DE102005024413A1

DE102005024413A1 - Verbindungsstück zur gelenkigen Verbindung einer ersten und einer zweiten Rohrleitung

Info

Publication number: DE102005024413A1
Application number: DE102005024413A
Authority: DE
Inventors: Horst-Dieter Rohwedder
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-28
Also published as: CA2602939C; DE602006018131D1; RU2007148332A; EP1886057B1; JP2008542639A; RU2399826C2; WO2006125666A1; EP1886057A1; BRPI0609980A2; CN101180491A; CN101180491B; CA2602939A1; US7677606B2; US20090103973A1; DE102005024413B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindungsstück 1 zur gelenkigen Verbindung einer ersten und einer zweiten Rohrleitung 3, 5, insbesondere einer ersten und einer zweiten Rohrleitung 3, 5 eines triebwerkgespeisten Heißluftversorgungssystems eines Luftfahrzeuges, mit der zusätzlichen Möglichkeit eines Toleranzausgleichs, wobei ein Rohrende 2 der ersten Rohrleitung 3 durch eine Zugstange 32 mit einem Rohrende 4 der zweiten Rohrleitung 5 unter Bildung eines Spaltes 39 gelenkig verbunden ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind die gegenüberliegenden Rohrenden 2, 4 von einem Dichtorgan, insbesondere von einem Metallfaltenbalg 11, zur Abdichtung des Spaltes 39 umschlossen und die Zugstange 32 weist an einem ersten Ende 33 ein Verstellorgan 35 zur Längenverstellung auf. DOLLAR A Aufgrund der randseitigen Anordnung des Verstellorgans 35 ist das erfindungsgemäße Verbindungsstück 1 leicht zu montieren, wobei im Bereich des Rohrendes 2 der ersten Rohrleitung 3 eine auftrennbare V-Flanschverbindung vorgesehen ist. Der Metallfaltenbalg 11 als Dichtorgan ermöglicht eine lange Lebensdauer und einen wartungsfreien Betrieb, insbesondere bei Medien mit hohem Druck und/oder hohen Temperaturen, wie sie beispielsweise bei triebwerkgespeisten Heißluftversorgungssystemen in Flugzeugen auftreten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungsstück zur gelenkigen Verbindung einer ersten und einer zweiten Rohrleitung, insbesondere einer ersten und einer zweiten Rohrleitung eines triebwerkgespeisten Heißluftversorgungssystems eines Luftfahrzeugs, mit der zusätzlichen Möglichkeit eines Toleranzausgleichs, wobei ein Rohrende der ersten Rohrleitung durch eine Zugstange mit einem Rohrende der zweiten Rohrleitung unter Bildung eines Spaltes gelenkig verbunden ist.

Bekannte Ausführungsformen von Verbindungsstücken zur gelenkigen Verbindung von Rohrleitungen, die zur Weiterleitung von Fluiden und/oder von gasförmigen Substanzen mit hoher Temperatur und/oder mit hohem Druck, insbesondere von heißen Gasen oder dergleichen, dienen, weisen Dichtorgane auf, die beispielsweise mit metallischen Dichtmanschetten und Kunststoffmaterialien zur eigentlichen Abdichtung gebildet sind. Derartige Rohrleitungen werden beispielsweise in Luftfahrzeugen für Systeme zum Anlassen der Triebwerke, zum Klimatisieren der Passagierzelle sowie zum Enteisen der Tragflächen und der aerodynamischen Steuerflächen eingesetzt.

Infolge der auftretenden hohen Temperaturen der Fluide oder Gase, zusätzlicher Erschütterungen sowie der im Betrieb auftretenden Relativbewegungen der Rohrenden zueinander verschleißen diese Kunststoffmaterialien, mittels derer die eigentliche Abdichtung erfolgt, relativ schnell.

Insbesondere in sicherheitsrelevanten Bereichen, beispielsweise bei der Verbindung von Rohrleitungen eines triebwerkgespeisten Heißluftversorgungssystems von Luftfahrzeugen, bedingen die vorstehend geschilderten Verschleißerscheinungen der bekannten Verbindungsstücke einen hohen Wartungsaufwand durch kurze Inspektionsintervalle.

