DE102019007938A1

DE102019007938A1 - Transition component and method of manufacturing the transition component

Info

Publication number: DE102019007938A1
Application number: DE102019007938.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Englert; Reinhold Hölzl
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2021-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Übergangsbauteil (1, 1a, 1b) zur Verbindung von Bauteilen einer chemischen oder verfahrenstechnischen Anlage, wobei das Übergangsbauteil (1, 1a, 1b) ein erstes Materialstück (10) aus einem ersten Material und ein zweites Materialstück (20) aus einem zweiten Material aufweist, wobei das erste Material und das zweite Material nicht durch Schmelzschweißen miteinander verbindbar sind, wobei zur Verbindung des ersten Materialstücks (10) mit dem zweiten Materialstück (20) mindestens ein Halteelement (30) verwendet wird, wobei das mindestens eine Halteelement (30) aus dem ersten Material besteht und sich ausgehend vom ersten Materialstück (10) in das zweite Materialstück (20) formschlüssig erstreckt und/oder das mindestens eine Halteelement (30) aus dem zweiten Material besteht und sich ausgehend vom zweiten Materialstück (20) in das erste Materialstück (10) formschlüssig erstreckt.The invention relates to a transition component (1, 1a, 1b) for connecting components of a chemical or process engineering system, the transition component (1, 1a, 1b) consisting of a first piece of material (10) made of a first material and a second piece of material (20) a second material, the first material and the second material not being connectable to one another by fusion welding, at least one holding element (30) being used to connect the first material piece (10) to the second material piece (20), the at least one holding element (30) consists of the first material and extends from the first material piece (10) into the second material piece (20) in a form-fitting manner and / or the at least one holding element (30) consists of the second material and extends from the second material piece (20) extends positively into the first piece of material (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Übergangsbauteil zur Verbindung von Bauteilen einer chemischen oder verfahrenstechnischen Anlage, wobei das Übergangsbauteil ein erstes Materialstück aus einem ersten Material und ein zweites Materialstück aus einem zweiten Material aufweist, wobei das erste Material und das zweite Material nicht durch Schmelzschweißen miteinander verbindbar sind, und ein Verfahren zur Herstellung des Übergangsbauteils.The invention relates to a transition component for connecting components of a chemical or process engineering system, the transition component having a first piece of material made of a first material and a second piece of material made of a second material, the first material and the second material not being connectable to one another by fusion welding, and a method for manufacturing the transition component.

Stand der TechnikState of the art

In zahlreichen Anwendungen, insbesondere kryogenen Anlagen, beispielsweise kryogenen Wärmetauschern zur Verflüssigung von Gasen, oder kryogenen Behältern oder Kryopumpen ist es notwendig, z.B. zur Bereitstellung von Fluiddichtigkeit Bauteile, wie etwa Rohre, insbesondere aus unterschiedlichen Werkstoffen, miteinander zu verbinden, insbesondere zu verschweißen.In numerous applications, in particular cryogenic systems, for example cryogenic heat exchangers for liquefying gases, or cryogenic containers or cryopumps, it is necessary, e.g. to provide fluid tightness, to connect components such as pipes, in particular made of different materials, to one another, in particular to weld them.

Beispielsweise wird zur Verbindung eines Aluminiumrohres mit einem Stahlrohr ein Übergangsbauteil (engl. Transition Joint) verwendet, welches einen Aluminiumabschnitt, an dem das Aluminiumrohr befestigt, insbesondere verschweißt, werden kann, und einen Stahlabschnitt, an dem das Stahlrohr befestigt, insbesondere verschweißt, werden kann, aufweist. Um den Aluminiumabschnitt des Übergangsbauteils mit dem Stahlabschnitt des Übergangsbauteils fluiddicht zu verbinden, werden beispielsweise verschiedene Übergangsschichten aus Metall, beispielsweise aus Titan oder aus einer Titanlegierung, aus Kupfer, aus Nickel oder aus einer Kupfer-Nickel-Legierung, in mehreren Schritten mittels Sprengplattieren zwischen dem Aluminiumabschnitt und dem Stahlabschnitt angeordnet. Dieses Herstellungsverfahren ist einerseits sehr aufwendig. Andererseits werden die Übergangsschichten aus Metall durch das Sprengplattieren physisch sehr beansprucht, wodurch die Übergangsschichten spröde oder brüchig werden können. For example, to connect an aluminum pipe to a steel pipe, a transition joint is used, which can be an aluminum section to which the aluminum pipe is attached, in particular welded, and a steel section to which the steel pipe is attached, in particular welded , having. In order to connect the aluminum section of the transition component to the steel section of the transition component in a fluid-tight manner, various transition layers made of metal, for example titanium or a titanium alloy, copper, nickel or a copper-nickel alloy, are created in several steps by means of explosive plating between the Aluminum section and the steel section arranged. On the one hand, this manufacturing process is very complex. On the other hand, the metal transition layers are physically very stressed by the explosion plating, whereby the transition layers can become brittle or fragile.

Insbesondere bei kryogenen Anlagen, bei denen das Übergangsbauteil von kryogenem Fluid durchströmt wird, kühlt das kryogene Fluid das Übergangsbauteil ab. Die Übergangsschichten werden somit ebenfalls abgekühlt und ziehen sich durch die Abkühlung zusammen. Diese zusätzlichen Kräfte können dazu führen, dass die spröden Übergangsschichten beschädigt oder zerstört werden, wodurch das Übergangsbauteil undicht wird.In particular in the case of cryogenic systems in which the transition component is traversed by cryogenic fluid, the cryogenic fluid cools the transition component. The transition layers are thus also cooled and contract as a result of the cooling. These additional forces can lead to the brittle transition layers being damaged or destroyed, as a result of which the transition component becomes leaky.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein stabiles und fluiddichtes Übergangsbauteil, das ohne Sprengplattieren hergestellt werden kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Übergangsbauteils bereitzustellen.The aim of the present invention is to provide a stable and fluid-tight transition component that can be produced without explosive plating, as well as a method for producing the transition component.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Übergangsbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung des Übergangsbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a transition component with the features of claim 1 and a method for producing the transition component with the features of claim 10 are proposed. Advantageous configurations are the subject of the subclaims and the description below.

Das erfindungsgemäße Übergangsbauteil zur Verbindung von Bauteilen einer chemischen oder verfahrenstechnischen Anlage, insbesondere kryogene Anlage, weist ein erstes Materialstück aus einem ersten Material und ein zweites Materialstück aus einem zweiten Material, wobei das erste Material und das zweite Material nicht durch Schmelzschweißen miteinander verbindbar sind, auf.The transition component according to the invention for connecting components of a chemical or process engineering system, in particular a cryogenic system, has a first piece of material made of a first material and a second piece of material made of a second material, the first material and the second material not being connectable to one another by fusion welding .

Das Übergangsbauteil bzw. das erste Materialstück und das zweite Materialstück weisen eine Form eines Hohlkörpers, insbesondere eine Torusform, Ringform oder Kreiszylinderform, mit einer radial innenliegenden Innenseite und einer radial außenliegenden Außenseite auf. Das Übergangsbauteil ist geeignet, mit Rohren der chemischen oder verfahrenstechnischen Anlage verbunden zu werden, wobei die Form des Übergangsbauteils bevorzugt an die Form der Rohre angepasst ist.The transition component or the first piece of material and the second piece of material have the shape of a hollow body, in particular a torus shape, ring shape or circular cylinder shape, with a radially inner side and a radially outer outer side. The transition component is suitable for being connected to pipes of the chemical or process engineering plant, the shape of the transition component preferably being adapted to the shape of the pipes.

Zur Verbindung des ersten Materialstücks mit dem zweiten Materialstück wird mindestens ein Halteelement verwendet. Das mindestens eine Halteelement besteht aus dem ersten Material und erstreckt sich formschlüssig ausgehend vom ersten Material in das zweite Materialstück und/oder besteht aus dem zweiten Material und erstreckt sich formschlüssig ausgehend vom zweiten Material in das erste Materialstück.At least one holding element is used to connect the first piece of material to the second piece of material. The at least one holding element consists of the first material and extends positively starting from the first material into the second material piece and / or consists of the second material and extends positively starting from the second material into the first material piece.

