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Die Erfindung betrifft einen Gelenk-Kompensator
für Rohrleitungen,
insbesondere zum Transport von gasförmigen oder flüssigen Medien,
bei dem die gegeneinander abwinlelbaren Rohrleitungsenden in einem
einen Kompensatorbalg aufnehmenden zylindrischen Gehäuse angeordnet
sind und an mindestens einem Rohrleitungsende eine ringförmig ausgebildete
Kugelfläche
sowie innerhalb des Gehäuses eine
mit der Kugelfläche
korrespondierende Fläche vorgesehen
sind und zwischen den Kegelflächen mindestens
eine Dichtung angeordnet ist.
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Der gattungsgemäße Gelenk-Kompensator ist in
der
DE 41 21 265 A1 näher beschrieben.
Die mit den Rohrleitungsenden jeweils verbundenen Anschweißenden sind
mit ringartig umlaufenden Anschlägen
versehen, die auf der dem Kompensatorbalg abgewandten Seite eine
Kugelzone aufweisen. Des weiteren ist ein aus Ringflächer, und
einer rohrförmigen
Mantelfläche
bestehendes Gehäuse
vorgesehen, wobei die Ringflächen
mit den Kugelzonen der Anschläge
korrespondierende Kugelzonen aufweisen, und der Mittelpunkt des
die Kugelzonen bildenden Kreises in der Rohrleitungsachse zwischen den
Anschlägen
liegt.
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Ein derartig ausgebildeter Gelenk-Kompensator
ist geeignet zu Aufnahme von niedrigen Drücken bis z. B. 10 bar. Bei
größer werden
Drücken werden
die Reibkräfte
zwischen den Kugelzonen so stark, dass eine Gelenkbewegung nicht
mehr zu gewährleisten
ist. Hohe Drücke
pressen die Kugel- und Kegelflächen
derartig gegeneinander, dass bleibende Verformungen auftreten und
keine Gelenkbewegung mehr stattfinden kann. Ein weiterer Nachteil
des beschriebenen Gelenk-Kompensators ist darin zu sehen, dass der
Kompensa torbalg innendruckbelastet ist, wodurch der Kompensatorbalg
in seiner Form sehr instabil ist. Des weiteren treten bei innendruckbelasteten
Kompensatorbälgen
Strömungsverluste und
Probleme bei der Abführung
von hohen Temperaturen das Transportmediums auf.
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Eine weitere innendruckbelastete
Vorrichtung, und zwar zum Einblasen von vorerhitzter Luft in einen
Schachtofen ist in der
DE
44 04 316 A1 beschrieben. Der innendruckbelastete Kompensatorbalg
wird bei entsprechender Belastung soweit gelängt, dass ein glattes Rohr
gebildet wird. Die zwischen Kugelpfanne und – zapfen vorgesehene Dichtung
verliert bei Belastung der miteinander verbundenen Rohrteile ihre
Wirkung.
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Auch die zusätzliche Anordnung eines als Schutz
vorgesehenen Kardanringes über
dem Kompensatorbalg, wie dies in der
DE 2 218 331 A1 dargestellt ist, mindert
nicht die Nachteile eines innendruckbelasteten Kompensatorbalges.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, einen Gelenk-Kompensator zu schaffen, der bei
Vermeidung der genannten Nachteile insbesondere bei großen Nennweiten
und hohen Drücken
und ebenso hohen Temperaturen eine sichere Gelenk- oder Angular-Bewegung
gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
in Anspruch 1 beschriebenen Markmalen gelöst. Dabei ist von besonderer
Bedeutung, dass die beiden Rohrleitungsenden mit jeweils einem Gehäuseteil
verbunden sind, die ineinandersetzbar und fest verbindbar sind.
Ein Rohrleitungsende weist als Innenrohr eine ringförmige und
nach außen
gerichtete kugelförmig
ausgebildete Fläche
auf, die in der der kugelförmigen
Fläche
abgewandten Richtung und das andere Rohrleitungsende in Abstand
teilweise umgebend mit einem Kompensatorbalg verbunden ist, der
am anderen Ende unter Bildung eines Ringspaltes mit dein Rohrleitungsende
mit einer radial nach außen
gerichteten Ringfläche
versehen ist. Das andere Rohrleitungsende ist mit einem eine Ringfläche bildenden
Anschweißende
versehen, das eine mit der kugelförmigen Fläche korrespondierende Fläche mit
zwei in Abstand angeordneten Ringdichtungen und einen den Kompensatorbalg
in Abstand umgebenden äu ßeren Gehäusemantel
aufweist, der mit der an den Kompensatorbalg anschließenden Ringfläche fest
verbindbar ist.