Darüber hinaus gestaltet sich die Montage der bekannten Verbindungsstücke aufwändig, da die Stellorgane zur Durchführung des Toleranzausgleichs im Bereich eines Spaltes zwischen den zu verbindenden Rohrenden angeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend beschriebenen Nachteile der bekannten Ausführungsformen von Verbindungsstücken zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass die gegenüberliegenden Rohrenden von einem Dichtorgan, insbesondere von einem Metallfaltenbalg, zur Abdichtung des Spaltes umschlossen sind und die Zugstange an einem ersten Ende ein Verstellorgan zur Längenverstellung aufweist, ist im Allgemeinen eine nahezu lebensdauerlange Haltbarkeit des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks gegeben, wobei sich zugleich die Montage infolge des randseitig angeordneten Verstellorgans erleichtert. Darüber hinaus ist ein nahezu wartungsfreier Betrieb über die gesamte Lebensdauer des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks auch in sicherheitsrelevanten Bereichen, beispielsweise zur Verbindung von Rohrleitungen eines triebwerkgespeisten Heißluftversorgungssystems in einem Luftfahrzeug oder dergleichen, möglich.

Nach Maßgabe einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Rohrenden jeweils einen Stützring mit einer darin im Wesentlichen zentrisch angeordneten Aufnahme zur Anbindung der Zugstange auf, wobei die Aufnahme durch mindestens zwei radial nach außen weisende Streben mit einer Stützringinnenfläche verbunden ist.

Hierdurch ist eine im Wesentlichen mittige Aufnahme der Zugstange in den Rohrenden gegeben, die eine weitgehend gleichmäßige Kraftüberleitung zwischen der ersten und der zweiten Rohrleitung ermöglicht.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Streben gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet.

Mittels dieser Ausgestaltung ist eine im Wesentlichen gleichmäßige Überleitung der von den Aufnahmen auf die Stützringe zu übertragenden Kräfte möglich.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in den Aufnahmen Lagerschalen angeordnet, deren kalottenförmige Öffnungen jeweils in Richtung eines Innenraums der ersten und der zweiten Rohrleitung weisen.

Die Lagerschalen mit den darin angeordneten kalottenförmigen Öffnungen ermöglichen zusammen mit den beidseitig an der Zugstange angeordneten Kugelköpfen eine gelenkige Verbindung der Rohrenden.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Rohrleitung und/oder die zweite Rohrleitung im Bereich des Stützrings durch ein Verbindungsmittel, insbesondere eine V-Flanschverbindung, auftrennbar ausgebildet.

Hierdurch wird die Montage des Verbindungsstücks erleichtert, da die Zugänglichkeit des randseitig angeordneten Verstellorgans durch die Auftrennbarkeit der ersten Rohrleitung verbessert wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Lagerschalen und die Aufnahmen jeweils Bohrungen zur Durchführung der Zugstange auf.

Die Rohrenden werden bei einer Druckbeaufschlagung der Rohrleitung im Bereich des Verbindungsstücks auseinander gezogen, wobei diese Zugkraft von den in den Aufnahmen angeordneten Lagerschalen auf die Kugelköpfe an den Enden der Zugstange übertragen wird. Infolge der Ausnehmungen wird die Wirkung der Zugkraft in eine Druckkraft umgewandelt, so dass die Lagerschalen in den Aufnahmen im Wesentlichen nur durch Druckkräfte belastet werden. Hierdurch ergibt sich die insgesamt sehr hohe Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks bei einer Druckbeaufschlagung der Rohrleitung.

Darüber hinaus ermöglichen die Kalotten in den Aufnahmen im Zusammenwirken mit den Kugelköpfen einen Toleranzausgleich in einer im Wesentlichen quer zu der Längsachse der ersten und der zweiten Rohrleitung verlaufenden Richtung.

In Gemäßheit einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Zugstange am ersten Ende einen aufschraubbaren Kugelkopf als Verstellorgan auf und an einem zweiten Ende einen festen Kugelkopf auf.

