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Die
Erfindung betrifft ein Verbindungsstück zur gelenkigen Verbindung
einer ersten und einer zweiten Rohrleitung mit der Möglichkeit
eines Toleranzausgleichs, wobei ein Zwischenraum zwischen einem
Rohrende der ersten Rohrleitung und einem Rohrende der zweiten Rohrleitung
von einem Dichtorgan umschlossen wird.
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Bei
bekannten Ausführungsformen
von Verbindungsstücken
für Rohrleitungen
in triebwerkgespeisten Heißluftversorgungssystemen
werden oftmals Dichtmanschetten mit metallischen Materialien verwendet,
in die zusätzliche
Dichtringe aus einem Kunststoffmaterial für die eigentliche Abdichtungsfunktion
eingesetzt werden. Infolge der Dichtmanschetten mit den über die
Rohrenden gleitenden Dichtringen können sich die Rohrleitungen
in beschränktem
Umfang relativ zueinander bewegen. Hierbei werden die Rohrenden
häufig
durch innenliegende Verbindungsmittel miteinander gelenkig verbunden
und aufeinander ausgerichtet, so dass die zu verbindenden Rohrleitungen
einen gewissen Mindestdurchmesser nicht unterschreiten dürfen, um noch
einen ausreichenden Volumenstrom durch die Rohrleitung im Bereich
des Verbindungsstücks
zu gewährleisten.
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In
Rohrleitungen für
triebwerkgespeiste Heißluftversorgungssysteme
für Luftfahrzeuge
treten während
des Betriebs hohe Temperaturen und Drücke auf, die in Verbindung
mit den auftretenden Vibrationen und den Relativbewegungen der Rohrabschnitte
zueinander zu einem unverhältnismäßig hohen
Verschleiß der
eingesetzten Kunststoffdichtringe führen, was wiederum schwer detektierbare
Undichtigkeiten zur Folge haben kann. Hieraus resultiert ein, insbesondere
in sicherheitsrelevanten Bereichen der Luftfahrt, heutzutage kaum
noch vertretbarer Aufwand durch intensive Inspektions- und Wartungsarbeiten
beim Einsatz der vorbekannten Verbindungsstücke in derartigen Rohrleitungssystemen.
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Zudem
ist oftmals der zur Verfügung
stehende Bauraum für
die Integration der Verbindungsstücke stark begrenzt und es müssen oftmals
Rohrleitungen mit einem kleinen Durchmesser beweglich miteinander
verbunden werden, so dass Verbindungsstücke mit innenliegenden Verbindungsmitteln mit
ihren für
kleine Rohrdurchmesser zu hohen Strömungswiderständen nicht
für diesen
Anwendungsfall geeignet sind. Daneben sollen mittels der Verbindungsstücke Relativbewegungen
der Rohrleitungen zueinander in großem Maße gelenkig ausgleichbar sein.
Schließlich
ist häufig
noch ein einstellbarer Toleranzausgleich erforderlich, um fertigungsbedingte Ungenauigkeiten
innerhalb des Zielsystems während der
Montage der Rohrleitungssysteme ausgleichen zu können.
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Aus
der
DE 1 425 490 B ist
eine axialverschiebbare und abwinkelbare, flexibel dichtende Verbindung
zum Anschluss zweier Rohre bekannt.
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Die
Bewegungsmöglichkeit
der Rohrenden in axialer Richtung wird durch vier flexible Seile
begrenzt, die an jeweils einem im Bereich eines Rohrendes angeordneten
Flansch befestigt sind. Die Abdichtung der gegeneinander verschwenkbaren
Rohrenden erfolgt durch ein Kupplungselement mit einem balligen
Mittelabschnitt, in dessen Endbereichen jeweils ein Dichtring mit
einem im Wesentlichen quadratischen Querschnitt angeordnet ist,
der zur Abdichtung jeweils unter Vorspannung an die Rohrenden gepresst
wird.
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Aus
der
DE 29 03 570 B1 ist
ein allseits beweglicher Lateralkompensator bekannt. An den gegenüberliegenden
Rohrenden ist jeweils ein Balgkörper
angeordnet, wobei die Enden der Balgkörper durch ein Rohrstück miteinander
verbunden sind. Im Bereich der Rohrenden ist jeweils ein Flansch
angeordnet. Jeder Flansch weist zwei gegenüberliegend angeordnete Stegpaare
mit radial nach außen
weisenden Stegen auf. Jeweils zwei gegenüberliegende Stegpaare sind über einen
Zuganker zur Begrenzung der axialen Beweglichkeit des Lateralkompensators verbunden.
Die Zug anker weisen an ihren Enden jeweils ein Kreuzgelenk zur Sicherstellung
der Beweglichkeit auf, das jeweils zwischen einem Stegpaar gelenkig
aufgenommen ist.
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Aus
der
JP 2000 161561
A ist eine Feststelleinrichtung zur zeitweisen Fixierung
einer gelenkigen Rohrverbindung bekannt.
