CH628555A5

CH628555A5 - Verfahren zur herstellung eines ein balgelement aufweisenden geraeteteils und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens.

Info

Publication number: CH628555A5
Application number: CH390478A
Authority: CH
Inventors: Jorn Marius Schmidt
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1977-04-27
Filing date: 1978-04-12
Publication date: 1982-03-15
Also published as: DK178378A; JPS5639995B2; IT1107329B; DE2718609B1; FR2388631A1; DK158378C; IT7867936A0; NL7804131A; GB1599244A; NL172520C; US4379961A; DK158378B; FR2388631B1; NL172520B; JPS53133548A; ATA234278A; AT371249B; SE7804387L; CA1084247A; SE442097B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines ein Balgelement aufweisenden Geräteteils, bei dem ein dünnwandiges Balgelement mit einem einen Flansch bildenden Ring verbunden wird, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Membranelemente oder Balgelemente, wie sie für Thermostaten, Pressostaten und viele andere Zwecke verwendet werden, müssen aus sehr dünnem Material bestehen, in der Regel mit einer Dicke von nur 0,1 mm, damit im Betrieb eine ausreichende Beweglichkeit vorhanden ist. Dies gilt sowohl für plattenförmige Membranelemente als auch für Membranelemente, die als Wellrohr oder Balg ausgebildet sind. Zur Erleichterung des Anschlusses an andere Bauteile, z.B. ein Gehäuse, ist es auch schon bekannt, ein Wellrohr mit einem einen Flansch bildenden Ring zu versehen. Zur dichten Befestigung des Wellrohrs am Flansch oder an anderen Bauteilen wurde eine Lötung vorgenommen. Diese Lötung hat den Vorteil, dass die Temperaturbeanspruchung des dünnwandigen Materials gering bleibt. Man musste es aber in Kauf nehmen, dass Flussmittelreste an der Lötstelle verblieben. Diese Flussmittelreste konnten während der Lebensdauer der Vorrichtung, insbesondere bei höherer Betriebstemperatur, freigesetzt werden, worauf sie sich mit der Balgfüllung mischten und die Charakteristik des Balgsystems verfälschten. Auch musste die Betriebstemperatur unterhalb eines bestimmten Grenzwertes, z.B. 80 bis 90 °C, gehalten werden, weil andernfalls noch vor dem Schmelzen des Lötmaterials sich Blasen bilden, die zu einer Undichtigkeit führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines ein Balgelement aufweisenden Geräteteils anzugeben, bei dem wesentlich höhere Betriebstemperaturen zulässig sind und — wenn es eine Füllung aufweist — störende Einflüsse auf die Charakteristik dieser Füllung vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Balgelement mit einem Rand versehen wird, der in einem Winkel zur Achse des Balgelements steht, dass der Ring eine Ringkante mit einem Durchmesser zwischen dem inneren und dem äusseren Durchmesser des schrägen Randes aufweist, dass zwischen schrägem Rand und Ringkante eine durch Vernickelung erzeugte dünne Oberflächenschicht an einem dieser beiden Teile aufgebracht wird und dass der schräge Rand und die Ringkante mittels zweier in Achsrichtung relativ zueinander beweglicher Elektroden gegeneinander gedrückt und durch Hindurchschicken eines Stromes miteinander verbunden werden.

Überraschenderweise entsteht durch diese Massnahmen eine dichte Verbindung zwischen Balgelement und Flansch, ohne dass das dünnwandige Material verdampft oder durch zu hohe Temperaturen spröde wird. Die Temperaturbelastbarkeit dieser Verbindung liegt bei mehreren 100 °C. Eine Verfälschung der Charakteristik einer Füllung durch austretendes Flussmittel ist nicht möglich.

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

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

Besonders günstig ist es, wenn ein Balgelement im wesentlichen aus rostfreiem Stahl verwendet wird. Dieses Material ist bekannt und bewährt. Es wird aber unbrauchbar, wenn es auf über 700 °C erwärmt wird. Überraschenderweise wird diese Temperatur nicht oder höchstens in einem vernachlässigbar geringen Mass überschritten, obwohl in der Oberflächenschicht höhere Temperaturen auftreten.

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

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

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

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

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

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

Des weiteren kann der Ring an seiner Innenseite mit dem schrägen Rand eines einseitig geschlossenen Faltenbalges und an seiner Aussenseite mit einem schrägen Rand eines den Faltenbalg umgebenden, napfförmigen Gehäuses verbunden werden. Auf diese Weise entsteht ein geschlossenes Balgelement, bei dem der Flansch in gleicher Weise innen mit dem Faltenbalg und aussen mit dem Gehäuse verbunden ist.