Mittels des aufschraubbaren Kugelkopfes erfolgt im Bedarfsfall eine Längenverstellung der Zugstange und damit ein Toleranzausgleich in Richtung der Längsachse der ersten und der zweiten Rohrleitung. Da der aufschraubbare Kugelkopf im Bereich der ersten Aufnahme des ersten Stützrings in Abhängigkeit von der Länge der ersten Rohrleitung relativ leicht zugänglich ist, kann der Toleranzausgleich mittels des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks auf einfache Art und Weise erfolgen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks sind in den weiteren Patentansprüchen dargelegt.
In der Zeichnung zeigt:
1 Einen Längsschnitt durch das Verbindungsstück und
2 einen Querschnitt durch das Verbindungsstück entlang der Schnittlinie A-A.
Die 1 zeigt einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Verbindungsstück. Gleiche Konstruktionselemente weisen in der Zeichnung jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
Das Verbindungsstück 1 verbindet ein Rohrende 2 einer ersten Rohrleitung 3 mit einem Rohrende 4 einer zweiten Rohrleitung 5 gelenkig und mit der Möglichkeit eines Toleranzausgleichs. Zur Verdeutlichung der Lage der x-, der y- sowie der z-Achse im Raum ist ein Koordinatensystem 6 dargestellt. Die erste Rohrleitung 3 und die zweite Rohrleitung 5 weisen hierbei Längsachsen 7, 8 auf. Mittels des erfin gleich, das heißt Längenausgleich zwischen der ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5 in der Richtung der x-Achse möglich. Darüber hinaus können sich die Rohrenden 2, 4 im Wesentlichen parallel zur y-Achse bzw. zur z-Achse bewegen. Zusätzlich kann das Verbindungsstück 1 im Bereich des Metallfaltenbalgs 11 geringfügig geknickt werden. Das Zusammenspiel der aufgezeigten Bewegungsoptionen ermöglicht die gelenkige Verbindung der ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5 mittels des Verbindungsstücks 1.
Am Rohrende 2 der ersten Rohrleitung 3 ist ein Stützring 9 angeordnet. Entsprechend ist am Rohrende 4 der zweiten Rohrleitung 5 ein Stützring 10 angeordnet. Die Stützringe 9, 10 sind fest mit den Rohrenden 2, 4 verbunden, insbesondere durch eine umlaufende Schweißnaht gasdicht im Bereich der Rohrenden 2, 4 mit den Rohrleitungen 3, 5 verschweißt. Die Rohrenden 2, 4 bzw. die Stützringe 9, 10 sind von einem Metallfaltenbalg 11 als Dichtorgan umgeben. Der Metallfaltenbalg 11 weist zwei umlaufende Befestigungsflansche 12, 13 auf, die über eine umlaufende Schweißnaht mit den Rohrenden 2, 4 bzw. mit den Stützringen 9, 10 gas- und druckdicht verbunden sind. Durch den Metallfaltenbalg 11 ist die vollständige Abdichtung des Verbindungsstücks 1 bei einer gleichzeitig gegebenen hohen Beweglichkeit bzw. Gelenkigkeit realisiert.
Anstatt des Metallfaltenbalgs 11 können andere Dichtorgane vorgesehen werden. In Abhängigkeit von der Temperatur und/oder dem Druck der durch das Verbindungsstück 1 durch zu leitenden Medien können zum Beispiel Panzerschläuche oder Kunststofffaltenbälge vorgesehen sein.
Der Stützring 9 weist eine Aufnahme 14 und der Stützring 10 weist eine Aufnahme 15 auf. Die Aufnahmen 14, 15 sind im Wesentlichen zentrisch in der ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5 in Bezug auf die Längsachsen 7, 8 angeordnet. Die Aufnahme 14 ist durch drei Streben 16, 17, 18 mit dem Stützring 9 verbunden, wobei die Strebe 18 in der 1 nicht dargestellt ist. Die Aufnahme 15 ist durch drei Streben 19, 20, 21 mit dem Stützring 10 verbunden, wobei die Strebe 21 in der 1 gleichfalls nicht dargestellt ist.
Die Streben 16, 17, 18 sind gleichmäßig über eine Umfangsfläche einer Aufnahmeaußenfläche 22 hinweg verteilt, radial nach außen weisend angeordnet und mit ei ner Stützringinnenfläche 23 des Stützrings 9 verbunden. Entsprechend sind die Streben 19, 20, 21 gleichmäßig über eine Umfangsfläche einer Aufnahmeaußenfläche 24 hinweg verteilt, radial nach außen weisend angeordnet und mit einer Stützringinnenfläche 25 des Stützrings 10 verbunden.
Durch die vorstehend beschriebene Anordnung ist eine im Wesentlichen zentrische Befestigung der Aufnahmen 14, 15 im Bereich der Rohrenden 2, 4 der Rohrleitungen 3, 5 in Bezug auf die Längsachsen 7, 8 und damit eine symmetrische Kraftüberleitung gewährleistet.
Damit der Strömungswiderstand in der Rohrleitung durch das Verbindungsstück 1 infolge der Streben 16 bis 21 sowie der Aufnahmen 14, 15 nicht zu hohe Werte erreicht und ein insgesamt noch ausreichender Volumenstrom eines gasförmigen und/oder flüssigen Mediums durch das Verbindungsstück 1 transportiert werden kann, sollte der Rohrdurchmesser der zu verbindenden ersten und zweiten Rohrleitung 3, 5 vorzugsweise mehr als 100 mm betragen.