Das mindestens eine Halteelement hält einerseits das erste Materialstück und das zweite Materialstück fluiddicht zusammen. Andererseits sorgt ein das Übergangsbauteil durchströmendes kryogenes Fluid dazu, dass das Übergangsbauteil sowie das mindestens eine Halteelement deutlich abgekühlt werden, wobei sich insbesondere das mindestens eine Halteelement zusammenzieht.On the one hand, the at least one holding element holds the first piece of material and the second piece of material together in a fluid-tight manner. On the other hand, a cryogenic fluid flowing through the transition component ensures that the transition component and the at least one holding element are significantly cooled, with the at least one holding element in particular contracting.

Wenn sich das mindestens eine Halteelement zusammenzieht, übt das mindestens eine Halteelement eine Zugkraft aus, wobei das erste Materialstück und das zweite Materialstück aufeinander zu bewegt werden. Während bei einem Übergangsbauteil im Stand der Technik durch die Abkühlung des Übergangsbauteils bzw. der Übergangsschichten das Risiko besteht, dass die Übergangsschichten beschädigt oder zerstört werden, sorgt eine Abkühlung bei dem erfindungsgemäßen Übergangsbauteil für eine zusätzliche Abdichtung zwischen dem ersten Materialstück und dem zweiten Materialstück.When the at least one holding element contracts, the at least one holding element exerts a tensile force, the first piece of material and the second piece of material being moved towards one another. While with a transition component in the prior art there is a risk that the transition layers will be damaged or destroyed due to the cooling of the transition component or the transition layers, cooling takes place in the transition component according to the invention for an additional seal between the first piece of material and the second piece of material.

Das mindestens eine Halteelement weist bevorzugt eine dreidimensionale Struktur auf. Die dreidimensionale Struktur sorgt einerseits dafür, dass das mindestens eine Halteelement besser in das erste Materialstück und/oder das zweite Materialstück eingreifen kann bzw. sich mit diesem verzahnt, da die dreidimensionale Struktur den Eingriff bzw. das Verzahnen zwischen dem mindestens einen Halteelement und dem ersten Materialstück und/oder dem zweiten Materialstück vergrößert. Andererseits führt die dreidimensionale Struktur dazu, dass das mindestens eine Halteelement eine ausreichende Dicke bzw. Materialstärke aufweist, so dass Kräfte, wie beispielsweise Zug- oder Scherkräfte, das mindestens eine Halteelement nicht beschädigen oder zerstören können.The at least one holding element preferably has a three-dimensional structure. The three-dimensional structure ensures, on the one hand, that the at least one holding element can better engage or interlock with the first piece of material and / or the second piece of material, since the three-dimensional structure engages or interlocks between the at least one holding element and the first Material piece and / or the second piece of material enlarged. On the other hand, the three-dimensional structure means that the at least one holding element has a sufficient thickness or material strength so that forces, such as tensile or shear forces, cannot damage or destroy the at least one holding element.

Die dreidimensionale Struktur weist bevorzugt eine Wendelform, eine Tannenbaumform oder allgemeiner eine Form mit Sägezahnprofil, eine Rippenform, eine T-Profil-, eine Spiral- oder eine Helixform oder eine Schwalbenschwanzform (konkav oder konvex) auf. Aufgrund seiner Form, die beispielsweise eine verzweigte Struktur aufweist, greift das mindestens eine Halteelement formschlüssig sehr gut in das erste Materialstück und/oder das zweite Materialstück ein. Eine derartige Verbindung ist unlösbar und hält das erste Materialstück und das zweite Materialstück sehr gut zusammen, so dass ein sehr stabiles Übergangsbauteil entsteht.The three-dimensional structure preferably has a helical shape, a Christmas tree shape or, more generally, a shape with a sawtooth profile, a rib shape, a T-profile, a spiral or a helix shape or a dovetail shape (concave or convex). Due to its shape, which has a branched structure, for example, the at least one holding element engages very well in the first piece of material and / or the second piece of material in a form-fitting manner. Such a connection is inseparable and holds the first piece of material and the second piece of material together very well, so that a very stable transition component is created.

Dieses stabile Übergangsbauteil zeichnet sich im Gegensatz zu einem Übergangsbauteil aus dem Stand der Technik dadurch aus, dass zur Verbindung des ersten Materialstücks mit dem zweiten Materialstück keine Übergangsschichten benötigt werden, die mittels Sprengplattieren zwischen den Materialstücken angeordnet werden. Diese Übergangsschichten können hier weggelassen werden und somit können Materialkosten eingespart werden. Ferner wird das mindestens eine Halteelement nicht mittels Sprengplattieren in das erste Materialstück und/oder das zweite Materialstück getrieben oder gedrückt. Das mindestens eine Halteelement wird im Gegensatz zu den Übergangsschichten nicht physikalisch beansprucht bzw. behandelt, so dass das mindestens eine Halteelement spröde oder brüchig werden könnte.In contrast to a transition component from the prior art, this stable transition component is characterized in that no transition layers are required to connect the first piece of material to the second piece of material, which are arranged between the pieces of material by means of explosive plating. These transition layers can be omitted here and material costs can thus be saved. Furthermore, the at least one holding element is not driven or pressed into the first piece of material and / or the second piece of material by means of explosive plating. In contrast to the transition layers, the at least one holding element is not physically stressed or treated, so that the at least one holding element could become brittle or fragile.

Es versteht sich, dass das mindestens eine Halteelement zusätzlich zur Wendelform oder Tannenbaumform weitere Formen aufweisen kann, wie beispielsweise Spiralform, Schraubenform, etc., die in der Lage sind, gut in das erste Materialstück und/oder das zweite Materialstück formschlüssig einzugreifen. Ferner kann das mindestens eine Halteelement eine punktsymmetrische Grundform, beispielsweise Wendelform, oder zylinderförmige Tannenbaumform, oder eine rechteckige Grundform, beispielsweise rechteckige Tannenbaumform, aufweisen. Auch kann das mindestens eine Halteelement beispielsweise einen Hohlkörper oder einen „gefüllten“ Körper aufweisen.It goes without saying that the at least one holding element, in addition to the spiral shape or Christmas tree shape, can have other shapes, such as spiral shape, helical shape, etc., which are capable of engaging positively in the first piece of material and / or the second piece of material in a form-fitting manner. Furthermore, the at least one holding element can have a point-symmetrical basic shape, for example a helical shape, or a cylindrical Christmas tree shape, or a rectangular basic shape, for example a rectangular Christmas tree shape. The at least one holding element can also have a hollow body or a “filled” body, for example.

Bevorzugt ist das erste Material Stahl oder rostfreier Stahl und das zweite Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Insbesondere in kryogenen Anlagen, beispielsweise kryogenen Wärmetauschern zur Verflüssigung von Gasen, oder kryogenen Behältern oder Kryopumpen, werden häufig Stahlrohre und Aluminiumrohre verwendet. Aluminium und Stahl (bzw. deren Legierungen) lassen sich nicht verschweißen. Das Übergangsbauteil ist somit geeignet, einen Übergang zwischen einem Stahlrohr und einem Aluminiumrohr zu schaffen, wobei der Übergang durch das mindestens eine Halteelement fluiddicht gehalten wird.The first material is preferably steel or stainless steel and the second material is preferably aluminum or an aluminum alloy. In particular in cryogenic systems, for example cryogenic heat exchangers for liquefying gases, or cryogenic containers or cryopumps, steel pipes and aluminum pipes are often used. Aluminum and steel (or their alloys) cannot be welded. The transition component is thus suitable for creating a transition between a steel pipe and an aluminum pipe, the transition being held in a fluid-tight manner by the at least one holding element.