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

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

Zweckmässigerweise ist die zentrale Vertiefung mit einer Isolierschicht ausgekleidet. Diese vermag den Faltenbalg bzw. den Rohling aussen zu führen, ohne dass eine Berührung mit der Unterelektrode erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen der Vorrichtung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 zwei Elektroden nach Einsetzen des Faltenbalg-Rohlings und des Ringes,

Fig. 2 die Elektroden der Fig. 1 nach der Herstellung des schrägen Randes,

Fig. 3 die einander berührenden Teile von Ring und schrägem Rand in vergrösserter Darstellung,

Fig. 4 zwei andere Elektroden zur Verbindung des Ringes mit einem Gehäuse,

Fig. 5 zwei Elektroden bei einem abgewandelten Verfahren und

Fig. 6 zwei Elektroden nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Unterelektrode 1 und eine Oberelektrode 2 veranschaulicht. Die Unterelektrode 1 weist eine zentrale Vertiefung 3 auf, die mit einer elektrischen Isolierschicht 4 ausgekleidet ist. In diese zentrale Vertiefung ist ein Faltenbalg-Rohling 5 eingesetzt, der die Form eines durch einen Boden 6 geschlossenen Zylinders 7 hat. Der Faltenbalg-Rohling 5 besteht aus etwa 0,1 mm dickem Blech aus rostfreiem Stahl. Oben und aussen an die zentrale Vertiefung 3 schliesst eine ringförmige Vertiefung 8 geringerer Höhe an, in der ein Ring 9 aus Eisen oder einem eisenhaltigen Material, wie Stahl, angeordnet ist. Dieser Ring ist durch chemische Vernickelung mit einer 4 bis 8 u starken Oberflächenschicht 10 versehen. Die Ringöffnung 11 wird oben durch eine Ringkante 12 begrenzt.

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

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

Sieht man den Verbindungsvorgang als reine Pressschweis-sung an, so müsste das dünnwandige Material zerstört werden. Es scheint daher durch die Verwendung der durch chemische Vernickelung erzeugten Oberflächenschicht eine Modifikation zu erfolgen, die zu einem Mittelding zwischen einer Lötung und einer Schweissung führt. Die Oberflächenschicht, die im Gegensatz zu einer elektrolytischen Vernickelung nicht aus reinem Nickel besteht, sondern auch noch Phosphor-Anteile enthält, hat einen wesentlich höheren elektrischen Widerstand als das Ringmaterial und das Balgmaterial. Infolgedessen kon5

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zentriert sich die Heizleistung in der Oberflächenschicht. Die Schmelztemperatur liegt bei etwa 900 °C. Diese Temperatur wird demnach erreicht, wenn Ring- und Balgmaterial noch auf wesentlich geringere Temperaturen aufgeheizt worden sind. Offenbar entsteht die dichte Verbindung im wesentlichen dadurch. dass die Oberflächenschicht an der Berührungsstelle schmilzt oder sogar verdampft, wobei es noch nicht sicher ist, ob diese Oberflächenschicht als Lötmittel oder als eine Art Katalysator wirkt. Auf jeden Fall tritt die Erwärmung der Oberflächenschicht so rasch ein. dass die Körner im Balgmaterial nicht in einem nennenswerten Masse zerstört werden.

Anschliessend wird der Zylinder 7 in den eigentlichen Faltenbalg verformt. Dies kann in beliebiger bekannter Weise geschehen, beispielsweise dadurch, dass das Rohr von aussen her genutet wird, in die Nuten Widerlager-Lamellen eingesetzt werden und schliesslich mit Hilfe eins hydraulischen Innen-durcks die Teile zwischen den Lamellen nach aussen aufgeweitet werden. Auf diese Weise entsteht ein mit einem Ring 9 versehener Faltenbalg 16, wie er in Fig. 4 veranschaulicht ist.

Fig. 4 zeigt ferner eine zweite Unterelektrode 17 und eine zweite Oberelektrode 18. Die Unterelektrode weist eine zentrale Vertiefung 19 auf, in die ein napfförmiges Gehäuse 20 aus etwa 1,5 mm dickem Stahlblech eingelegt ist. Dieses Gehäuse weist ebenfalls einen schrägen Rand 21 auf, an welchem sich noch ein Flansch 22 anschliesst, mit welchem das Gehäuse auf der Oberseite 23 der Unterelektrode 17 aufliegt. Mit diesem schrägen Rand 21 wirkt eine äussere Ringkante 24 des Ringes 9 zusammen. Auf den Ring drückt die Oberelektrode 18, die eine Aussparung 25 zur Aufnahme des schrägen Randes 15 des Faltenbalges 16 besitzt. Längs der Berührungslinie B erfolgt dann eine ähnliche Schweiss-Löt-Verbindung wie längs der Berührungslinie A. Obwohl es an dieser Stelle nicht unbedingt erforderlich ist, schadet eine durch chemische Vernickelung erzeugte Oberflächenschicht an dieser Stelle nicht.