In den Aufnahmen 14, 15 sind zwei Lagerschalen 26, 27 in entsprechend ausgebildete Vertiefungen in den Aufnahmen 14, 15 aufgenommen. Die kalottenförmige Öffnung 28 der Lagerschale 26 weist hierbei in die Richtung eines Innenraums 30 der ersten Rohrleitung 3, wohingegen die kalottenförmige Öffnung 29 der Lagerschale 27 in die Richtung eines Innenraums 31 der zweiten Rohrleitung 5 weist. Die Lagerschalen 26, 27 sind aus einem Material mit einem geringen Gleitreibungsfaktor, vorzugsweise mit einem metallischen Material, gebildet.
Eine Zugstange 32 zur Verbindung der Stützringe 9, 10 weist an einem ersten Ende 33 einen aufschraubbaren Kugelkopf 34 als Verstellorgan 35 zur Längenverstellung parallel zur x-Achse und zur Montage des Verbindungsstücks 1 sowie an einem zweiten Ende 36 einen festen Kugelkopf 37 auf. Die Zugstange 32 mit einer vorzugsweise in etwa kreisrunden Querschnittsgeometrie weist weiterhin eine Längsachse 38 auf. Damit der aufschraubbare Kugelkopf 34 auf die Zugstange 32 aufgeschraubt werden kann, ist das erste Ende 33 der Zugstange 32 zumindest bereichsweise mit einem Gewinde zum Aufbringen des aufschraubbaren Kugelkopfes 34 versehen. Der feste Kugelkopf 37 und der aufschraubbare Kugelkopf 34 sind zumindest bereichsweise formschlüssig in den kalottenförmigen Öffnungen 28, 29 aufgenommen, wodurch sich eine gelenkige Verbindung der ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5 unter Bildung eines Spaltes 39 ergibt. Die kalottenförmigen Öffnungen 28, 29 weisen hierbei in entgegengesetzte Richtungen, so dass eine Auseinanderbewegung der Rohrenden 2, 4 in eine Zugkraft transformiert wird, die von den Kugelköpfen 34, 37 wirkungsvoll auf die Zugstange 32 übertragbar ist.
Die Aufnahmen 14, 15 weisen Bohrungen 40 und 41 zur Durchführung der Zugstange 32 auf. Die Bohrungen 40, 41 sind vorzugsweise konisch ausgebildet und weisen auf den zum Spalt 39 weisenden Seiten einen deutlich größeren Mindestdurchmesser als ein Außendurchmesser der Zugstange 32 auf, um eine ausreichende Beweglichkeit der Zugstange 32 innerhalb der Bohrungen 40, 41 quer zur x-Achse zu ermöglichen. Im Bereich der Lagerschalen 26, 27 ist der Durchmesser der Bohrungen 40, 41 so bemessen, dass eine ausreichende Beweglichkeit der Zugstange 32 sichergestellt ist. Die Lagerschalen 26, 27 weisen ebenfalls Bohrungen 42, 43 zur Durchführung der Zugstange 32 auf, wobei die Bohrungen 42, 43 gleichfalls einen Durchmesser aufweisen, der eine ausreichende Beweglichkeit der Zugstange 32 gewährleistet.
Der aufschraubbare Kugelkopf 34 und der feste Kugelkopf 37 werden durch Befestigungsmittel 44, 45 in den kalottenförmigen Öffnungen 28, 29 gehalten. Die Befestigungsmittel 44, 45 sind in entsprechend ausgebildete umlaufende Ausnehmungen im Bereich der Vertiefungen der Aufnahmen 14, 15 eingesetzt. Als Befestigungsmittel 44, 45 werden beispielsweise Federringe, Sprengringe oder dergleichen verwendet, die in umlaufende Nuten innerhalb der Aufnahmen 14, 15 eingesetzt werden. Die Nuten sind der besseren zeichnerischen Übersichtlichkeit halber nicht mit einer Bezugsziffer versehen.
Wird durch die erste und die zweite Rohrleitung 3, 5 ein unter Druck stehendes Medium geleitet, so werden die Rohrenden 2, 4 mit den darin befindlichen Stützringen 9, 10 auseinander gezogen, so dass die Zugstange 32 im Wesentlichen nur mit Zugkräften belastet wird. Diese Zugkräfte können von den Lagerschalen 26, 27 mit den kalottenförmigen Öffnungen 28, 29 sehr wirkungsvoll auf den aufschraubbaren Kugelkopf 34 sowie den festen Kugelkopf 37 der Zugstange 32 übergeleitet werden. Erfolgt dagegen eine Belastung der Zugstange 32 mit Druckkräften, so verhindern die Befestigungsmittel 44, 45 das Herausdrücken des festen Kugelkopfes 37 und des aufschraubbaren Kugelkopfes 34 aus den kalottenförmigen Öffnungen 28, 29 der Lagerschalen 26, 27, solange die aufzunehmenden Druckkräfte nicht zu groß werden.
Hierbei ist zu bemerken, dass das erfindungsgemäße Verbindungsstück 1 in Richtung der x-Achse erheblich größere Zugkräfte als entgegengesetzt wirkende Druckkräfte aufzunehmen vermag.
Grundsätzlich verhindert die Zugstange 32 im Wesentlichen jedwede nennenswerte Belastung des Metallfaltenbalgs 11 sowohl mit Zugkräften als auch mit Druckkräften.
Das erfindungsgemäße Verbindungsstück 1 lässt im Wesentlichen zwei Bewegungsmöglichkeiten zwischen der ersten Rohrleitung 3 und der zweiten Rohrleitung 5 zu.
Die gegenüberliegenden Rohrenden 2, 4 können sich zunächst im Wesentlichen jeweils parallel zu einer von der y-Achse und der z-Achse aufgespannten Ebene relativ zueinander bewegen. Hierbei verlaufen die Längsachsen 7, 8 im Wesentlichen parallel zueinander, während die Längsachse 38 der Zugstange 32 mit den Längsachsen 7, 8 jeweils Winkel von bis zu 15° einschließt.