Bevorzugt weist das Übergangsbauteil mindestens ein Messelement auf. Das mindestens eine Messelement kann eine Temperatur und/oder eine Längenveränderung des Übergangsbauteils messen. Auf Grund der Messung der Temperatur und/oder der Längenveränderung des Übergangsbauteils kann auf die Fluiddichtigkeit geschlossen werden.The transition component preferably has at least one measuring element. The at least one measuring element can measure a temperature and / or a change in length of the transition component. The fluid tightness can be deduced from the measurement of the temperature and / or the change in length of the transition component.

Bevorzugt ist das mindestens eine Messelement an der Innenseite des Übergangsbauteils, an der Außenseite des Übergangsbauteils und/oder an dem mindestens einen Halteelement im Inneren des Übergangsbauteils angeordnet.The at least one measuring element is preferably arranged on the inside of the transition component, on the outside of the transition component and / or on the at least one holding element in the interior of the transition component.

Das mindestens eine Messelement dient im Allgemeinen dazu, das Übergangsbauteil zu überwachen und beispielsweise eine Fehlfunktion des Übergangsbauteils zu erkennen oder eine maximale Lebensdauer des Übergangsbauteils zu bestimmen.The at least one measuring element is generally used to monitor the transition component and, for example, to recognize a malfunction of the transition component or to determine a maximum service life of the transition component.

Fließt beispielsweise ein kryogenes Fluid durch das Übergangsbauteil, kühlt sich die Innenseite des Übergangsbauteils ab. Es besteht somit ein Temperaturunterschied zwischen der Innenseite und der Außenseite des Übergangsbauteils. Sollte ein Temperaturmesselement, das beispielsweise an der Außenseite des Übergangsbauteils, angeordnet ist, eine Temperatur messen, die annähernd oder gleich der Temperatur des kryogenen Fluids ist, könnte dies darauf schließen lassen, dass das Übergangsbauteil undicht ist und kryogenes Fluid austritt.For example, if a cryogenic fluid flows through the transition component, the inside of the transition component cools down. There is thus a temperature difference between the inside and the outside of the transition component. Should a temperature measuring element, which is arranged, for example, on the outside of the transition component, measure a temperature that is approximately or equal to the temperature of the cryogenic fluid, this could indicate that the transition component is leaking and cryogenic fluid is escaping.

Ferner könnte ein Messelement, das die Längenveränderung messen kann und das beispielsweise an dem mindestens einen Halteelement angeordnet ist, feststellen, dass das mindestens eine Halteelement eine Längenzunahme erfährt. Diese Längenzunahme könnte darauf schließen lassen, dass das Halteelement durch Zugkräfte auseinandergezogen bzw. gedehnt wird, oder das Halteelement in zwei Teile zerbrochen ist, wobei sich die beiden Teile voneinander entfernen. Beides würde dazu führen, dass das Übergangsbauteil undicht ist und kryogenes Fluid austritt.Furthermore, a measuring element which can measure the change in length and which is arranged on the at least one holding element, for example, could determine that the at least one holding element is experiencing an increase in length. This increase in length could lead to the conclusion that the holding element is due to tensile forces is pulled apart or stretched, or the retaining element is broken into two parts, with the two parts moving away from each other. Both of these would lead to the transition component leaking and cryogenic fluid escaping.

Es versteht sich, dass das mindestens eine Messelement nur in bzw. an dem ersten Materialstück, nur in bzw. an dem zweiten Materialstück, oder zum Teil in bzw. an dem ersten Materialstück und zum Teil in bzw. an dem zweiten Materialstück angeordnet sein kann. Es versteht sich ferner, dass auch weitere Messelemente verwendet werden können, wobei das Messelement entsprechend der bestimmten Anwendung des Übergangsbauteils gewählt werden kann.It goes without saying that the at least one measuring element can only be arranged in or on the first piece of material, only in or on the second piece of material, or partly in or on the first piece of material and partly in or on the second piece of material . It is also understood that further measuring elements can also be used, wherein the measuring element can be selected according to the specific application of the transition component.

Bevorzugt weist das Übergangsbauteil ein Abdichtungsbauteil, insbesondere eine Stahldichtleiste, auf. Das Abdichtungsbauteil ist an der Außenseite des Übergangsbauteils angeordnet, wobei das Abdichtungsbauteil derart angeordnet ist, dass es einen Grenzbereich überdeckt. Der Grenzbereich stellt einen Bereich dar, in dem das erste Materialstück an das zweite Materialstück angrenzt.The transition component preferably has a sealing component, in particular a steel sealing strip. The sealing component is arranged on the outside of the transition component, the sealing component being arranged in such a way that it covers a boundary region. The border area represents an area in which the first piece of material adjoins the second piece of material.

Das Abdichtungsbauteil dichtet den Grenzbereich zusätzlich gegen ein Austreten des kryogenen Fluids ab. Das Abdichtungsbauteil kann beispielsweise durch Verschrauben, Verkleben, etc., an der Außenseite des Übergangsbauteils befestigt werden.The sealing component additionally seals the boundary area against leakage of the cryogenic fluid. The sealing component can be attached to the outside of the transition component, for example by screwing, gluing, etc.

Bevorzugt ist an der Innenseite des Übergangsbauteils und/oder an der Außenseite des Übergangsbauteils eine thermische Isolierung angebracht.Thermal insulation is preferably attached to the inside of the transition component and / or to the outside of the transition component.

Beispielsweise führt die thermische Isolierung an der Außenseite des Übergangsbauteils dazu, dass das Übergangsbauteil gegen die das Übergangsbauteil umgebende Außentemperatur isoliert ist. Eine Erwärmung des Übergangsbauteils von außen könnte beispielsweise das mindestens eine Halteelement erwärmen, wodurch sich das mindestens eine Halteelement ausdehnen könnte, wodurch die Verbindung zwischen dem ersten Materialstück und dem zweiten Materialstück zumindest zum Teil weniger dicht werden könnte.For example, the thermal insulation on the outside of the transition component leads to the transition component being insulated from the outside temperature surrounding the transition component. A heating of the transition component from the outside could, for example, heat the at least one holding element, whereby the at least one holding element could expand, whereby the connection between the first piece of material and the second piece of material could at least partially become less tight.

Wird beispielsweise das Übergangsbauteil in einer kryogenen Anlage montiert, wobei das Übergangsbauteil nahezu eine Außentemperatur aufweist, und fließt zum ersten Mal ein kryogenes Fluid durch das Übergangsbauteil, wird die Innenseite des Übergangsbauteils schockartig abgekühlt. Dies kann zu mechanischen Spannungen zwischen der Innenseite und der Außenseite des Übergangsbauteils führen, wobei das Übergangsbauteil durch die Spannungen beschädigt werden könnte. Eine zusätzliche thermische Isolierung an der Innenseite des Übergangsbauteils reduziert somit die schockartige Abkühlung und die dadurch hervorgerufenen Beschädigungen, wie beispielsweise Risse oder Brüche.If, for example, the transition component is mounted in a cryogenic system, the transition component being almost at an outside temperature, and a cryogenic fluid flows through the transition component for the first time, the inside of the transition component is suddenly cooled. This can lead to mechanical stresses between the inside and the outside of the transition component, and the transition component could be damaged by the stresses. Additional thermal insulation on the inside of the transition component thus reduces the shock-like cooling and the damage it causes, such as cracks or breaks.

