen.
Fig. 7 zeigt als ein Beispiel hierzu einen Längsschnitt einer durch
Innenhochdruckumformung erzeugten oder erzeugbaren Rohrmembran RM5, bei der der Außendurchmesser des zwischen den beiden Endbereichen 23 angeordneten, mittleren Membranbereich 35 in parallel zu dessen Längsachse verlaufender Richtung wellenförmig variiert.
Eine derzeit besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, durch
Innenhochdruckumformung mindestens eine Rohrmembran RM5, RM6, RM7, RMe, RMg zu erzeugen, indem das jeweilige Rohr 9 derart umgeformt wird, dass die dadurch erhaltene Rohrmembran RM5, RM6, RM7, RMe, RMg zwei im Wesentlichen hohlzylindrische
Endbereiche 23 umfasst, zwischen denen ein mittlerer Membranbereich 35, 37, 39, 41 , 43 angeordnet ist, der mindestens eine die Belastbarkeit der Rohrmembran RM5, RM6, RM7, RMe, RMg mit thermomechanischen Spannungen und/oder die Stabilität der Rohrmembran RM5, RM6, RM7, RMe, RMg zumindest abschnittweise erhöhende Ausbuchtung 44, 45, 47, 49, 51 , 53 aufweist. Rohrmembranen RM5, RM6, RM7, RMe, RMg dieser Art können Ausbuchtungen 44, 35, 37 unterschiedlicher Anzahl und/oder unterschiedlicher Form aufweisen. So kann die Membranform der in Fig. 7 dargestellten Rohrmembran RMs, z.B. derart vorgegeben sein, dass der mittlere Membranbereich 35 mehrere parallel zueinander und koaxial zu dessen Längsachse angeordnete, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen 44 aufweist.
Fig. 8 zeigt als ein weiteres Beispiel einen Längsschnitt einer Rohrmembran RM6, RM7, deren mittlerer Membranbereich 37, 39 sich in Längsrichtung parallel zur Längsachse der Rohrmembran RM6, RM7 erstreckende Ausbuchtungen 45, 47 aufweist. Diese
Ausbuchtungen 45, 47 können unterschiedliche Querschnittsgeometrien aufweisen. Fig. 9 zeigt hierzu ein Beispiel eines Querschnitts der in Fig. 8 im Längsschnitt dargestellten Rohrmembran RM6, bei dem die Ausbuchtungen 45 jeweils eine trapezförmige
Querschnittsfläche aufweisen. Fig. 10 zeigt ein weiteres Beispiel eines Querschnitts der in Fig. 8 im Längsschnitt dargestellten Rohrmembran RM7, bei dem die Ausbuchtungen 47 eine ellipsensegmentförmige Querschnittsfläche aufweisen.
Unabhängig von der Form der Querschnittsfläche sind die Ausbuchtungen 45, 47 vorzugsweise spiegelsymmetrisch zur Längsachse angeordnet und/oder gleichmäßig über den Umfang des mittleren Membranbereichs 45, 47 verteilt angeordnet.
Optional kann auch bei der Herstellung der anhand von Fig. 5 bis 7 beschriebenen Rohrmembranen RM3, RM4, RM5 derart verfahren werden, dass das jeweilige Rohr 9 zusätzlich derart umgeformt werden, dass der mittlere Membranbereich 31 , 33, 35 der dadurch erhaltenen Rohrmembran RM3, RM4, RM5 zusätzlich die anhand von Fig. 8 bis 10 beschriebenen in Längsrichtung verlaufenden, in Fig. 5 bis 7 als Option durch gestrichelte Linien angezeigten Ausbuchtungen 45, 47 aufweist. Dabei weisen die Ausbuchtungen 45, 47 in Längsrichtung einen an die Grundform des jeweiligen mittleren Membranbereichs 31 , 33, 35 angepassten Verlauf auf.
Eine derzeit besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass durch
Innenhochdruckumformung mindestens eine Rohrmembran RMe, RMg hergestellt wird, deren zwischen den beiden Endbereichen 23 angeordneter mittlerer Membranbereich 41 , 43 mindestens eine koaxial zur Längsachse der Rohrmembran RMe, RMg ausgerichtete, spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtung 49, 51 , 53 aufweist.