Darüber hinaus können die erste und die zweite Rohrleitung 3, 5 im Bereich des Verbindungsstücks 1 gleichsinnig oder gegensinnig "verknickt" werden, so dass beide Längsachsen 7, 8 in Bezug auf die Längsachse 38 der Zugstange 32 jeweils Winkel von bis zu 15° einnehmen. In diesem Fall verlaufen die Längsachsen 7, 8 nicht mehr parallel zueinander.
Die maximal erreichbaren Winkelwerte sind insbesondere vom Maximaldurchmesser der konischen Bohrungen 40, 41 in den Aufnahmen 14, 15 sowie der Flexibilität des Metallfaltenbalgs 11 abhängig.
Der Spalt 39 ist in jedem Fall erforderlich, um die Relativbewegungen der Rohrenden 2, 4 der ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5 zueinander auszugleichen. Durch eine entsprechende Verdrehung des auf die Zugstange 32 aufschraubbaren Kugelkopfes 34 ist über die gelenkige Verbindung der ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5 hinaus zusätzlich eine Längenänderung und damit ein Toleranzausgleich des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks 1 parallel zur x-Achse möglich.
Eine Torsionsbewegung zwischen der ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5 um die x-Achse herum kann mittels des Verbindungsstücks 1 nicht aufgenommen wer den, da diese Bewegung allein von dem Metallfaltenbalg 11 aufzunehmen wäre, der für einen derartigen Belastungsfall nicht ausgelegt ist.
Um ein unbeabsichtigtes Lösen des aufschraubbaren Kugelkopfes 34 von der Zugstange 32 zu vermeiden, ist weiterhin ein Sicherungsmittel 46 vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 ist das Sicherungsmittel 46 eine Kontermutter 47, die zusätzlich mit einer Sicherungslasche 48 gegen Verdrehen gesichert ist. Andere Sicherungsmittel, wie zum Beispiel Kronenmuttern mit Sicherungssplinten, selbstsichernde Muttern oder dergleichen sind gleichfalls möglich.
Um das Verbindungsstück 1 zu montieren, ist die erste Rohrleitung 3 im Bereich des Rohrendes 2 mittels einer nicht dargestellten V-Flanschverbindung auftrennbar ausgebildet. Hierdurch ist es auch bei angeschweißten Stützringen 9, 10 sowie bei aufgeschweißtem Metallfaltenbalg 11 möglich, die Zugstange 32 bei abgeschraubtem Kugelkopf 34 von hinten zunächst durch die Bohrungen 41, 43 in der Aufnahme 15 hindurch zu stecken und anschließend durch die Bohrungen 40, 42 in der Aufnahme 14 zu führen. Die Lagerschalen 26, 27 befinden sich in diesem Stadium der Montage bereits in den Aufnahmen 14, 15.
Anschließend wird der aufschraubbare Kugelkopf 34 auf die Zugstange 32 aufgeschraubt und nach Erreichen der gewünschten Breite des Spaltes 39 zur Ermöglichung der gelenkigen Verbindung der ersten und der zweiten Rohrleitung 3,5 mittels des Sicherungsmittels 46 gegen unbeabsichtigtes Lösen gesichert. Die Breite des Spaltes 39 ist um so größer zu wählen, Je umfangreicher die gelenkigen Bewegungsmöglichkeiten ausfallen sollen. Abschließend werden die Befestigungsmittel 44, 45 zur Arretierung des aufschraubbaren Kugelkopfes 34 und des festen Kugelkopfes 37 in den Lagerschalen 26, 27 in die Aufnahmen 14, 15 bzw. die darin befindlichen Vertiefungen eingesetzt.
Zum Abschluss des Montagevorganges wird die erste Rohrleitung 3 mittels der V-Flanschverbindung wieder gasdicht geschlossen und die Montage ist beendet. Anstatt der V-Flanschverbindung können andere, lösbare Rohrverbindungen vorgesehen sein.
Aufgrund der symmetrischen Ausbildung der Zugstange 32 und der Aufnahmen 14, 15, kann die Zugstange im Vergleich zu der Darstellung der 2 um 180° verdreht in das Verbindungsstück eingebaut werden, sodass sich der aufschraubbare Kugelkopf 34 in der zweiten Aufnahme 15 befindet. In diesem Fall ist die V-Flanschverbindung im Bereich des zweiten Rohrendes 4 angeordnet. Die Montage erfolgt dann ausgehend von der Aufnahme 14 in Entsprechung zu dem vorstehend beschriebenen Ablauf.
Darüber hinaus können zur weiteren Erleichterung und Flexibilisierung der Montage des Verbindungsstücks 1 beide Rohrenden 2, 4 über eine auftrennbare V-Flanschverbindung verfügen.
Das erfindungsgemäße Verbindungsstück 1 weist aufgrund des verschleißfreien Metallfaltenbalgs 11 als Dichtorgan eine außerordentlich lange Haltbarkeit auf und ist darüber hinaus praktisch wartungsfrei, so dass auch Rohrleitungen, die eine Vielzahl von Verbindungsstücken aufweisen, mit einer geringen Ausfallwahrscheinlichkeit auch in sicherheitsrelevanten Bereichen betrieben werden können.
Aufgrund der randseitigen Anordnung des Verstellorgans 35 in Gestalt des auf das erste Ende 33 der Zugstange 32 aufschraubbaren Kugelkopfes 34 im Bereich des ersten Stützrings 9, ist nach einer Auftrennung der ersten Rohrleitung 3 mittels der in der 1 nicht dargestellten V-Flanschverbindung eine Längenänderung der Zugstange 32 durch das Verdrehen des aufschraubbaren Kugelkopfes 34 nach der Entfernung des Sicherungsmittels 46 und damit ein Toleranzausgleich zwischen der ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5 in Richtung der x-Achse auf einfache Art und Weise möglich.