Bevorzugt weist die thermische Isolierung eine Struktur mit isolierenden Hohlräumen auf, beispielsweise eine Wabenstruktur. Die Wabenstruktur weist insbesondere eine Vielzahl von hexagonalen Hohlräumen auf, die räumlich eng zueinander liegend angeordnet werden können, so dass eine gute Isolierung bereitgestellt werden kann. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Hohlräume der Struktur eine andere, bspw. rechteckige, quadratische, runde oder ovale Grundform aufweisen, wobei auch eine Mischung der Formen innerhalb einer Struktur denkbar ist. In Abhängigkeit der Anwendung können die Hohlräume beispielsweise in einer Ausführungsform mit verschiedenen Gasen, beispielsweise Luft oder Luftgase, wie Stickstoff, Sauerstoff, Argon und Kohlenstoffdioxid, oder Methan oder Erdgasgefüllt sein. Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass diese Gase günstig und leicht zu handhaben sind. Ferner sind die meisten dieser Gase beim Einatmen ungiftig und/oder inert, so dass im Falle einer Beschädigung der Hohlräume keine Gefahr besteht. Insbesondere wird hier bevorzugt, dass die isolierende Struktur zumindest zum Teil flexibel oder elastisch ist, um sich einer Volumenänderung der Gase anzupassen.The thermal insulation preferably has a structure with insulating cavities, for example a honeycomb structure. The honeycomb structure has in particular a multiplicity of hexagonal cavities which can be arranged spatially close to one another, so that good insulation can be provided. However, it is also conceivable that the cavities of the structure have a different, for example rectangular, square, round or oval basic shape, a mixture of the shapes within a structure also being conceivable. Depending on the application, for example in one embodiment the cavities can be filled with various gases, for example air or air gases such as nitrogen, oxygen, argon and carbon dioxide, or methane or natural gas. This has the advantage, for example, that these gases are cheap and easy to handle. Furthermore, most of these gases are non-toxic and / or inert when inhaled, so that there is no danger in the event of damage to the cavities. In particular, it is preferred here that the insulating structure is at least partially flexible or elastic in order to adapt to a change in volume of the gases.

In einer alternativen Ausführungsform können die Hohlräume der (Waben-) Struktur ein Vakuum aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzliches Gas benötigt wird, um die (Waben-) Struktur zu füllen.In an alternative embodiment, the cavities of the (honeycomb) structure can have a vacuum. This has the advantage that no additional gas is required to fill the (honeycomb) structure.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die (Waben-) Struktur mit verschiedenen tieftemperaturbeständigen Kunststoffen, z.B. Teflon, gefüllt werden. Alternativ kann die (Waben-) Struktur direkt aus dem gewünschten Kunststoff gebildet und als „gefüllte“ (Waben-) Struktur hergestellt werden.In a further alternative embodiment, the (honeycomb) structure can be filled with various low-temperature-resistant plastics, e.g. Teflon. Alternatively, the (honeycomb) structure can be formed directly from the desired plastic and manufactured as a “filled” (honeycomb) structure.

Ferner wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Übergangsbauteils offenbart.Furthermore, a method according to the invention for producing the transition component according to the invention is disclosed.

In einem ersten Schritt wird das erste Materialstück aus einem ersten Material durch ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere selektives Laserschmelzen, gedruckt, wobei mindestens eine hohlraumbildende dreidimensionale Struktur in dem ersten Materialstück bereitgestellt wird.In a first step, the first piece of material is printed from a first material using an additive manufacturing method, in particular selective laser melting, with at least one cavity-forming three-dimensional structure being provided in the first piece of material.

Das selektive Laserschmelzen ermöglicht es, das erste Materialstück schichtweise zu drucken bzw. aufzubauen, wobei das erste Material durch den Laser geschmolzen wird. Insbesondere wird als erstes Material das Material verwendet, das den höheren Schmelzpunkt aufweist. In der vorliegenden Erfindung wird als erstes Material Stahl oder rostfreier Stahl mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 1400°C bis 1600°C verwendet.The selective laser melting makes it possible to print or build up the first piece of material in layers, the first material being melted by the laser. In particular, the material that has the higher melting point is used as the first material. In the present invention, the first material used is steel or stainless steel with a melting point in the range of 1400 ° C to 1600 ° C is used.

Nachdem das erste Materialstück mit der hohlraumbildenden dreidimensionalen Struktur vollständig gedruckt wurde, wird in einem zweiten Schritt das erste Materialstück auf eine Temperatur abgekühlt, die gleich oder kleiner als die Schmelztemperatur des zweiten Materials ist. Einerseits führt dies dazu, dass das erste Material bei dieser (niedrigeren) Temperatur in einem festen Zustand vorliegt und nicht bei dieser Temperatur erneut geschmolzen wird, was dazu führen würde, dass die Form des ersten Materialstücks und/oder die hohlraumbildende Struktur negativ verändert werden würde. Andererseits führt dies dazu, dass bei dieser Temperatur keine porösen oder brüchigen intermetallischen Phasen zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material gebildet werden, wodurch das mindestens eine Halteelement eine geringere Stabilität aufweisen könnte.After the first piece of material with the cavity-forming three-dimensional structure has been completely printed, in a second step the first piece of material is cooled to a temperature which is equal to or less than the melting temperature of the second material. On the one hand, this means that the first material is in a solid state at this (lower) temperature and is not melted again at this temperature, which would result in the shape of the first piece of material and / or the cavity-forming structure being negatively changed . On the other hand, this means that at this temperature no porous or brittle intermetallic phases are formed between the first material and the second material, as a result of which the at least one holding element could have a lower stability.

In einem dritten Schritt wird das zweite Material in die mindestens eine dreidimensionale Struktur eingebracht. In der vorliegenden Erfindung wird als zweites Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet.In a third step, the second material is introduced into the at least one three-dimensional structure. In the present invention, aluminum or an aluminum alloy is used as the second material.

In einem vierten Schritt wird das mindestens eine Halteelement aus dem zweiten Material in der mindestens einen hohlraumbildenden dreidimensionalen Struktur in dem ersten Materialstück ausgebildet. Das mindestens eine Halteelement wird dabei formschlüssig mit dem ersten Materialstück verbunden bzw. verzahnt, so dass das erste Halteelement nicht mehr aus dem ersten Materialstück entfernt werden kann.In a fourth step, the at least one holding element is formed from the second material in the at least one cavity-forming three-dimensional structure in the first piece of material. The at least one holding element is positively connected or interlocked with the first piece of material, so that the first holding element can no longer be removed from the first piece of material.

Die hohlraumbildende dreidimensionale Struktur entspricht der „Negativstruktur“ der dreidimensionalen Struktur des mindestens einen Halteelementes, da der Hohlraum der hohlraumbildenden dreidimensionalen Struktur durch das zweite Material vollständig ausgefüllt wird, d.h. die „Negativstruktur“ gibt die Struktur des Halteelementes vor.The cavity-forming three-dimensional structure corresponds to the "negative structure" of the three-dimensional structure of the at least one holding element, since the cavity of the cavity-forming three-dimensional structure is completely filled by the second material, i.e. the "negative structure" specifies the structure of the holding element.

In einem fünften Schritt wird das zweite Materialstück aus dem zweiten Material auf das erste Materialstück gedruckt. Dabei verbindet sich das zweite Materialstück beim Drucken auf das erste Materialstück mit dem mindestens einen Halteelement in dem ersten Materialstück stoffschlüssig. Da das mindestens eine Halteelement formschlüssig mit dem ersten Materialstück verbunden ist, wird somit über das mindestens eine Halteelement das erste Materialstück mit dem zweiten Materialstück unlösbar verbunden.In a fifth step, the second piece of material made of the second material is printed onto the first piece of material. In this case, the second piece of material connects with the at least one holding element in the first piece of material in a materially bonded manner when printing onto the first piece of material. Since the at least one holding element is positively connected to the first piece of material, the first piece of material is permanently connected to the second piece of material via the at least one holding element.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das zweite Material als Pulver in die dreidimensionale Struktur eingebracht und dort geschmolzen. Durch Schmelzen des Pulvers bei einer Temperatur von 640°C bis 680°C wird das zweite Material flüssig und füllt die hohlraumbildende dreidimensionale Struktur vollständig aus. Dies gewährleistet eine fehlerfreie Ausbildung des mindestens einen Halteelementes.In a preferred embodiment, the second material is introduced into the three-dimensional structure as a powder and melted there. By melting the powder at a temperature of 640 ° C to 680 ° C, the second material becomes liquid and completely fills the cavity-forming three-dimensional structure. This ensures a fault-free design of the at least one holding element.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das zweite Material als Schmelze in die dreidimensionale Struktur eingebracht. Auch hier füllt das schon flüssige zweite Material den Hohlraum vollständig aus und das mindestens eine Halteelement wird fehlerfrei ausgebildet.In a further preferred embodiment, the second material is introduced into the three-dimensional structure as a melt. Here, too, the already liquid second material completely fills the cavity and the at least one holding element is designed without defects.