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Die
Rohrverbindung weist unter anderem zwei Endstücke auf, die über Flansche
mit jeweils einem Rohrleitungsende verbindbar sind. Beide Endstücke weisen
jeweils zwei radiale Stege mit jeweils einer Ausnehmung auf. Durch
jeweils zwei gegenüberliegende
Stege ist eine Zugstange geführt,
die durch jeweils endseitig aufgeschraubte Muttern gesichert ist.
Der Abstand der Endstücke
in axialer Richtung ist durch die endseitig auf die Zugstangen aufgeschraubten
Muttern justierbar. Die Endstücke
der Rohrverbindung sind jeweils in etwa glockenförmig ausgebildet, wobei die Öffnungen
zueinander weisen. Die gelenkige Verbindung der Endstücke erfolgt durch
zu den Endstücken
zumindest bereichsweise korrespondierend ausgebildete Gleithülsen, die
jeweils die Form einer innen hohlen Kalotte aufweisen und die in
den Endstücken
verschwenkbar aufnehmbar sind. Die Gleithülsen sind wiederum in axialer Richtung
verschiebbar auf einem Zwischenrohr aufgenommen, das die Verbindung
zwischen den Gleithülsen
bildet. Die Abdichtung zwischen den Endstücken, den Gleithülsen sowie
dem Zwischenrohr erfolgt durch die Dichtringe. Die Rohrverbindung
ermöglicht
eine gelenkige Verbindung von Rohrleitungsenden, wobei die Rohrleitungsenden
zudem in Relation zu den Rohrleitungsachsen in axialer und paralleler
Richtung verschiebbar sind.
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Aus
der
JP 10 141565 A ist
eine bewegliche Rohrverbindung mit zwei Faltenbälgen bekannt.
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Die
zu verbindenden Rohrleitungsenden weisen jeweils ein Endstück auf,
das mit einem Faltenbalg verbunden ist. Die beiden freien Enden
der Faltenbälge
sind mit einem Zwischenrohr verbunden. Jeder der Faltenbälge trägt im mittleren
Abschnitt zwischen zwei Falten einen inneren Führungsring mit einer nach Außen hin
konvexen Außenfläche. Über den
Umfang eines jeden Endstücks
sind um 180° versetzt,
jeweils parallel zur Längsachse
der gesamten Anordnung, zwei Haltearme angeordnet. Die Enden des
Zwischenrohrs weisen jeweils zwei, um 90° versetzt zu den Haltearmen
an den Endstücken
angeordnete Haltearme auf. Auf jeweils vier Haltearmen einer Seite
der Rohrverbindung ist ein äußerer Führungsring
mit einer konka ven Innenfläche
in axialer Richtung, parallel zur Längsachse, verschiebbar aufgenommen.
In den beiden äußeren Führungsringen
sind die inneren Führungsringe
zumindest bereichsweise formschlüssig
aufgenommen. Hierdurch wird in Verbindung mit den Haltearmen eine
zu starke Querauslenkung der Faltenbälge und damit ein Knicken der
Faltenbälge
vermieden, was auf Dauer beispielsweise zu Undichtigkeiten der Faltenbälge führen könnte. Die
Beweglichkeit beider Endstücke
wird in axialer Richtung der Rohrleitungen durch zwei längenverstellbare
Zugstangen begrenzt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verbindungsstück zu schaffen, das zur Erzielung
einer hohen Beweglichkeit eine parallele Verschiebung der Rohrenden
zueinander ermöglicht
und gleichzeitig eine wirkungsvolle Zentrierung bzw. Ausrichtung
der Rohrenden zur Vermeidung einer zu starken Deformation der Metallfaltenbälge sicherstellt
sowie zugleich die einleitend beschriebenen konstruktiven Anforderungen
an derartige Verbindungsstücke
für Rohrleitungen
im Bereich von triebwerkgespeisten Heißluftversorgungssystemen in
Luftfahrzeugen vollständig
erfüllt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verbindungsstück mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Dadurch,
dass beide Rohrenden jeweils einen Stützring aufweisen, wobei die
Stützringe
durch mindestens zwei, außerhalb
des Dichtorgans angeordnete Verbindungsmittel untereinander verbunden sind
und das Dichtorgan mit mindestens zwei durch ein Mittelstück verbundene
Metallfaltenbälge
gebildet ist, wobei das Mittelstück
ringförmig
ausgebildet ist und beidseitig zumindest abschnittsweise umlaufende
Endlippen aufweist, die in Innenbereiche der Rohrleitungen hineinreichen,
kann das erfindungsgemäße Verbindungsstück zur Verbindung
von Rohrleitungen mit einem relativ geringen Durchmesser verwendet
werden, da keine innerhalb der zu verbindenden Rohrleitungen angeordnete
Verbindungsmittel erforderlich sind, die den Strömungswiderstand im Bereich
des Verbindungsstücks
reduzieren könnten. Die
Stützringe
sind im Bereich der Rohrenden fest mit diesen, beispielsweise durch
eine umlaufende Schweißnaht
oder dergleichen, gas- und druckdicht verbunden.