Fig. 1 1 zeigt hierzu ein Beispiel einer Ansicht einer solchen Rohrmembran RMe, deren mittlerer Membranbereich 41 eine spiralförmige, sich in dem dargestellten Beispiel im Wesentlichen über die gesamte Länge des mittleren Membranbereichs 41 erstreckende, spiralförmige Ausbuchtung 49 aufweist. Dabei weist der mittlere Membranbereich 41 eine äußere Mantelfläche auf, deren Formgebung im Wesentlichen der Formgebung einer Schraube mit einem einfachen Außengewinde entspricht. Fig. 12 zeigt ein weiteres Beispiel einer Ansicht einer solchen Rohrmembran RMg, deren mittlerer Membranbereich 43 zwei spiralförmige, sich in dem dargestellten Beispiel im Wesentlichen über die gesamte Länge des mittleren Membranbereichs 43 erstreckende Ausbuchtungen 51 , 53 aufweist. Bei diesem Beispiel sind die beiden spiralförmigen Ausbuchtungen 51 , 53 koaxial zueinander und zur Längsachse der Rohrmembran RMg angeordnet und relativ zueinander um eine Drehung von 180° um die Längsachse versetzt angeordnet. Dabei weist der mittlere Membranbereich 43 hier eine äußere Mantelfläche auf, deren Formgebung im Wesentlichen der Formgebung einer Schraube mit einem als Mehrfachgewinde ausgebildeten Außengewinde entspricht.
Spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtungen 49, 51 , 53 bieten den Vorteil, dass der mittlere Membranbereich 41 , 43 extrem stabil ist, und besonders gut in der Lage ist, in unterschiedliche Raumrichtungen wirkende thermomechanische Spannungen durch elastische Verformungen abzubauen.
Dabei verlaufen die spiralförmigen oder spiralsegmentförmige Ausbuchtungen 49, 51 , 53 vorzugsweise unter einem Steigungswinkel a von 50° bis 70°. Alternativ oder zusätzlich weisen diese Ausbuchtungen 49, 51 , 53 vorzugsweise in parallel zur Längsachse der jeweiligen Rohrmembran RMe, RMg verlaufender Richtung eine Ausbuchtungsbreite B von 2 mm bis 4 mm auf, und/oder in senkrecht zur Längsachse der jeweiligen Rohrmembran RMe, RMg verlaufender Richtung eine Ausbuchtungstiefe T von 0,2 mm bis 0,8 mm auf. Zur Veranschaulichung zeigt Fig. 1 1 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 1 eingekreisten Ausschnitts der Rohrmembran RMe im Längsschnitt, in dem die Ausbuchtungsbreite B und die Ausbuchtungstiefe T eingezeichnet sind.
Analog weisen auch die in Fig. 7 dargestellten, koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs 35 angeordneten, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen 44 vorzugsweise jeweils in parallel zur Längsachse der Rohrmembran RMs verlaufender Richtung eine maximale Ausbuchtungsbreite B von 2 mm bis 4 mm und/oder in senkrecht zur Längsachse der Rohrmembran RMs verlaufender Richtung eine Ausbuchtungstiefe T von 0,2 mm bis 0,8 mm
Optional kann das zur Herstellung einer der anhand von Fig. 5 bis 12 beschriebenen Rohrmembranen RM3, RM4, RMs, RM6, RM7, RMe, RMg verwendete Rohr 9 auch hier durch die Innenhochdruckumformung jeweils derart umgeformt werden, dass die dadurch erhaltene Rohrmembran RM3, RM4, RMs, RM6, RM7, RMe, RMg zusätzlich zu den
Ausbuchtungen 44, 45, 47, 49, 51 , 53 und/oder dem entsprechend geformten mittleren Membranbereich 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43 die zuvor bereits beschriebenen, zu beiden Seiten des jeweiligen mittleren Membranbereichs 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43 angeordneten Sicken 21 aufweist. Diese Sicken 21 sind in Fig. 5 bis 12 als Option durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Optional wird auch in Verbindung mit der Herstellung von die anhand von Fig. 5 bis 12 beschriebenen Membranformen aufweisenden Rohrmembranen RM3, RM4, RM5, RM6,
RM7, RMe, RMg vorzugsweise derart verfahren, dass aus zwei oder mehr formgleichen Rohren 9 jeweils Rohrmembranen RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg gefertigt werden, deren Membranformen sich durch die Formgebung der Ausbuchtungen 44, 45, 47, 49, 51 , 53, die Formgebung von deren mittleren Membranbereich 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43, die Formgebung der Sicken 21 und/oder die Außendurchmesser von deren Endbereichen 23 unterscheiden. Mit jeweils einer der zuvor beschriebenen, mit dem zuvor beschriebenen Verfahren erzeugten Rohrmembran RM1 , RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg ausgestattet Druckmittler weisen vorzugsweise den anhand von Fig. 4 beschriebenen Aufbau auf. Dabei kann in dem Membranträger 29 anstelle der in Fig. 4 dargestellten Rohrmembran RM2 alternativ natürlich auch eine der anhand der Figuren 1 und 5 bis 12 beschriebenen Rohrmembranen RM1 , RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg eingesetzt und derart druckfest mit dem Membranträger 29 verbunden sein, dass sie die darunter
eingeschlossene Druckempfangskammer 5 verschließt. Als druckfeste Verbindung eignet sich z.B. eine Lötung oder eine Schweißung.