Es versteht sich, dass ferner weitere Alternativen verwendet werden können, um das zweite Material in den Hohlraum des ersten Materialstücks einzubringen. Sofern beispielsweise das zweite Material eine deutlich geringere Härte als das erste Material aufweist, wäre es möglich, das zweite Material als Feststoff in den Hohlraum des ersten Materialstücks zu pressen, ohne das es notwendig ist, das zweite Material zu schmelzen oder als schmelzbares Pulver bereitzustellen.It goes without saying that further alternatives can also be used in order to introduce the second material into the cavity of the first piece of material. If, for example, the second material has a significantly lower hardness than the first material, it would be possible to press the second material as a solid into the cavity of the first piece of material without it being necessary to melt the second material or provide it as a meltable powder.

Bevorzugt wird mindestens ein Messelement an der Innenseite des Übergangsbauteils, an der Außenseite des Übergangsbauteils und/oder an dem mindestens einen Halteelement im Inneren des Übergangsbauteils angeordnet, insbesondere eingedruckt, wobei das Messelement eine Temperatur und/oder eine Längenveränderung des Übergangsbauteils misst.At least one measuring element is preferably arranged, in particular imprinted, on the inside of the transition component, on the outside of the transition component and / or on the at least one holding element in the interior of the transition component, the measuring element measuring a temperature and / or a change in length of the transition component.

Unter eingedruckt wird hier verstanden, dass das mindestens eine Messelement während des Druckens des ersten Materialstücks und/oder des zweiten Materialstücks an der jeweils gewünschten Stelle positioniert, von dem geschmolzenen Material zumindest teilweise umgeben und bei Abkühlen des geschmolzenen Materials in der Schicht unlösbar befestigt wird. Bei Ausbilden des mindestens einen Halteelementes kann das mindestens eine Messelement zusammen mit dem zweiten Material (als Pulver oder als Schmelze) in den Hohlraum eingebracht und dort bei Aushärten des geschmolzenen zweiten Materials unlösbar mit dem mindestens einen Halteelement verbunden werden.Imprinted here means that the at least one measuring element is positioned at the desired location during the printing of the first piece of material and / or the second piece of material, is at least partially surrounded by the molten material and is permanently attached to the layer when the molten material cools. When the at least one holding element is formed, the at least one measuring element can be introduced into the cavity together with the second material (as a powder or as a melt) and there, when the melted second material hardens, can be permanently connected to the at least one holding element.

Bevorzugt wird ein Abdichtungsbauteil, insbesondere eine Stahldichtleiste, an der Außenseite des Übergangsbauteils angeordnet, wobei das Abdichtungsbauteil derart angeordnet ist, dass es einen Grenzbereich überdeckt. Der Grenzbereich stellt einen Bereich dar, in dem das erste Materialstück an das zweite Materialstück angrenzt.A sealing component, in particular a steel sealing strip, is preferably arranged on the outside of the transition component, the sealing component being arranged in such a way that it covers a boundary area. The border area represents an area in which the first piece of material adjoins the second piece of material.

Das Abdichtungsbauteil dichtet den Grenzbereich zusätzlich gegen ein Austreten des kryogenen Fluids ab. Das Abdichtungsbauteil kann beispielsweise durch Verschrauben, Verkleben, etc., an der Außenseite des Übergangsbauteils befestigt werden.The sealing component additionally seals the boundary area against leakage of the cryogenic fluid. The sealing component can for example by screwing, gluing, etc., to be attached to the outside of the transition component.

Bevorzugt wird eine thermische Isolierung an der Innenseite des Übergangsbauteils und/oder an der Außenseite des Übergangsbauteils angeordnet.Thermal insulation is preferably arranged on the inside of the transition component and / or on the outside of the transition component.

Die thermische Isolierung, beispielsweise die isolierende Struktur mit Hohlräumen, ist mit der Innenseite und/oder mit der Außenseite des Übergangsbauteils stoffschlüssig verbunden. Einerseits kann die thermische Isolierung beispielsweise durch Kleben mit dem Übergangsbauteil verbunden werden. Andererseits kann die thermische Isolierung an die Innenseite und/oder an die Außenseite angedruckt werden.The thermal insulation, for example the insulating structure with cavities, is materially connected to the inside and / or to the outside of the transition component. On the one hand, the thermal insulation can be connected to the transition component, for example by gluing. On the other hand, the thermal insulation can be printed on the inside and / or on the outside.

Alternativ kann die thermische Isolierung mittels des additiven Fertigungsverfahrens einstückig mit dem Übergangsbauteil gedruckt werden. Dazu wird das Material der thermischen Isolierung an der gewünschten Stelle positioniert, und zusammen mit dem ersten Materialstück und/oder dem zweiten Materialstück geschmolzen und schichtweise aufgebaut, so dass die Struktur der thermischen Isolierung präzise ausgebildet werden kann. Ferner wird dadurch die thermische Isolierung mit dem Übergangsbauteil stoffschlüssig verbunden und einstückig mit diesem ausgebildet.Alternatively, the thermal insulation can be printed in one piece with the transition component using the additive manufacturing process. For this purpose, the material of the thermal insulation is positioned at the desired location and melted together with the first piece of material and / or the second piece of material and built up in layers so that the structure of the thermal insulation can be formed precisely. Furthermore, as a result, the thermal insulation is materially connected to the transition component and formed in one piece with it.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.The invention is shown schematically in the drawings using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawings.

FigurenlisteFigure list

1 shows schematically a preferred embodiment of a transition component according to the invention in a longitudinal sectional view.
2 shows schematically a further preferred embodiment of a transition component according to the invention in a longitudinal sectional view.
3 shows schematically a further preferred embodiment of a transition component according to the invention with insulation in a longitudinal sectional view.

Identische Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder baugleiche Elemente und werden nicht jedes Mal gesondert erläutert.Identical reference symbols in the figures denote identical or structurally identical elements and are not explained separately each time.

In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Übergangsbauteils in einer Längsschnittansicht gezeigt und mit 1 bezeichnet.In 1 a preferred embodiment of a transition component according to the invention is shown in a longitudinal sectional view and denoted by 1.

Das Übergangsbauteil 1 weist ein erstes Materialstück 10 und ein zweites Materialstück 20 auf. Das erste Materialstück 10 besteht aus Stahl und das zweite Materialstück 20 besteht aus Aluminium. Das Übergangsbauteil 1 bzw. das erste Materialstück 10 und das zweite Materialstück 20 weisen eine Hohlzylinderform mit einer radial innenliegenden Innenseite 2 und einer radial außenliegenden Außenseite 3 auf. Ferner weist das zweite Materialstück 20 zwei Halteelemente 30 auf, wobei sich jedes der Halteelemente 30 von dem zweiten Materialstück 20 in das erste Materialstück 10 formschlüssig erstreckt. Es wäre auch denkbar, dass ein Halteelement 30 von dem ersten Materialstück 10 und ein anderes Halteelement 30 von dem zweiten Materialstück 20 ausgeht.The transition component 1 has a first piece of material 10 and a second piece of material 20th on. The first piece of material 10 consists of steel and the second piece of material 20th is made of aluminum. The transition component 1 or the first piece of material 10 and the second piece of material 20th have a hollow cylindrical shape with a radially inner inner side 2 and a radially outer outer side 3 on. Furthermore, the second piece of material 20th two holding elements 30th on, each of the holding elements 30th from the second piece of material 20th into the first piece of material 10 extends positively. It would also be conceivable that a holding element 30th from the first piece of material 10 and another holding element 30th from the second piece of material 20th goes out.