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Die
Metallfaltenbälge
ermöglichen
zunächst eine
hermetische, gas- und druckdichte Abdichtung des Zwischenraums zwischen
den zu verbindenden Rohrleitungen, die – wie vorstehend bereits ausgeführt wurde – praktisch über die
gesamte Lebensdauer hinweg haltbar und zudem nahezu wartungsfrei
ist. Die Verwendung von zwei Metallfaltenbälgen ermöglicht eine Bewegung des Verbindungsstücks, die über eine
Knickbewegung hinaus geht, weil sich im Fall von zwei hintereinander
angeordneten Metallfaltenbälgen
die Längsachsen
der Rohrleitungen parallel zueinander verschieben können. Durch
die Verwendung von Metallfaltenbälgen
als Dichtorgan ist das erfindungsgemäße Verbindungsstück zudem
nahezu verschleiß-
und wartungsfrei.
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Das
Mittelstück
mit den darin angeordneten, vorzugsweise durchgängig umlaufenden Endlippen ermöglicht eine
wirkungsvolle Zentrierung bzw. Ausrichtung der Rohrenden aufeinander.
Weiterhin wirken die Endlippen reibungsmindernd.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verbindungsstücks sind
die Verbindungsmittel zumindest abschnittsweise flexibel ausgebildet.
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Die
Fesselung der gegenüberliegenden Rohrenden
mittels zumindest abschnittsweise flexibel ausgebildeter Stränge außerhalb
des Dichtorgans ermöglicht
eine hohe Gelenkigkeit der mittels des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks verbundenen
Rohrenden.
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Nach
Maßgabe
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verbindungsmittel
gleichmäßig zueinander
beabstandet im Bereich von Umfangsflächen der Stützringe angeordnet.
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Diese
Ausformung ermöglicht
eine optimale Kraftüberleitung
zwischen den Rohrenden mit einem hohen Symmetriegrad.
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Nach
Maßgabe
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung verlaufen die Verbindungsmittel
zwischen den Stützringen
parallel zu einer Längsachse der
ersten Rohrleitung und einer Längsachse
der zweiten Rohrleitung.
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Auch
diese Anordnung dient einer Erhöhung des
Symmetriegrades des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks, um
die Kraftüberleitung
zwischen den zu verbindenden Rohrleitungen zu verbessern.
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In
Gemäßheit einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Verbindungsmittel
Anfangsbeschläge
auf, die in einem Stützring
befestigbar sind.
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Durch
die Anfangsbeschläge
können
von den Stützringen
ausgehende Kräfte
wirkungsvoll auf die Verbindungsmittel übergeleitet werden.
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Nach
Maßgabe
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Anfangsbeschläge Verstellmittel
zur Einstellung einer Breite des Zwischenraums auf.
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Die
Verstellmittel ermöglichen
eine bessere Anpassung des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks an verschiedene
Einbauräume
mit vorgegebenen Abmessungen und lassen zudem auch den Ausgleich
von Fertigungstoleranzen zu.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Verbindungsmittel
Endbeschläge
aufweisen, die in einem Stützring
zum Ausgleich von Relativbewegungen zwischen der ersten und der zweiten
Rohrleitung verschiebbar aufgenommen sind. Hierdurch wird eine Belastung
der Verbindungsmittel, die zum Beispiel mit flexiblen Stahlseilen
oder dergleichen gebildet werden, mit Druckkräften weitgehend vermieden,
wohingegen die Verbindungsmittel bevorzugt mit Zugkräften belastet
werden, die während
des Betriebs vor allem auftreten, weil die verbundenen Rohrleitungen
bei einer Druckbeaufschlagung auseinander getrieben werden.
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Nach
Maßgabe
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Endbeschläge Anschlagmittel
auf.
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Hierdurch
wird eine Auseinanderbewegung der Rohrenden bei einer Druckbeaufschlagung und/oder
bei Relativbewegungen der Rohrenden zueinander begrenzt.
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In
Gemäßheit einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verbindungsmittel
mit flexiblen Stahlseilen gebildet.
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Hierdurch
ergibt sich eine konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung der
Fesselung der Stützringe,
da sich insbesondere die Anfangsbeschläge und die Endbeschläge zur sicheren
Befestigung leicht auf Stahlseile oder dergleichen aufpressen lassen.
Besonders bevorzugt werden die Verbindungsmittel aus Gründen der
Korrosionsbeständigkeit
mit flexiblen Edelstahlseilen gebildet. Die Verbindungsmittel können anstatt
der erwähnten
Stahl- oder Edelstahlseile beispielsweise mit flexiblen Profilen
gebildet werden, die auch eine von einer angenäherten Kreisform abweichende
Querschnittsfläche aufweisen.
So können
beispielsweise federnde Stränge
bzw. Stangen aus Rundstahl, längsgestreckte
blattförmige
Elemente oder derglei chen als Verbindungsmittel dienen. Bei nicht
zu hohen Anforderungen an die Temperatur- und/oder Druckfestigkeit
des Verbindungsstücks
können
auch elastische Kunststoffmaterialien, insbesondere faserverstärkte Kunststoffe,
eingesetzt werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass mittels des Verbindungsstücks eine
erste und eine zweite Rohrleitung eines triebwerkgespeisten Heißluftversorgungssystems
eines Luftfahrzeugs verbindbar ist.