Die 2 zeigt einen Querschnitt durch das Verbindungsstück 1 entlang der Schnittlinie A-A ohne die Zugstange 32. Das Koordinatensystem 6 dient zur Veranschaulichung der Lage der x-Achse, der y-Achse sowie der z-Achse im Raum.
Die Aufnahme 14 ist durch die Streben 16, 17 und 18 im Wesentlichen zentrisch innerhalb des Stützrings 9 im Innenraum 30 aufgenommen. Die Streben 16, 17, 18 sind gleichmäßig über die Umfangsfläche der Aufnahmeaußenfläche 22 hinweg verteilt angeordnet, weisen radial nach außen und sind mit der Stützringinnenfläche 23 verbunden. Entsprechend hierzu sind die Streben 16, 17, 18 gleichmäßig über den Umfang der Stützringinnenfläche 23 hinweg verteilt positioniert. Die zentrische Anordnung der Aufnahme 14 im Stützring 9 bzw. im Rohrende 2 der ersten Rohrlei tung 3 gewährleistet zwischen den Rohrenden 2, 4 eine symmetrische Kraftüberleitung.
Die Stützringe 9, 10 sowie die darin mittels der Streben 16 bis 21 befestigten Aufnahmen 14, 15 werden bevorzugt einstückig ausgebildet und beispielsweise durch Gussverfahren hergestellt. Alternativ ist auch eine Verbindung der Stützringe 9, 10 mit den Streben 16 bis 21 sowie den Aufnahmen 14, 15 durch bekannte Verbindungsverfahren, beispielsweise durch Schweißen, Vernieten oder dergleichen möglich.
Der Stützring 9 ist mit der Rohrleitung 3 durch eine umlaufende gas- und druckdichte Schweißnaht verbunden. Die Lagerschale 26 ist in einer entsprechenden Vertiefung in der Aufnahme 14 aufgenommen. Die Aufnahme 14 weist bevorzugt eine konisch ausgebildete Bohrung 40 zur Durchführung der Zugstange 32 auf. In die Lagerschale 26 ist die Bohrung 42 zur Durchführung der Zugstange 32 eingebracht.
Der Aufbau des Stützrings 10, insbesondere die zentrische Anordnung der Aufnahme 15 sowie der Streben 19, 20, 21, entspricht dem vorstehend geschilderten Aufbau des Stützrings 9.
Das erfindungsgemäße Verbindungsstück 1 ist vor allem zur gelenkigen Verbindung von Rohrleitungen 3,5, die zur Durchleitung von Fluiden und/oder Gasen mit hohem Druck und/oder mit hoher Temperatur vorgesehen sind, geeignet. Das Verbindungsstück 1 ist insbesondere zur Durchleitung von heißer Luft, von Flüssigkeiten aller Art, von Wasserdampf oder dergleichen geeignet. Darüber hinaus ermöglicht das Verbindungsstück 1 auf einfache Art und Weise einen Toleranzausgleich zwischen den Rohrleitungen 3, 5 mittels eines randseitig angeordneten und leicht zu betätigenden Verstellorgans 35. Zudem ist das Verbindungsstück 1 leicht zu montieren und zu inspizieren.
Das Verbindungsstück 1 ist insbesondere zur Verbindung von Rohrleitungen 3, 5 eines triebwerkgespeisten Heißluftversorgungssystems von Luftfahrzeugen vorgesehen, wobei in Abhängigkeit vom eingesetzten Material für das Verbindungsstück 1 Temperaturen von bis zu 850°C und Drücke von bis zu 20 bar möglich sind.
Im Bereich von Rohrleitungen von triebwerkgespeisten Heißluftversorgungssystemen in Luftfahrzeugen erreicht die Luft üblicherweise Temperaturen von bis zu 360°C bei einem Druck von bis zu 16 bar, sodass das Verbindungsstück 1 für die Herstellung von Verbindungen zwischen derartigen Rohrleitungen sehr gut geeignet ist. Als Material für die Teilkomponenten des Verbindungsstücks 1 kommt bevorzugt Titan und/oder Stahl zum Einsatz.
Das erfindungsgemäße Verbindungsstück 1 ist in der Lage, Zugkräfte von bis zu 20.000 N und Druckkräfte bis 2.000 N parallel zur x-Achse aufzunehmen. Hierbei weisen die zu verbindenden Rohrleitungen 3, 5 vorzugsweise einen Durchmesser von mehr als 100 mm auf. Abgesehen hiervon sind weitere Anwendungsbereiche, beispielsweise in der Kraftwerkstechnik, in der chemischen Industrie, der Wäschereitechnik, der Medizintechnik oder dergleichen, denkbar.
Vorzugsweise werden die erste und die zweite Rohrleitung 3, 5, die Stützringe 9, 10 mit den Streben 16 bis 21 sowie der Metallfaltenbalg 11 mit einem metallischen Material, insbesondere mit Titan gebildet. Die Zugstange 32 mit dem festen Kugelkopf 37 und dem aufschraubbaren Kugelkopf 34 werden dagegen bevorzugt mit Stahl gebildet.
Alternativ können in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Druck der durch zu leitenden Medien für die Teilkomponenten des Verbindungsstücks 1 auch Edelstahl, ausreichend thermisch und mechanisch belastbare Aluminiumlegierungen sowie temperaturfeste Stahllegierungen eingesetzt werden. Hierbei ist es nicht zwingend erforderlich, sämtliche Teilkomponenten des Verbindungsstücks 1 mit denselben Materialien zu fertigen.