Die Halteelemente 30 bestehen hier ebenfalls aus Aluminium. Die Halteelemente 30 weisen eine dreidimensionale Tannenbaumstruktur auf, wobei die Tannenbaumstruktur eine Vielzahl von Verzahnungen 35 aufweist. Mit den Verzahnungen 35 der Tannenbaumstruktur greifen die Halteelemente 30 in das erste Materialstück 10 ein und sind mit diesem derart verzahnt, dass die Halteelemente 30 unlösbar mit dem ersten Materialstück 10 verbunden sind.The holding elements 30th are also made of aluminum here. The holding elements 30th have a three-dimensional fir tree structure, the fir tree structure having a large number of teeth 35 having. With the gears 35 The retaining elements grip the fir tree structure 30th into the first piece of material 10 a and are interlocked with this in such a way that the holding elements 30th inextricably linked with the first piece of material 10 are connected.

Das Übergangsbauteil 1 dient dazu, beispielsweise in einer kryogenen Anlage ein Stahlrohr mit einem Aluminiumrohr zu verbinden. Dazu wird das Stahlrohr mit dem aus Stahl bestehenden ersten Materialstück 10 und das Aluminiumrohr mit dem aus Aluminium bestehenden zweiten Materialstück 20 verbunden, insbesondere verschweißt. Das Übergangsbauteil 1 ist dabei in der Lage, das kryogene Fluid von dem einen Rohr, z.B. Stahlrohr, in das andere Rohr, z.B. Aluminiumrohr, zu leiten. Auf Grund der formschlüssigen Verbindung der Halteelemente 30 mit dem ersten Materialstück 10 ist die Verbindung des ersten Materialstücks 10 mit dem zweiten Materialstück 20 unlösbar und dicht, so dass kein kryogenes Fluid auslaufen kann.The transition component 1 is used, for example, to connect a steel pipe to an aluminum pipe in a cryogenic system. For this purpose, the steel pipe is connected to the first piece of material made of steel 10 and the aluminum tube with the second piece of material made of aluminum 20th connected, in particular welded. The transition component 1 is able to conduct the cryogenic fluid from one pipe, e.g. steel pipe, into the other pipe, e.g. aluminum pipe. Due to the positive connection of the holding elements 30th with the first piece of material 10 is the connection of the first piece of material 10 with the second piece of material 20th insoluble and tight, so that no cryogenic fluid can leak.

Ferner wird das Übergangsbauteil 1 bzw. die Halteelemente 30 beispielsweise von dem das Übergangsbauteil 1 durchfließenden kryogenen Fluid abgekühlt, wodurch sich die Halteelemente 30 zusammenziehen und das erste Materialstück 10 und das zweite Materialstück 20 aufeinander zu bewegen. Dies sorgt für eine zusätzliche Abdichtung zwischen dem ersten Materialstück 10 und dem zweiten Materialstück 20.Furthermore, the transition component 1 or the holding elements 30th for example, of which the transition component 1 Cryogenic fluid flowing through is cooled, causing the holding elements 30th pull together and the first piece of material 10 and the second piece of material 20th to move towards each other. This provides an additional seal between the first piece of material 10 and the second piece of material 20th .

Das Übergangsbauteil 1 weist zudem ein Messelement 100 auf, das in der Lage ist, die Temperatur zu messen. Das Temperaturmesselement 100 ist in dem zweiten Materialstück 20 derart angeordnet, dass es in der Nähe der Außenseite 3 positioniert ist. Ferner ist das Temperaturmesselement 100 relativ nah an einem Grenzbereich angeordnet, wobei der Grenzbereich einen Bereich darstellt, in dem das erste Materialstück 10 an das zweite Materialstück 20 angrenzt.The transition component 1 also has a measuring element 100 that is able to measure the temperature. The temperature measuring element 100 is in the second piece of material 20th arranged so that it is near the outside 3 is positioned. Furthermore, the temperature measuring element 100 arranged relatively close to a border area, the border area representing an area in which the first piece of material 10 to the second piece of material 20th adjoins.

Fließt beispielsweise ein kryogenes Fluid durch das Übergangsbauteil 1, kühlt sich die Innenseite 2 des Übergangsbauteils 1 ab. Es besteht somit ein Temperaturunterschied zwischen der Innenseite 2 und der Außenseite 3 des Übergangsbauteils. Sollte das Temperaturmesselement 100 eine Temperatur messen, die annähernd oder gleich der Temperatur des kryogenen Fluids ist, könnte dies darauf schließen lassen, dass das Übergangsbauteil 1 undicht ist und kryogenes Fluid austritt.For example, a cryogenic fluid flows through the transition component 1 , cools the inside 2 of the transition component 1 from. There is thus a temperature difference between the inside 2 and the outside 3 of the transition component. Should the temperature measuring element 100 Measuring a temperature that is close to or equal to the temperature of the cryogenic fluid could suggest that the transition component 1 is leaking and cryogenic fluid is leaking.

In 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Übergangsbauteils 1a in einer Längsschnittansicht gezeigt. Das Übergangsbauteil 1a unterscheidet sich von dem Übergangsbauteil 1 dadurch, dass der Innendurchmesser des zweiten Materialstücks 20 größer als der Innendurchmesser des ersten Materialstücks 10 ist, wobei das erste Materialstück 10 im Grenzbereich zunächst einen größeren Innendurchmesser aufweist und sich anschließend konisch verjüngt. Dieses Übergangsbauteil 1a dient zur Verbindung eines Aluminiumrohres mit einem Stahlrohr, wobei der Innendurchmesser des Aluminiumrohres größer ist als der Innendurchmesser des Stahlrohres.In 2 is a further preferred embodiment of a transition component according to the invention 1a shown in a longitudinal sectional view. The transition component 1a differs from the transition component 1 in that the inner diameter of the second piece of material 20th larger than the inner diameter of the first piece of material 10 is, the first piece of material 10 in the border area initially has a larger inner diameter and then tapers conically. This transitional component 1a serves to connect an aluminum pipe with a steel pipe, the inside diameter of the aluminum pipe being larger than the inside diameter of the steel pipe.

Die Halteelemente 30 erstrecken sich in das erste Materialstück 10, wobei die dreidimensionale Struktur der Halteelemente 30 an die Verjüngung des ersten Materialstücks 10 angepasst ist.The holding elements 30th extend into the first piece of material 10 , the three-dimensional structure of the holding elements 30th the taper of the first piece of material 10 is adapted.

Ferner weist das Übergangsbauteil 1a ein Abdichtungsbauteil 40 in Form einer Stahldichtleiste auf. Die Abdichtungsbauteil 40 ist an der Außenseite 3 des Übergangsbauteils 1a derart angeordnet, dass es den Grenzbereich, in dem das erste Materialstück 10 an das zweite Materialstück 20 angrenzt, überdeckt. Das Abdichtungsbauteil 40 dichtet beispielsweise den Grenzbereich zusätzlich gegen ein Austreten des kryogenen Fluids ab. Das Abdichtungsbauteil 40 ist in dieser Ausführungsform mit dem Übergangsbauteil 1a verklebt. Es kann jedoch beispielsweise auch durch Verschrauben an dem Übergangsbauteil 1a befestigt werden.Furthermore, the transition component 1a a sealing component 40 in the form of a steel sealing strip. The sealing component 40 is on the outside 3 of the transition component 1a arranged such that it is the border area in which the first piece of material 10 to the second piece of material 20th adjoins, covered. The sealing component 40 for example, additionally seals the border area against leakage of the cryogenic fluid. The sealing component 40 is in this embodiment with the transition component 1a glued. However, it can also, for example, be screwed to the transition component 1a attached.

Sowohl das Übergangsbauteil 1 als auch das Übergangsbauteil 1a können durch ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere selektives Laserschmelzen, gefertigt werden. Dabei wird zunächst das erste Materialstück 10 schichtweise gedruckt bzw. aufgebaut, wobei das erste Material, hier Stahl, durch den Laser bei 1400°C bis 1600°C geschmolzen wird. Das erste Materialstück 10 wird derart gedruckt, dass eine hohlraumbildende dreidimensionale Struktur im ersten Materialstück 10 bereitgestellt wird.Both the transition component 1 as well as the transition component 1a can be manufactured using an additive manufacturing process, in particular selective laser melting. First the first piece of material 10 printed or built up in layers, whereby the first material, here steel, is melted by the laser at 1400 ° C to 1600 ° C. The first piece of material 10 is printed in such a way that a cavity-forming three-dimensional structure in the first piece of material 10 provided.