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Das
erfindungsgemäße Verbindungsstück eignet
sich insbesondere zur raum- und gewichtsparenden sowie zugleich
gelenkigen Verbindung von thermisch und mechanisch hoch beanspruchten "Bleed-Air"- Leitungen in Flugzeugen.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 Eine
Seitenansicht des erfindungsgemäßen Verbindungsstück,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des Zeichnungsbereichs A aus der 1 und
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3 eine
Darstellung einer weiteren Ausführungsvariante
eines Mittelstücks
mit Innenlippen.
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In
der Zeichnung weisen gleiche konstruktive Elemente jeweils dieselben
Bezugsziffern auf.
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Die 1 zeigt
eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks 1.
Ein Rohrende 2 einer ersten Rohrleitung 3 ist
mittels des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks 1 mit
einem Rohrende 4 einer zweiten Rohrleitung 5 verbunden.
Die Rohrenden 2, 4 sind durch ein Dichtorgan 6 zur
gas- und druckdichten Abdichtung umschlossen. Das Dichtorgan 6 umfasst
zwei hintereinander angeordnete Metallfaltenbälge 7, 8.
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In
Abhängigkeit
von der Temperatur und/oder dem Druck eines durch das Verbindungsstück 1 hindurch
zu leitenden Mediums können
anstatt der Metallfaltenbälge 7, 8 auch
Faltenbälge
eingesetzt werden, die mit anderen Materialien, beispielsweise mit
Kunststoffen oder dergleichen gebildet sind.
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Die
Metallfaltenbälge 7, 8 weisen
die Befestigungsflansche 9 bis 12 auf. Der Befestigungsflansch 9 des
Metallfaltenbalgs 7 ist im Bereich des Rohrendes 2 mit
der ersten Rohrleitung 3 beispielsweise durch eine umlaufende
Schweißnaht
gas- und druckdicht verbunden. Entsprechend ist der Befestigungsflansch 12 des
Metallfaltenbalgs 8 im Bereich des Rohrendes 4 mit
der zweiten Rohrleitung 5 durch eine gas- und druckdichte
Schweißnaht
verbunden. Zwischen den Metallfaltenbälgen 7, 8 ist
ein Mittelstück 13 angeordnet.
Die Metallfaltenbälge 7, 8 sind mit
den Befestigungsflanschen 10, 11 mit dem Mittelstück 13 gleichfalls
durch eine umlaufende gas- und druckdichte
Schweißnaht
fest verbunden. Aufgrund der teilweisen Abdeckung des Mittelstücks 13 durch die
Metallfaltenbälge 7, 8 ist
das Mittelstück 13 teilweise
mit gestrichelten Linien dargestellt. Die Metallfaltenbälge 7, 8 weisen,
abgesehen von der Faltenstruktur, jeweils eine im Wesentlichen hohlzylindrische
Gestalt auf.
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Weiterhin
sind im Bereich der gegenüberliegenden
Rohrenden 2, 4 Stützringe 14, 15 angeordnet.
Die Stützringe 14, 15 sind
gleichfalls im Bereich der Rohrenden 2, 4 mit
den Rohrleitungen 3, 5 vorzugsweise durch eine
umlaufende gas- und druckdichte Schweißnaht fest verbunden. Auf zwei
Umfangsflächen
der Stützringe 14, 15 sind
die Halterungen 18 bis 21, beispielsweise mittels
einer Schweißverbindung,
befestigt. Die Halterungen 18 bis 21 können auch
einstückig
mit den Stützringen 14, 15,
beispielsweise durch Gießen,
Schmieden oder dergleichen, gebildet werden. Anstatt der Schweißnähte können die
Metallfaltenbälge 7, 8 sowie
die Stützringe 14, 15 auch
durch Umbördeln,
Aufschrumpfen oder dergleichen mit den Rohrenden 2, 4 gas-
und druckdicht verbunden werden.
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Die
Stützringe 14, 15 sind
im gezeigten Ausführungsbeispiel
durch zwei Stahlseile 22, 23 als Verbindungsmittel
gelenkig bzw. beweglich miteinander verbunden. Zur Verdeutlichung
der Lage der x-, der y- sowie der z-Achse im Raum ist das Koordinatensystem 24 dargestellt.
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Andere
flexible Verbindungsmittel wie beispielsweise flexible Profile mit
beliebigen Querschnittsgeometrien, zum Beispiel Rundstäbe aus Federstahl,
Spiralfedern, Blattfedern oder dergleichen, können gleichfalls verwendet
werden. Bei nicht zu hohen Anforderungen an die Druck- und Temperaturfestigkeit
des Verbindungsstücks 1 können insbesondere
auch faserverstärkte
Kunststoffmaterialien zum Einsatz kommen. Entscheidend ist, dass
die Verbindungsmittel zumindest abschnittsweise in Querrichtung
zur x-Achse flexibel bzw. federelastisch ausgebildet sind. Die Stahlseile 22, 23 als
Verbindungsmittel erfüllen
diese Anforderung bei relativ geringen Durchmessern und ausreichenden
Längen
in Richtung der x-Achse in der Regel recht gut. Der Durchmesser
sowie die Länge
der Stahlseile 22, 23 werden insbesondere in Abhängigkeit
von dem in den Rohrleitungen 3, 5 und damit auch
im Verbindungsstück 1 herrschenden
Druck sowie dem Abstand der Rohrenden 2, 4 zueinander
dimensioniert.