Bezugszeichenliste Rohrmembran 29 Membranträger Rohrsegment 31 Membranbereich Druckempfangskammer 33 Membranbereich Druckübertragungsleitung 35 Membranbereich Rohr 37 Membranbereich Werkzeug 39 Membranbereich Halbschale 41 Membranbereich Einsatz 43 Membranbereich Begrenzung 44 Ausbuchtung Anschluss 45 Ausbuchtung Vorrichtung 47 Ausbuchtung Sicke 49 Ausbuchtung Endbereich 51 Ausbuchtung Membranbereich 51 Ausbuchtung Einsätze 51 Ausbuchtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von einer oder mehreren metallischen Rohrmembranen (RMi , RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) für Druckmittler, bei dem
für jede herzustellende Rohrmembran (RM1 , RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe,
RMg) jeweils ein hohlzylindrisches, metallisches Rohr (9) bereitgestellt wird, und
die jeweilige Rohrmembran (RM1 , RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) aus dem jeweiligen Rohr (9) gefertigt wird, in dem das Rohr (9) durch Innenhochdruckumformung derart umgeformt wird, dass es eine für die jeweilige Rohrmembran (RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) vorgegebene Membranform aufweist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , bei dem
die Innenhochdruckumformung jeweils in einem einzigen Umformprozess oder in zwei oder mehr aufeinander folgenden Umformprozessen durchgeführt wird,
wobei das umzuformende Rohr (9) bei jedem Umformprozess in einen in einem formgebenden Werkzeug (1 1 ) eingeschlossenen Hohlraum eingesetzt wird und dessen Rohrinnenraum mit einem dessen Umformung bewirkenden Innendruck (pmu) beaufschlagt wird, und
wobei der Hohlraum außenseitlich allseitig durch eine Begrenzung (17) begrenzt ist, deren Formgebung der in dem jeweiligen Umformprozess zu erzielenden Außengeometrie des umgeformten Rohrs (9) entspricht, wobei die in dem einzigen oder die in dem letzten Umformprozess zu erzielende Außengeometrie der vorgegebenen Membranform entspricht.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Begrenzung (17) jeweils durch innere Mantelflächen von in das Werkzeug (1 1 ) eingesetzten, austauschbaren Einsätzen (15, 27) gebildet ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, bei dem die bereitgestellten Rohre (9)
a) mindestens ein Rohr (9) aus Edelstahl, aus Tantal oder aus einem eine
Nickelbasislegierung umfassenden Werkstoff umfassen,
b) einen Rohraußendurchmesser von 10 mm bis 90 mm aufweisen, und/oder
c) eine Rohwandstärke von 0,05 mm bis 0,1 mm aufweisen
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, bei dem
mindestens eine der Rohrmembranen (RM1 , RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe,
RMg) im Anschluss an die Innenhochdruckumformung spannungsarmgeglüht wird, mindestens eines der umzuformenden Rohre (9) in zwei oder mehr aufeinander folgenden Umformprozessen umgeformt wird und nach mindestens einem dieser
Umformprozesse, auf den ein weiterer Umformprozess folgt, weichgeglüht wird, bei der Durchführung mindestens einer der Innenhochdruckumformungen mindestens ein Umformprozess durchgeführt wird, bei dem das umzuformende Rohr (9) vor dem Umformprozess auf eine Umformtemperatur aufgeheizt und/oder während des
Umformprozesses auf der Umformtemperatur gehalten wird, und/oder
aus zwei oder mehr formgleichen Rohren (9) Rohrmembranen (RMi, RM2, RM3, RIVU, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) mit unterschiedlichen vorgegebenen Membranformen gefertigt werden.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, bei dem
die Rohre (9) in Form von einer oder mehreren Rohr-Gruppen derart bereitgestellt werden, dass jede Rohr-Gruppe zwei oder mehr formgleiche Rohre (9) umfasst und die Rohre (9) verschiedener Rohr-Gruppen verschiedene Formen aufweisen, und
aus den Rohren (9) einer jeden Rohr-Gruppe jeweils Rohrmembranen (RM1, RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) mit unterschiedlichen für die jeweilige Rohr-Gruppe vorgegebenen Membranformen gefertigt werden.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6, bei dem
mindestens eine Rohrmembran (RM1) erzeugt wird, indem das jeweilige Rohr (9) derart umgeformt wird, dass die daraus erzeugte Rohrmembran (RM1) als hohlzylindrische Rohrmembranen (RM1) ausgebildet ist, die einen durch die vorgegebene Membranform vorgegebenen Außendurchmesser aufweist,
wobei der Außendurchmesser größer als ein Rohraußendurchmesser des Rohrs (9) und kleiner gleich einem von dem Rohraußendurchmesser, der Wandstärke und dem