Damit ist ein Balgclement fertiggestellt, das mittels einer Öffnung 26 im Gehäuse 20 an einen Temperaturfühler, einen Druckfühler od. dgl. angeschlossen werden kann. Die Herstellung geht äusserst rasch vonstatten, da lediglich die einzelnen s Elemente in die Unterelektrode eingelegt und dann die Oberelektrode nach unten geführt und ein Stromimpuls hindurchgeschickt werden muss.

In Fig. 5 ist eine Unterelektrode 31 veranschaulicht, die eine zentrische Vertiefung 32 aufweist, welche mit einer Isolo lierschicht 33 ausgekleidet und so bemessen ist, dass sie ein einseitig geschlossenes Wellrohr 34 aufnehmen kann. Dessen Wellungen 35 haben einen Aussendurchmesser, der kleiner ist als der Aussendurchmesser des schrägen Randes 36, vorzugsweise sogar dessen Innendurchmesser nur unwesentlich über-15 steigt. Auf diese Weise lässt sich der vorgefertigte Faltenbalg 34 in die Vertiefung 32 einführen, wobei der schräge Rand 36 mit der Kante des Ringes 37 in Verbindung kommt. Die Oberelektrode 38 kann der Oberelektrode 2 entsprechen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist die Unterelek-20 trode 41 mit einer zentrischen Vertiefung 42 versehen, die so gross ist, dass sie ein napfförmiges Gehäuse 43 aufnehmen kann, welches der vorgefertigte Faltenbalg 44 umgibt. Der Ring 45, an welchem der schräge Rand 46 des Faltenbalges angebracht werden soll, ist einstückig mit dem Gehäuse 43 25 ausgebildet. Auch hier kann die Oberelektrode 47 der Oberelektrode 2 entsprechen. In diesem Fall muss das Gehäuse 43 zumindest im Bereich des Ringes 45 chemisch vernickelt sein.

In allen Ausführungsbeispielen kann der Faltenbalg auch aus einer Kupferlegierung, wie Messing oder Zinnbronze be-30 stehen. Der Ring kann auch aus einer Kupferlegierung, wie Messing, oder einer Chrom-Nickel-Legierung bestehen. Statt des Faltenbalges kann auch ein flaches Membranelement verwendet werden. Die Unterelektrode kann dann entsprechend umgestaltet werden.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Herstellung eines ein Balgelement aufweisenden Geräteteils, bei dem das dünnwandige Balgelement mit einem einen Flansch bildenden Ring verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Balgelement mit einem Rand versehen wird, der in einem Winkel zur Achse des Balgelementes steht, dass der Ring eine Ringkante mit einem Durchmesser zwischen dem inneren und dem äusseren Durchmesser des schrägen Randes aufweist, dass zwischen schrägem Rand und Ringkante eine durch Vernickelung erzeugte dünne Oberflächenschicht an einem dieser beiden Teile aufgebracht wird und dass der schräge Rand und die Ringkante mittels zweier in Achsrichtung relativ zueinander beweglicher Elektroden gegeneinander gedrückt und durch Hindurchschicken eines Stromes miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht zumindest im Bereich der Ringkante auf dem Ring aufgebracht wird.

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PATENTANSPRÜCHE

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

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Balgelement aus rostfreiem Stahl verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Balgelement aus einer Kupferlegierung, wie Messing oder Zinnbronze, verwendet wird.

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

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ring aus einer Kupferlegierung, wie Messing, verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ring aus einer Chrom-Nickel-Legie-rung verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der schräge Rand am offenen Ende eines einseitig geschlossenen Faltenbalges angeformt wird.

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

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

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellungen vor dem Verbinden mit dem Ring hergestellt werden und diese einen kleineren Durchmesser als der äussere Durchmesser des schrägen Randes haben.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring mit einem Innenrand mit dem schrägen Rand eines einseitig geschlossenen Faltenbalges und mit einem Aussenrand mit einem schrägen Rand eines den Faltenbalg umgebenden, napfförmigen Gehäuses verbunden wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring einstückig mit einem den Faltenbalg umgebenden, napfförmigen Gehäuse geformt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernicklung auf chemischem Weg erzeugt wird.

16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Unterelektrode (1,31, 41) mit einer zentralen Vertiefung (3, 32, 42) grösserer Höhe und mit einer oben an diese anschliessenden Ringschulter (8)

geringerer Höhe und durch eine Oberelektrode (2, 38, 47) mit konischer Stirnfläche (13).

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

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in die zentrale Vertiefung (3, 32, 42) der Unterelektrode (1, 31, 41) ein Faltenbalg (34, 44) oder Faltenbalg-Rohling (5) eingesetzt ist und ein mit diesem zu verbindender Ring (9, 37, 45) von der Ringschulter (8) der Unterelektrode aufgenommen ist.