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Die
Stahlseile 22, 23 weisen die Anfangbeschläge 25, 26 mit
den Verstellmitteln 27, 28 sowie die Endbeschläge 29, 30 mit
den Anschlagmitteln 31, 32 auf. Die Anfangsbeschläge 25, 26 und
die Endbeschläge 29, 30 werden
auf Enden der Stahlseile 22, 23 beispielsweise
durch Aufpressen befestigt. Alternative Befestigungsmethoden sind
gleichfalls denkbar. Die Anfangsbeschläge 25, 26 weisen
ein Schraubgewinde oder dergleichen auf, um die Stahlseile 22, 23 durch
Gewindemuttern 33, 34 sowie Kontermuttern 35, 36 in
Bohrungen 37, 38 in den Halterungen 18, 19 zu
befestigen. Die Schraubgewinde auf den Anfangsbeschlägen 25, 26 bilden
in Verbindung mit den Gewindemuttern 33, 34 und
den Kontermuttern 35, 36 die eigentlichen Verstellmittel 27, 28,
mittels derer eine Breite 39 eines Zwischenraums 40 zwischen
den Rohrenden 2, 4 zum Ausgleich von Toleranzen
in einer Richtung parallel zur x-Achse
stufenlos variierbar ist. Darüber
hinaus erlaubt der Zwischenraum 40 überhaupt erst eine Relativbewegung der
Rohrenden 2, 4 zueinander.
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Die
Endbeschläge 29, 30 weisen
zum Beispiel Scheiben 41, 42 als Anschlagmittel 31, 32 zur Begrenzung
einer Auseinanderbewegung der Rohrenden 2, 4 parallel
zur x-Achse auf. Die Scheiben 41, 42 weisen hierzu
einen größeren Durchmesser als
Bohrungen 43, 44 in den Halterungen 20, 21 auf. Bevorzugt
weisen die Bohrungen 37, 38 ungefähr den gleichen
Durchmesser wie die Bohrungen 43, 44 auf, so dass
die Stahlseile 22, 23 zwischen den Stützringen 14, 15 auch
um 180° verdreht
eingebaut werden können.
Die Scheiben 41, 42 können zusammen mit den Endbeschlä gen 29, 30 gegebenenfalls einstückig ausgebildet
sein und durch Gieß-
oder Stauchverfahren hergestellt werden.
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Weiterhin
können
die Anfangsbeschläge 25, 26 anstatt
mit den Gewindemuttern 33, 34 und den Kontermuttern 35, 36 auch
auf andere Art und Weise in den Bohrungen 37, 38 der
Halterungen 18, 19 zur Variation einer wirksamen
Länge der
Stahlseile 22, 23 bzw. der Längenverstellbarkeit der Stahlseile 22, 23 befestigt
sein.
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Die
Endbeschläge 29, 30 sind
ferner in den Bohrungen 43, 44 parallel zur x-Achse
verschiebbar aufgenommen, so dass die Stahlseile 22, 23,
unabhängig
vom Betriebszustand des Verbindungsstücks 1, im Wesentlichen
nur mit Zugkräften
und nicht mit Druckkräften
belastet werden.
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Aufgrund
der Fesselung der Stützringe 14, 15 mittels
der flexiblen Stahlseile 22, 23 können sich Längsachsen 45, 46 der
ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5 zunächst parallel
zur y-Achse bewegen, wobei die Längsachsen 45, 46 ihre
parallele Orientierung zueinander im Raum im Wesentlichen beibehalten.
Parallel zu der y-Achse
sind hierbei Relativbewegungen der Rohrenden 2, 4 in
einer Größenordnung
von bis zu 10 mm möglich.
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Darüber hinaus
können
die Rohrleitungen 3, 5 im Bereich des Verbindungsstücks 1 auch "verknickt" werden, wobei die
Längsachsen 45, 46 Winkel
von bis zu 20° einschließen können. Bewegungen der
Rohrenden 2, 4 parallel zur x-Achse sind im Wesentlichen
nur durch die Dehn- bzw. Stauchbarkeit der Metallfaltenbälge 7, 8 sowie
die wirksame Länge der
Stahlseile 22, 23 limitiert, die mit den Verstellmitteln 27, 28 sowie
den Anschlagmitteln 31, 32 voreingestellt wird.
Die Rohrenden 2, 4 können sich parallel zur x-Achse
hierbei bis zu 10 mm relativ zueinander bewegen.