Rohrwerkstoff des Rohrs (9) abhängigen Maximaldurchmesser und/oder kleiner gleich einem 1 ,7-fachen des Rohraußendurchmessers ist.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem aus zwei oder mehr formgleichen Rohren (9) jeweils holzylindrische Rohrmembranen (RM1) gefertigt werden, die unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen
9. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 8, bei dem mindestens eine Rohrmembran (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) erzeugt wird, indem das jeweilige Rohr (9) derart umgeformt wird, dass die dadurch erhaltene Rohrmembran (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur
Längsachse der Rohrmembran (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) angeordnete, ringförmige Sicken (21 ) aufweist.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 9, bei dem
mindestens eine Rohrmembran (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) erzeugt wird, indem das jeweilige Rohr (9) derart umgeformt wird, dass die daraus erzeugte Rohrmembran (RIVh, RM3, RIVU, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) zwei im Wesentlichen hohlzylindrische Endbereiche (23) umfasst, zwischen denen einen ein mittlerer
Membranbereich (25, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43) angeordnet ist, und
diese Rohrmembranen (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) mindestens eine Rohrmembran (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7) umfassen, die
a) zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur Längsachse der Rohrmembran (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) angeordnete, ringförmige Sicken (21 ) aufweist, wobei die Sicken (21 ) zwischen den beiden Endbereichen (23) angeordnet sind und der mittlere Membranbereich (25, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43) zwischen den beiden Sicken (21 ) angeordnet ist, und/oder
b) deren mittlerer Membranbereich (25, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43):
b1 ) hohlzylindrisch ist,
b2) eine Querschnittsfläche aufweist, die in parallel zu dessen Längsachse verlaufender Richtung variiert,
b3) einen Außendurchmesser aufweist, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich (31 ) in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung abnimmt, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich (33) in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung ansteigt, oder der in parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (35) verlaufender Richtung wellenförmig variiert,
b4) mindestens eine eine Belastbarkeit der Rohrmembran (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) mit thermomechanischen Spannungen und/oder eine Stabilität der Rohrmembran (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) zumindest abschnittweise erhöhende Ausbuchtung (44, 45, 47, 49, 51 , 53) aufweist,
b5) parallel zueinander und koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (35) angeordnete, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen (44) aufweist,
b6) parallel zur Längsachse dieses Membranbereichs (37, 39) verlaufende
Ausbuchtungen (45, 47), parallel zur Längsachse dieses Membranbereichs (37, 39) verlaufende, spiegelsymmetrisch zur Längsachse angeordnete und/oder gleichmäßig über den Umfang des mittleren Membranbereichs (37, 39) verteilt angeordnete Ausbuchtungen (45, 47), parallel zur Längsachse dieses Membranbereichs (37) verlaufende
Ausbuchtungen (45) mit trapezförmiger Querschnittsfläche oder parallel zur Längsachse dieses Membranbereichs (39) verlaufende Ausbuchtungen (47) mit
ellipsensegmentförmiger Querschnittsfläche aufweist, oder
b7) eine oder mehrere spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtungen (49, 51 , 53) aufweist.
1 1. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem aus zwei oder mehr formgleichen Rohren (9) Rohrmembranen (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) gefertigt werden, deren Membranformen sich durch die Formgebung der Ausbuchtungen (44, 45, 47, 49, 51 , 53), die Formgebung von deren mittleren Membranbereich (25, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43), die Formgebung der Sicken (21 ) und/oder die Außendurchmesser von deren Endbereichen (23) unterscheiden.
12. Mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 1 1 hergestellte Rohrmembran (RM1, RM2, RMe, RM4, RM5, RM6, RM7, RM8, RMg).