1: Verbindungsstück
2: Rohrende (erste Rohrleitung)
3: erste Rohrleitung
4: Rohrende (zweite Rohrleitung)
5: zweite Rohrleitung
6: Koordinatensystem
7: Längsachse
8: Längsachse
9: Stützring
10: Stützring
11: Metallfaltenbalg
12: Befestigungsflansch
13: Befestigungsflansch
14: Aufnahme
15: Aufnahme
16: Strebe
17: Strebe
18: Strebe
19: Strebe
20: Strebe
21: Strebe
22: Aufnahmeaußenfläche
23: Stützringinnenfläche
24: Aufnahmeaußenfläche
25: Stützringinnenfläche
26: Lagerschale
27: Lagerschale
28: kalottenförmige Öffnung
29: kalottenförmige Öffnung
30: Innenraum (erste Rohrleitung)
31: Innenraum (zweite Rohrleitung)
32: Zugstange
33: erstes Ende
34: aufschraubbarer Kugelkopf
35: Verstellorgan
36: zweites Ende
37: fester Kugelkopf
38: Längsachse
39: Spalt
40: Bohrung (Aufnahme)
41: Bohrung (Aufnahme)
42: Bohrung (Lagerschale)
43: Bohrung (Lagerschale)
44: Befestigungsmittel
45: Befestigungsmittel
46: Sicherungsmittel
47: Kontermutter
48: Sicherungslasche