Dann wird das erste Materialstück 10 auf eine Temperatur, beispielsweise unter 600°C, abgekühlt, die gleich oder kleiner als die Schmelztemperatur des zweiten Materials, hier Aluminium, ist. Einerseits führt dies dazu, dass der Stahl bei dieser (niedrigeren) Temperatur in einem festen Zustand vorliegt und nicht erneut geschmolzen wird, was dazu führen würde, dass die Form des ersten Materialstücks 10 und/oder die hohlraumbildende Struktur negativ verändert werden würde. Andererseits führt dies dazu, dass bei dieser Temperatur keine porösen oder brüchigen intermetallischen Phasen zwischen Stahl und Aluminium gebildet werden, wodurch das mindestens eine Halteelement 30 eine geringere Stabilität aufweisen könnte.Then the first piece of material 10 cooled to a temperature, for example below 600 ° C., which is equal to or lower than the melting temperature of the second material, here aluminum. On the one hand, this means that the steel is in a solid state at this (lower) temperature and is not melted again, which would lead to the shape of the first piece of material 10 and / or the cavity-forming structure would be negatively altered. On the other hand, this means that no porous or brittle intermetallic phases are formed between steel and aluminum at this temperature, as a result of which the at least one holding element 30th could have a lower stability.

Anschließend wird Aluminium in die mindestens eine dreidimensionale Struktur eingebracht, entweder als Pulver oder als Schmelze, und das mindestens eine Halteelement 30 aus Aluminium in der mindestens einen hohlraumbildenden dreidimensionalen Struktur in dem ersten Materialstück 10 ausgebildet. Das mindestens eine Halteelement 30 wird dabei formschlüssig mit dem ersten Materialstück 10 verbunden bzw. verzahnt, so dass das erste Halteelement 30 nicht mehr aus dem ersten Materialstück 10 entfernt werden kann.Subsequently, aluminum is introduced into the at least one three-dimensional structure, either as a powder or as a melt, and the at least one holding element 30th of aluminum in the at least one cavity-forming three-dimensional structure in the first piece of material 10 educated. The at least one holding element 30th becomes form-fitting with the first piece of material 10 connected or interlocked so that the first holding element 30th no longer from the first piece of material 10 can be removed.

Die hohlraumbildende dreidimensionale Struktur entspricht der „Negativstruktur“ der dreidimensionalen Struktur des mindestens einen Halteelementes 30, da der Hohlraum der hohlraumbildenden dreidimensionalen Struktur durch Aluminium vollständig ausgefüllt wird, d.h. die „Negativstruktur“ gibt die Struktur des Halteelementes 30 vor.The cavity-forming three-dimensional structure corresponds to the “negative structure” of the three-dimensional structure of the at least one holding element 30th , since the cavity of the cavity-forming three-dimensional structure is completely filled with aluminum, ie the "negative structure" gives the structure of the holding element 30th in front.

Dann wird das zweite Materialstück 20 aus Aluminium auf das erste Materialstück 10 gedruckt. Dabei verbindet sich das zweite Materialstück 20 beim Drucken auf das erste Materialstück 10 mit dem mindestens einen Halteelement 30 in dem ersten Materialstück 10 stoffschlüssig. Da das mindestens eine Halteelement 30 formschlüssig mit dem ersten Materialstück 10 verbunden ist, wird somit über das mindestens eine Halteelement 30 das erste Materialstück 10 mit dem zweiten Materialstück 20 unlösbar verbunden.Then the second piece of material 20th made of aluminum on the first piece of material 10 printed. The second piece of material connects 20th when printing on the first piece of material 10 with the at least one holding element 30th in the first piece of material 10 cohesive. Because the at least one holding element 30th form-fitting with the first piece of material 10 is connected, is thus via the at least one holding element 30th the first piece of material 10 with the second piece of material 20th inextricably linked.

Zusätzlich kann durch das Verfahren beispielsweise das Messelement 100, wie in 1 gezeigt, im inneren des zweiten Materialstücks 20 eingedruckt werden. Dabei wird das Messelement 100 während des Druckens des zweiten Materialstücks 20 an der gewünschten Stelle positioniert, von dem geschmolzenen Aluminium zumindest teilweise umgeben und bei Abkühlen des Aluminiums in der Schicht unlösbar befestigt.In addition, the method can, for example, use the measuring element 100 , as in 1 shown inside the second piece of material 20th be imprinted. The measuring element is thereby 100 while printing the second piece of material 20th positioned at the desired location, at least partially surrounded by the molten aluminum and inextricably attached to the layer when the aluminum cools.

In 3 ist schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Übergangsbauteils 1b in einer Längsschnittansicht gezeigt. Das Übergangsbauteil 1b unterscheidet sich von den Übergangsbauteilen 1 und 1a dadurch, dass die Struktur der Halteelemente 30 eine Rippenform aufweist.In 3 is schematically a further preferred embodiment of a transition component according to the invention 1b shown in a longitudinal sectional view. The transition component 1b differs from the transition components 1 and 1a in that the structure of the holding elements 30th has a rib shape.

Das Übergangsbauteil 1b weist an der Innenseite 2 eine innere thermische Isolierung 50 auf, die derart an der Innenseite 2 angeordnet ist, dass sie den Grenzbereich, in dem das erste Materialstück 10 an das zweite Materialstück 20 angrenzt, überdeckt. Zudem weist das Übergangsbauteil 1b auf der Außenseite 3 eine äußere thermische Isolierung 60 auf, die ebenfalls derart angeordnet ist, dass sie den Grenzbereich überdeckt. Die innere Isolierung 50 sowie die äußere Isolierung 60 sind hier aus Teflon, einem tieftemperaturbeständigen Kunststoff, gebildet.The transition component 1b points on the inside 2 an internal thermal insulation 50 on that way on the inside 2 is arranged that they the border area in which the first piece of material 10 to the second piece of material 20th adjoins, covered. In addition, the transition component 1b on the outside 3 an external thermal insulation 60 on, which is also arranged such that it covers the border area. The inner isolation 50 as well as the outer insulation 60 are made of Teflon, a low-temperature-resistant plastic.

Sowohl die innere Isolierung 50 als auch die äußere Isolierung 60 weisen eine Wabenstruktur 70 mit einer Vielzahl von hexagonalen Hohlräumen 55 und 65 auf. In dieser Ausführungsform sind die Hohlräume 55 der inneren Isolierung 50 kleiner als die Hohlräume 65 der äußeren Isolierung, jedoch ist auch möglich, die Hohlräume 55 der inneren Isolierung 50 größer als die Hohlräume 65 der äußeren Isolierung oder in der gleichen Größe auszubilden. Die Hohlräume 55 und 65 weisen in dieser Ausführungsform ein Vakuum auf. Alternativ könnten die Hohlräume 55 der inneren Isolierung 50 und/oder die Hohlräume 65 der äußeren Isolierung 60 mit Luft oder Luftgasen, wie Stickstoff, Sauerstoff, Argon und Kohlenstoffdioxid, oder mit Methan oder Erdgas gefüllt sein. Die Hohlräume 55, 65 der Wabenstruktur sind ferner zumindest zum Teil elastisch, so dass sie sich einer Volumenänderung des Vakuums bzw. der Gase anpassen können.Both the internal insulation 50 as well as the outer insulation 60 exhibit a honeycomb structure 70 with a variety of hexagonal cavities 55 and 65 on. In this embodiment the cavities are 55 internal insulation 50 smaller than the cavities 65 the outer insulation, however, it is also possible to use the voids 55 internal insulation 50 larger than the cavities 65 the outer insulation or in the same size. The cavities 55 and 65 have a vacuum in this embodiment. Alternatively, the cavities could 55 internal insulation 50 and / or the cavities 65 the outer insulation 60 be filled with air or air gases such as nitrogen, oxygen, argon and carbon dioxide, or with methane or natural gas. The cavities 55 , 65 the honeycomb structure are also at least partially elastic, so that they can adapt to a change in volume of the vacuum or the gases.