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Ein
Ausgleich von Torsionsbewegungen zwischen den Rohrenden 2, 4 um
die x-Achse herum
ist dagegen nicht vorgesehen, da die Metallfaltenbälge 7, 8 für derartige
Drehbelastungen nicht konzipiert sind.
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Das
vorzugsweise ringförmig
bzw. hohlzylindrisch ausgebildete Mittelstück 13 wird, wie in
der Darstellung der 1 mit gestrichelten Linien angedeutet,
durch die Metallfaltenbälge 7, 8 allseitig
hermetisch dicht umschlossen. Das Mittelstück 13 weist beidseitig
bevorzugt durchgehend umlaufende Endlippen 47, 48 auf.
Die Endlippen 47, 48 reichen, bei jeder Einstellung
und Bewegung des Verbindungsstücks 1 über die
Rohrenden 2, 4 hinweg in die erste und die zweite
Rohrleitung hinein, berühren
aber die Innenflächen 49, 50 der
ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5 im dargestellten
gestreckten Zustand des Verbindungsstücks 1 im Allgemeinen
nicht.
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Eine
Berührung
der Endlippen 47, 48 mit den Innenflächen 49, 50 der
ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5 erfolgt
in der Regel erst bei Relativbewegungen der Rohrenden 2, 4 zueinander.
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Vielmehr
existiert ein umlaufender schmaler Spalt zwischen den Endlippen 47, 48 und
den Innenflächen 49, 50,
um eine noch ausreichende Beweglichkeit der Rohrenden 2, 4 der
ersten Rohrleitung und der zweiten Rohrleitung 3, 5 zueinander
zu gewährleisten
und gleichzeitig etwaige Reibungsflächen zu minimieren. In einem
Bereich hinter den Endlippen 47, 48 des Mittelstücks 13 schließen sich jeweils
umlaufende, ringförmige
Vertiefungen 51, 52 an die Endlippen 47, 48 an.
Durch die Vertiefungen 51, 52 wird im Wesentlichen
erreicht, dass bei einer Bewegung der Rohrleitungen 3, 5 zueinander
die Innenflächen 49, 50 der
Rohrleitungen 3, 5 im Wesentlichen nur im Bereich
der Endlippen 47, 48 mit diesen in Kontakt treten.
Sowohl die Endlippen 47, 48 als auch die Vertiefungen 51, 52 können in
das Mittelstück 13 durch
bekannte Umformverfahren, zum Beispiel Prägen, Tiefziehen, Stauchen oder
dergleichen eingebracht werden. Das Mittelstück 13 weist, abgesehen
von den Endlippen 47, 48 sowie den Vertiefungen 51, 52,
wie oben bereits beschrieben, eine im Wesentlichen hohlzylindrische
geometrische Gestalt auf.
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Insgesamt
verbessern die Vertiefungen 51, 52 die Beweglichkeit
des Verbindungsstücks 1 und minimieren
die Größe etwaiger
Reibungsflächen. Das
Mittelstück 13 dient
im Wesentlichen zur Führung
und Zentrierung der Metallfaltenbälge 7, 8 zueinander.
Hierdurch wird unter anderem erreicht, dass zwischen den Längsachsen 45, 46 auftretende Winkel
sowie etwaige Parallelverschiebungen zwischen der Längsachse 45 und
der Längsachse 46 parallel
zur y-Achse bei gelenkigen Bewegungen zwischen den Rohrenden 2, 4 nicht
so große
Beträge erreichen,
dass die mechanische Integrität
der Metallfaltenbälge 7, 8 auf
Dauer beeinträchtigt
wird.
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Im
Bereich der Endlippen 47, 48 weist das Mittelstück 13 einen
etwas geringeren Durchmesser als ein Innendurchmesser der Rohrleitungen 3, 5 auf, damit
die Endlippen 47, 48 zumindest etwas in die Innenbereiche 53, 54 der
Rohrleitungen 3, 5 hin ein reichen können. Im
Bereich eines Mittelabschnittes 55 des Mittelstücks 13 entspricht
ein Außendurchmesser
des Mittelstücks 13 ungefähr einem
Außendurchmesser
der ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5. Im
Bereich der Vertiefungen 51, 52 ist ein Außendurchmesser
des Mittelstücks 13 vorzugsweise
etwas geringer als ein Außendurchmesser
des Mittelstücks 13 im
Bereich der Endlippen 47, 48. Hiervon abweichende
Maßverhältnisse
sind möglich.
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Das
erfindungsgemäße Verbindungsstück 1 ist
insbesondere zur gelenkigen Verbindung von Rohrleitungen 3, 5 geeignet,
die einen Außendurchmesser
von bis zu ungefähr
160 mm aufweisen, wobei die durch zu leitenden Medien in Abhängigkeit von
den für
die Teilkomponenten des Verbindungsstücks 1 eingesetzten
Materialien Drücke
von bis zu 20 bar und Temperaturen von bis zu 850°C aufweisen
können.