Claims

Verbindungsstück (1) zur gelenkigen Verbindung einer ersten und einer zweiten Rohrleitung (3,5), insbesondere einer ersten und einer zweiten Rohrleitung (3,5) eines triebwerkgespeisten Heißluftversorgungssystems eines Luftfahrzeugs, mit der zusätzlichen Möglichkeit eines Toleranzausgleichs, wobei ein Rohrende (2) der ersten Rohrleitung (3) durch eine Zugstange (32) mit einem Rohrende (4) der zweiten Rohrleitung (5) unter Bildung eines Spaltes (39) gelenkig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Rohrenden (2, 4) von einem Dichtorgan, insbesondere von einem Metallfaltenbalg (11), zur Abdichtung des Spaltes (39) umschlossen sind und die Zugstange (32) an einem ersten Ende (33) ein Verstellorgan (35) zur Längenverstellung aufweist.
Verbindungsstück (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrenden (2, 4) jeweils einen Stützring (9, 10) mit einer darin im Wesentlichen zentrisch angeordneten Aufnahme (14, 15) zur Anbindung der Zugstange (32) aufweisen, wobei die Aufnahme (14, 15) durch mindestens zwei radial nach außen weisende Streben (16-21) mit einer Stützringinnenfläche (23, 25) verbunden ist.
Verbindungsstück (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (16-21) gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet sind.
Verbindungsstück (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Aufnahmen (14, 15) Lagerschalen (26, 27) angeordnet sind, deren kalottenförmige Öffnungen (28, 29) jeweils in Richtung eines Innenraums (30, 31) der ersten und der zweiten Rohrleitung (3, 5) weisen.
Verbindungsstück (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rohrleitung (3) und/oder die zweite Rohrleitung (5) im Bereich des Stützrings (9) durch ein Verbindungsmittel, insbesondere eine V-Flanschverbindung, auftrennbar ausgebildet ist.
Verbindungsstück (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschalen (26, 27) und die Aufnahmen (14, 15) jeweils Boh rungen (40-43) zur Durchführung der Zugstange (32) aufweisen.
Verbindungsstück (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (32) am ersten Ende (33) einen aufschraubbaren Kugelkopf (34) als Verstellorgan (35) aufweist und an einem zweiten Ende (36) einen festen Kugelkopf (37) aufweist.
Verbindungsstück (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der aufschraubbare Kugelkopf (34) und der feste Kugelkopf (37) zumindest bereichsweise formschlüssig in die Lagerschalen (26, 27) einbringbar sind, um die erste und die zweite Rohrleitung (3, 5) gelenkig miteinander zu verbinden.
Verbindungsstück (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschalen (26, 27) durch Befestigungsmittel (44, 45) in den Aufnahmen (14, 15) haltbar sind.
Verbindungsstück (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der aufschraubbare Kugelkopf (34) durch ein Sicherungsmittel (46) am ersten Ende (33) der Zugstange (32) gesichert ist, um ein unbeabsichtigtes Lösen zu verhindern.
Verbindungsstück (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Rohrleitung (3, 5), die Stützringe (9, 10) mit den Aufnahmen (14, 15), die Zugstange (32) mit dem aufschraubbaren und dem festen Kugelkopf (34, 37) sowie das Dichtorgan mit einem metallischen Material gebildet sind.