13. Rohrmembran (RIVh, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) gemäß Anspruch 12, mit zwei im Wesentlichen hohlzylindrischen Endbereichen (23) und einem zwischen den Endbereichen (23) angeordneten mittleren Membranbereich (25, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43),
a) wobei die Rohrmembran (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) zwei voneinander beabstandet angeordnete, jeweils koaxial zur Längsachse der Rohrmembran (RM2) angeordnete, ringförmige Sicken (21 ) aufweist, wobei die Sicken (21 ) zwischen den beiden Endbereichen (23) angeordnet sind und der mittlere Membranbereich (25, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43) zwischen den beiden Sicken (21 ) angeordnet ist, und/oder
b) wobei der mittlere Membranbereich (25, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43) der Rohrmembran (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RM8, RMg):
b1 ) hohlzylindrisch ist,
b2) eine Querschnittsfläche aufweist, die in parallel zu dessen Längsachse verlaufender Richtung variiert,
b3) einen Außendurchmesser aufweist, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich (31 ) in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung abnimmt, der ausgehend von den gegenüberliegenden Enden des mittleren Membranbereich (33) in parallel zu dessen Längsachse in Richtung dessen Mitte verlaufender Richtung ansteigt, oder der in parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (35) verlaufender Richtung wellenförmig variiert,
b4) mindestens eine eine Belastbarkeit der Rohrmembran (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) mit thermomechanischen Spannungen und/oder eine Stabilität der Rohrmembran (RM2, RM3, RM4, RM5, RM6, RM7, RMe, RMg) zumindest abschnittweise erhöhende Ausbuchtung (44, 45, 47, 49, 51 , 53) aufweist,
b5) parallel zueinander und koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (35) angeordnete, zu einem Ring geschlossene Ausbuchtungen (44) aufweist,
b6) parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (37, 39) verlaufende Ausbuchtungen (45, 47), parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (37, 39) verlaufende, spiegelsymmetrisch zur Längsachse angeordnete und/oder gleichmäßig über den Umfang des mittleren Membranbereichs (37, 39) verteilt angeordnete Ausbuchtungen (45, 47), parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (37) verlaufende Ausbuchtungen (45) mit trapezförmiger Querschnittsfläche oder parallel zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (39) verlaufende Ausbuchtungen (47) mit
ellipsensegmentförmiger Querschnittsfläche aufweist, oder b7) eine oder mehrere spiralförmige oder spiralsegmentförmige Ausbuchtungen (49, 51 , 53) aufweist.
14. Rohrmembran (RMs, RMe, RMg) gemäß Anspruch 12 bis 13,
die zwei im Wesentlichen hohlzylindrische Endbereiche (23) und einen zwischen den Endbereichen (23) angeordneten mittleren Membranbereich (35, 41 , 43) umfasst, wobei der mittlere Membranbereich (41 , 43) mindestens eine spiralförmige oder
spiralsegmentförmige Ausbuchtung (49, 51 , 53) umfasst, die unter einem Steigungswinkel von 50° bis 70° verläuft, die in parallel zur Längsachse der Rohrmembran (RMe, RMg) verlaufender Richtung eine Ausbuchtungsbreite (B) von 2 mm bis 4 mm aufweist, und/oder die in senkrecht zur Längsachse der Rohrmembran (RMe, RMg) verlaufender Richtung eine Ausbuchtungstiefe (T) von 0,2 mm bis 0,8 mm aufweist, oder
der mittlere Membranbereich (35) parallel zueinander und koaxial zur Längsachse des mittleren Membranbereichs (35) angeordnete, zu einem Ring geschlossene
Ausbuchtungen (44) aufweist, die in parallel zur Längsachse der Rohrmembran (RMs) verlaufender Richtung eine Ausbuchtungsbreite (B) von
2 mm bis 4 mm aufweisen, und/oder in senkrecht zur Längsachse der Rohrmembran (RMs) verlaufender Richtung eine Ausbuchtungstiefe (T) von
0,2 mm bis 0,8 mm aufweisen.
15. Druckmittler mit einer Rohrmembran (RMi, RM2, RM3, RM4, RMs, RM6, RM7, RMe, RMg) gemäß Anspruch 12 bis 14, der
einen Membranträger (29) umfasst, in den die Rohrmembran (RM1, RM2, RM3, RM4, RMs, RM6, RM7) derart eingesetzt und mit dem Membranträger (29) verbunden ist, dass deren Innenseite mit einem Druck (p) beaufschlagbar ist,
der eine im Membranträger (29) unter der Rohrmembran (RM1, RM2, RM3, RM4, RMs, RMe, RM7, RMe, RMg) eingeschlossene Druckempfangskammer (5) umfasst, und
der eine an die Druckempfangskammer (5) angeschlossene Druckübertragungsleitung (7) umfasst.
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