Die genannten Belastungswerte sind erreichbar, wenn für die erste
und die zweite Rohrleitung 3, 5, die Metallfaltenbälge 7, 8,
die Stützringe 14, 15 sowie
das Mittelstück 13 metallische
Materialien, insbesondere Titan, Edelstahl, extrem belastbare Stahllegierungen
sowie temperaturfeste, mechanisch ausreichend belastbare Aluminiumlegierungen Verwendung
finden.
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Sollen
Rohrleitungen 3, 5 mit größerem Außendurchmesser als 50 mm gelenkig
verbunden werden, so ist es möglich,
anstatt der gezeigten zwei Stahlseile 22, 23 drei
oder mehr Stahlseile vorzugsweise gleichmäßig verteilt über Umfangsflächen 16, 17 der
Stützringe 14, 15 anzuordnen.
Aufgrund des Umstandes, dass die gelenkige Verbindung zwischen den
Rohrenden 2, 4 ohne Verbindungselemente in den
Innenbereichen 53, 54 der ersten und der zweiten
Rohrleitung 3, 5 auskommt, ergibt sich ein besonders
geringer Strömungswiderstand
des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks 1.
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Die 2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung des
Zeichnungsbereichs A aus der 1, wobei
sich das Verbindungsstück 1 in
der gestreckten Position befindet.
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Das
Mittelstück 13 liegt
im Bereich des Rohrendes 4 mit der Endlippe 48,
getrennt durch einen schmalen Spalt 56, fast an der Innenfläche 50 der zweiten
Rohrleitung 5 an, ohne diese jedoch unmittelbar zu berühren. Die
Breite des Spalts 56 kann, in Abhängigkeit vom Grad der zu erreichenden
Beweglichkeit des Verbindungsstücks 1 bzw.
den zwischen der ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5 zu überbrückenden Winkeln,
bis zu 10 mm betragen. Für
andere Anwendungsfälle
sind größere Spaltmaße mit dem
erfindungsgemäßen Verbindungsstück 1 überbrückbar. Im
Bereich der Vertiefung 52 weist das Mittelstück 13,
wie aus der 2 gleichfalls ersichtlich ist,
einen geringeren Außendurchmesser
als im Bereich der Endlippe 48 auf.
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Die
Höhe 57 der
Endlippe 48 muss in Bezug auf eine Oberseite der Vertiefung 52 sicherstellen, dass
in jedem möglichen
Betriebszustand des Verbindungsstücks 1 nur die Endlippe 48 die
Innenfläche 50 der
zweiten Rohrleitung 5 berührt. Hierbei reicht die Endlippe 48 unabhängig vom
jeweiligen Betriebszustand immer ein kleines Stück in das Rohrende 4 der
zweiten Rohrleitung 5 hinein, um die Gelenkigkeit bzw.
die Beweglichkeit des Verbindungsstücks 1 zu ermöglichen.
In der Darstellung der 2 reicht das Mittelstück 13 zur
Verdeutlichung dieses Umstandes mit einer Länge 58 in das Rohrende 4 hinein,
die eine ausreichende Führung
gewährleistet
und ein Verkanten bzw. ein Verklemmen der Rohrenden 2, 4 untereinander
vermeidet und somit die Gelenkigkeit des Verbindungsstücks 1 unter
allen Umständen
sicherstellt.
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Entsprechende Überlegungen
gelten für
die in 2 nicht dargestellte Endlippe 47 des
Mittelstücks 13 in
Bezug auf die Innenfläche 49 der
ersten Rohrleitung 3.
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Die 3 zeigt
eine Ausführungsvariante
einer Endlippe an einem Mittelstück.
Im Unterschied zu dem Mittelstück 13 weist
das gezeigte Mittelstück 59 eine
im Wesentlichen hohlzylindrische äußere Gestalt auf, die keine
zum Beispiel durch Prägen
oder dergleichen erzeugte Vertiefungen sowie keine beispielsweise
durch Stauchen gebildete Endlippen aufweist. Hierdurch ergibt sich
unter anderem eine vereinfachte Herstellung des Mittelstücks 59,
was insbesondere bei einer Verwendung von Titan oder Edelstahl von
Vorteil ist.
-
Eine
Endlippe 60 des Mittelstücks 59 wird vielmehr
durch Aufschieben eines entsprechend geformten, separaten Gleitrings 61 gebildet,
der in etwa die in der 3 gezeigte Querschnittsgeometrie
aufweist. Zur Befestigung des Gleitrings 61 auf einem Endbereich 62 des
Mittelstücks 59 weist
dieser einseitig eine umlaufende Nut 63 auf, deren Breite
vorzugsweise etwas geringer ist, als eine Materialstärke 64 des
Mittelstücks 59,
um eine unter allen denkbaren Betriebszuständen des Verbindungsstücks 1 ausreichend
sichere Befestigung des Gleitrings 61 auf dem Mittelstück 59 zu
gewährleisten.
-
Zur
zusätzlichen
Sicherung des Gleitrings 61 auf dem Mittelstück 59 kann
der Gleitring 61 in der 3 nicht
näher dargestellte
Rastmittel aufweisen, die mit entsprechend ausgebildeten Rastorganen des
Mittelstücks 59 verrastbar
sind. Eine in der 3 nicht dargestellte zweite
Endlippe des Mittelstücks 59 weist
denselben konstruktiven Aufbau wie die Endlippe 60 auf.