Die innere Isolierung 50 isoliert die Innenseite 2 des Übergangsbauteils 1b gegen das das Übergangsbauteil 1b durchströmdende kryogene Fluid, wodurch insbesondere mechanische Spannungen zwischen der Innenseite 2 und der Außenseite 3 des Übergangsbauteils 1b reduziert werden.The inner isolation 50 insulates the inside 2 of the transition component 1b against which the transition component 1b Cryogenic fluid flowing through, which in particular creates mechanical stresses between the inside 2 and the outside 3 of the transition component 1b be reduced.

Die äußere Isolierung 60 isoliert die Außenseite 3 des Übergangsbauteils 1b gegen die umgebende Außentemperatur. Eine Erwärmung des Übergangsbauteils 1b von außen könnte beispielsweise das mindestens eine Halteelement 30 erwärmen, wodurch sich das mindestens eine Halteelement 30 ausdehnen könnte. Dadurch könnte die Verbindung zwischen dem ersten Materialstück 10 und dem zweiten Materialstück 20 zumindest zum Teil weniger dicht werden.
Alternativ kann die innere Isolierung 50 und/oder die äußere Isolierung 60 mittels des additiven Fertigungsverfahrens einstückig mit dem Übergangsbauteil 1b gedruckt werden. Dazu wird das Material der inneren Isolierung 50 und/oder der äußeren Isolierung 60 an der gewünschten Stelle positioniert, und zusammen mit dem ersten Materialstück 10 und/oder dem zweiten Materialstück 20 geschmolzen und schichtweise aufgebaut, so dass die Struktur der inneren Isolierung 50 und/oder der äußeren Isolierung 60 präzise ausgebildet werden kann. Ferner wird dadurch die innere Isolierung 50 und/oder die äußere Isolierung 60 mit dem Übergangsbauteil 1b stoffschlüssig verbunden und einstückig mit diesem ausgebildet.The outer insulation 60 insulates the outside 3 of the transition component 1b against the surrounding outside temperature. A warming of the transition component 1b for example, the at least one holding element could from the outside 30th heat, whereby the at least one holding element 30th could expand. This could make the connection between the first piece of material 10 and the second piece of material 20th at least partially become less dense.
Alternatively, the internal insulation 50 and / or the outer insulation 60 in one piece with the transition component by means of the additive manufacturing process 1b to be printed. To do this, the material of the internal insulation 50 and / or the outer insulation 60 positioned in the desired location, and together with the first piece of material 10 and / or the second piece of material 20th melted and built up in layers, so that the structure of the internal insulation 50 and / or the outer insulation 60 can be precisely trained. This also increases the internal insulation 50 and / or the outer insulation 60 with the transition component 1b cohesively connected and formed in one piece with this.

Es versteht sich, dass die bevorzugten Ausführungsformen gemäß 1,2 und/oder 3 auch kombiniert werden können. Beispielsweise können das erste Materialstück 10 und das zweite Materialstück 20 gleiche Innendurchmesser aufweisen, wobei ein Abdichtungsbauteil 40 an der Außenseite 3 des Übergangsbauteils 1 angeordnet ist. In einem weiteren Beispiel könnte ein Übergangsbauteil 1 ein Abdichtungsbauteil 40 an der Außenseite 3 des Übergangsbauteils 1 und eine innere Isolierung 50 an der Innenseite 2 des Übergangsbauteils 1 aufweisen.It is understood that the preferred embodiments according to 1 , 2 and / or 3 can also be combined. For example, the first piece of material 10 and the second piece of material 20th have the same inner diameter, with a sealing component 40 on the outside 3 of the transition component 1 is arranged. Another example could be a transition component 1 a sealing component 40 on the outside 3 of the transition component 1 and internal insulation 50 on the inside 2 of the transition component 1 exhibit.

Claims

Transition component (1, 1a, 1b) for connecting components of a chemical or process engineering plant, the transition component (1, 1a, 1b) having a first piece of material (10) made of a first material and a second piece of material (20) made of a second material , wherein the first material and the second material cannot be connected to one another by fusion welding, characterized in that at least one holding element (30) is used to connect the first material piece (10) to the second material piece (20), the at least one holding element ( 30) consists of the first material and, starting from the first piece of material (10), extends into the second piece of material (20) in a form-fitting manner and / or the at least one holding element (30) consists of the second material and, starting from the second piece of material (20), extends into the first piece of material (10) extends in a form-fitting manner.

Transitional component (1, 1a, 1b) according to Claim 1 , characterized in that the at least one holding element (30) has a three-dimensional structure.

Transitional component (1, 1a, 1b) according to Claim 2 , characterized in that the three-dimensional structure of the at least one holding element (30) has a helical shape, a shape with at least one sawtooth profile such as a Christmas tree shape, a rib, a T-profile, a spiral or a helix shape or a dovetail shape.

Transition component (1, 1a, 1b) according to one of the preceding claims, characterized in that the first material is steel or stainless steel and the second material is aluminum or an aluminum alloy.

Transition component (1, 1a, 1b) according to one of the preceding claims, characterized in that the transition component (1, 1a, 1b) has at least one measuring element (100), the at least one measuring element (100) indicating a temperature and / or a change in length of the transition component (1, 1a, 1b).

Transitional component (1, 1a, 1b) according to Claim 5 , characterized in that the at least one measuring element (100) on an inside (2) of the transition component (1, 1a, 1b), on an outside (3) of the transition component (1, 1a, 1b) or on the at least one holding element ( 30) is arranged inside the transition component (1, 1a, 1b).

Transition component (1, 1a, 1b) according to one of the preceding claims, characterized in that the transition component (1, 1a, 1b) has a sealing component (40), in particular a steel sealing strip, the sealing component (40) on the outside (3 ) of the transition component (1, 1a, 1b) is arranged, the sealing component (40) being arranged in such a way that it covers a border area, the border area representing an area in which the first piece of material (10) adjoins the second piece of material (20 ) adjoins.

Transition component (1, 1a, 1b) according to one of the preceding claims, characterized in that on the inside (2) of the transition component (1, 1a, 1b) and / or on the outside (3) of the transition component (1, 1a, 1b ) thermal insulation (55, 65) is attached.

Transitional component (1, 1a, 1b) according to Claim 8 , characterized in that the thermal insulation (55, 65) has a structure with cavities, in particular a honeycomb structure.

Method for producing a transition component (1, 1a, 1b) according to one of the Claims 1 to 9 , the method comprising: - printing the first piece of material (10) from a first material by an additive manufacturing method, wherein at least one cavity-forming three-dimensional structure is provided in the first piece of material (10); - cooling the first piece of material (10) to a temperature which is equal to or less than the melting temperature of the second material; Introducing a second material into the at least one three-dimensional structure; - Forming at least one holding element (30) from the second material in the at least one cavity-forming three-dimensional structure in the first piece of material (10); - Printing the second piece of material (20) from the second material onto the first piece of material (10).

Procedure according to Claim 10 , characterized in that the second material is introduced into the three-dimensional structure as a powder and is melted there.

Procedure according to Claim 10 , characterized in that the second material is introduced into the three-dimensional structure as a melt.

Method according to one of the Claims 10 to 12th , characterized in that at least one measuring element (100) on the inside (2) of the transition component (1, 1a, 1b), on the outside (3) of the transition component (1, 1a, 1b) and / or on the at least one holding element (30) inside the transition component (1, 1a, 1b) is arranged, in particular imprinted, with the measuring element (100) measuring a temperature and / or a change in length of the transition component (1, 1a, 1b).

Method according to one of the Claims 10 to 13th , characterized in that a sealing component (40), in particular a steel sealing strip, is arranged on the outside (3) of the transition component (1, 1a, 1b), the sealing component (40) being arranged in such a way that it covers a border area, wherein the boundary area represents an area in which the first piece of material (10) adjoins the second piece of material (20).

Method according to one of the Claims 10 to 14th , characterized in that thermal insulation (50, 60) is arranged on the inside (2) of the transition component (1, 1a, 1b) and / or on the outside (3) of the transition component (1, 1a, 1b).