-
Der
Gleitring 61 ist mit einem Kunststoffmaterial oder mit
einem entsprechenden metallischen Material gebildet, das vorzugsweise über geringe Gleitreibungswerte
verfügt.
Durch den Gleitring 61 wird die Gefahr einer Entstehung
von Abrieb oder dergleichen durch die konstruktiv unvermeidbaren Gleitreibungsprozesse
infolge der Relativbewegungen zwischen den Innenflächen 49, 50 der
ersten und der zweiten Rohrleitung 3, 5 sowie
den Mittelstücken 13, 59 signifikant
vermindert, wobei die Mittelstücke 13, 59 dann
nicht mehr einstückig
hergestellt werden können,
sondern jeweils zwei separate Gleitringe aufweisen.
-
Das
erfindungsgemäße Verbindungsstück 1 ist
insbesondere zur Verbindung von Rohrleitungen 3, 5 mit
einem Außendurchmesser
von bis zu 160 mm in triebwerkgespeisten Heißluftversorgungssystemen vorgesehen,
in denen heiße
Luft mit einer Temperatur von bis zu 260°C und Drücken von bis zu 6, 5 bar durch
die Rohrleitungen 3, 5 geführt wird.
-
Die
einzelnen Teilkomponenten des Verbindungsstücks 1, insbesondere
das Mittelstück 13,
die Stützringe 14, 15,
die Halterungen 18 bis 21, die Befestigungsflansche 9 bis 12,
die Metallfaltenbälge 7, 8,
die Anfangs- und Endbeschläge 25, 26, 29, 30,
die Gewindemuttern 33, 34, die Kontermuttern 35, 36 sowie
die Scheiben 41, 42 werden vorzugsweise aus Titan
hergestellt. Die erste und die zweite Rohrleitung 3, 5 werden
bevorzugt gleichfalls aus Titan gefertigt.
-
Alternativ
können
für sämtliche
der genannten Teilkomponenten des Verbindungsstücks 1 sowie die erste
und die zweite Rohrleitung 3, 5 hochfeste und
temperaturbeständige
Stahllegierungen, Edelstahllegierungen oder mechanisch hochfeste
sowie ausreichend temperaturbeständige
Aluminiumlegierungen verwendet werden. Die Stahlseile 22, 23 können aus
hochfestem Stahl, Federstahl oder aus Edelstahl bestehen.
-
Ungeachtet
der gelenkigen Verbindung der Rohrleitungen 3, 5 kann
das erfindungsgemäße Verbindungsstück 1 Zugkräfte von
bis zu 10.000 N aufnehmen. Druckkräfte können dagegen vom Verbindungsstück 1 infolge
der im Wesentlichen nur auf Zug belastbaren Stahlseile 22, 23 als
Verbindungsmittel nicht in einem nennenswerten Umfang aufgenommen
werden.
-
- 1
- Verbindungsstück
- 2
- Rohrende
- 3
- erste
Rohrleitung
- 4
- Rohrende
- 5
- zweite
Rohrleitung
- 6
- Dichtorgan
- 7
- Metallfaltenbalg
- 8
- Metallfaltenbalg
- 9
- Befestigungsflansch
- 10
- Befestigungsflansch
- 11
- Befestigungsflansch
- 12
- Befestigungsflansch
- 13
- Mittelstück
- 14
- Stützring
- 15
- Stützring
- 16
- Umfangsfläche
- 17
- Umfangsfläche
- 18
- Halterung
- 19
- Halterung
- 20
- Halterung
- 21
- Halterung
- 22
- Stahlseil
- 23
- Stahlseil
- 24
- Koordinatensystem
- 25
- Anfangsbeschlag
- 26
- Anfangsbeschlag
- 27
- Verstellmittel
- 28
- Verstellmittel
- 29
- Endbeschlag
- 30
- Endbeschlag
- 31
- Anschlagmittel
- 32
- Anschlagmittel
- 33
- Gewindemutter
- 34
- Gewindemutter
- 35
- Kontermutter
- 36
- Kontermutter
- 37
- Bohrung
- 38
- Bohrung
- 39
- Breite
- 40
- Zwischenraum
- 41
- Scheibe
- 42
- Scheibe
- 43
- Bohrung
- 44
- Bohrung
- 45
- Längsachse
(erste Rohrleitung)
- 46
- Längsachse
(zweite Rohrleitung)
- 47
- Endlippe
- 48
- Endlippe
- 49
- Innenfläche
- 50
- Innenfläche
- 51
- Vertiefung
- 52
- Vertiefung
- 53
- Innenbereich
- 54
- Innenbereich
- 55
- Mittelabschnitt
(Mittelstück)
- 56
- Spalt
- 57
- Höhe
- 58
- Länge
- 59
- Mittelstück
- 60
- Endlippe
- 61
- Gleitring
- 62
- Endbereich
- 63
- Nut
- 64
- Materialstärke