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Die in Abstand zwischen den miteinander korrespondierenden
Kugelflächen
vorgesehenen Dichtungen ermöglichen,
dass dieser Bereich gegen jeden Druck abgedichtet nur den atmosphärischen Druck
aufweist. Der in der Rohrleitung bis zu den inneren Ringdichtungen
anstehende Mediendruck wird über
mindestens eine Bohrung in den äußeren, zwischen
Gehäusemantel
und Kompensatorbalg gebildeten Ringraum geführt. Der im Ringraum dann anstehende
Druck drückt
die korrespondierenden Kugelflächen
gegeneinander. Die durch den Durchmesser dm1 vorgegebene Fläche ist
gleichgroß wie
die durch die Durchmesser dm3 – dm2
vorgegebene Fläche,
so dass sich die Drücke
gegeneinander aufheben und die Gelenkbewegung des inneren Gehäuseteiles
gegenüber
dem feststehenden äußeren Gehäuseteil
nicht eingeschränkt
wird. Beim Zusammenbau der ineinandersetzbaren Gehäuseteile
wird der speziell für
Angular-Bewegungen ausgelegte Kompensatorbalg mit einer Vorspannung
versehen, wodurch die Ringdichtungen in Dichtposition gebracht werden.
Der zwischen den Ringdichtungen unter atmosphärischem Druck stehende Bereich
zwischen den miteinander korrespondierenden Kugelflächen kann über eine
Bohrung mit Kugelhahn oder Messgerät überwacht werden.
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Eine besondere Gestaltung erfordern
die rechwinklig zueinander in Abstand vorgesehenen Ausnehmungen
für die
Ringdichtungen sowie deren Ausführung.
Der jeweils an einer Ringdichtung anstehende Mediendruck wirkt auf
die Form der Dichtung und zwingt diese in eine ballige Form zur
Anlage an die abzudichtenden Flächen.
Die Gestaltung der Dichtung unter Einwirkung des Druckes verstärkt die progressive
Dichtkraft. Das Material der Ringdichtungen ist den hohen Drücken und
eventuellen Temperaturen angepasst.
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Eine besondere Ausgestaltung der
Erfindung ist darin zu sehen, dass die mit der kugelförmigen Ringfläche des
inneren Gehäuseteiles
korrespondierende Fläche
aus zwei unterschiedlich geneigten Kegelflächen besteht. Zwischen diesen
miteinander korrespondierenden Flächen bilden sich selbsttätig zwei
linienförmige,
sogenannte metallische Abdichtungen. Eine mit derartigen Abdichtungen
ausgestattete Einrichtung ist nicht unbedingt für hohe Drücke, aber vornehmlich für sehr hohe
Temperaturen des Transportmediums geeig net. Es ist auch in dieser Ausführung von
besonderer Bedentung, dass der zum Druckausgleich benötigte Ringraum
zwischen der äußeren Gehäusewandung
und dem nach innen gerichteten Kompensatorbalg geeignet ist, über die große Oberfläche die
entsprechenden Temperaturen abzuführen.
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Als weitere Ausgestaltung der Erfindung
ist eine sogenannte schwimmende Kegel-Kugel-Abdichtung vorsehbar, bei der die kugelförmige Ringfläche des
inneren Gehäuseteiles
unter Bildung einer metallischen Dichtung mit einer Kegelfläche des äußeren Gehäuseteiles
korrespondiert. Zur Aufnahme von entsprechenden Mediendrücken ist
bei einer derartigen Ausführung
allerdings eine feste Verlagerung eines Rohrleitungsendes erforderlich.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind
in den Zeichnungen dargestellt und werden im nachfolgenden näher erläutert.
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Es zeigen: 1 eine schematisierte Darstellung eines
Gelenk-Kompensators im Schnitt, 2 eine
detaillierte Darstellung einer Ringdichtung und 3 – 5 verschiedene
Ausführungen
von miteinander korrespondierenden Flächen zwischen inneren und äußeren Gehäuseteilen.
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Der in 1 in
schematisierter Form und im Schnitt wiedergegebene Gelenk-Kompensator besteht
im wesentlichen aus zwei miteinander zu verbindenden Gehäuseteilen 3 und 4,
die jeweils mit einem Rohrleitungsende 1, 2 fest
verbunden sind. Der imkere Gehäuseteil 1 weist
am Ende in Richtung auf das Rohrleitungsende 2 einen Anschlag
mit einer nach außen
gerichteten ringförmigen
Kugelfläche 5 auf.
Auf der der Kugelfläche 5 abgewandten
Seite ist ein ringförmig
verlaufender Steg G angeordnet, an dem der Kompensatorbalg 7 angeschweißt ist.
Am Ende des Kompensatorbalges 7 ist dieser mit einer radial
nach außen
gerichteten Ringfläche 9 ebenfalls durch
Verschweißen
fest verbunden. Die Ringfläche 9 bildet
mit dem als Innenrohr 10 ausgebildeten Rohrleitungsende 1 einen-Ringspalt 8.
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Der äußere Gehäuseteil 4 besteht
im wesentlichen aus einem mit dem Rohrleitungsende 2 fest
verbundenen und radial nach außen
gerichteten, eine Ringfläche
bildenden Anschweißende 11,
das eine nach innen gerichtete und mit der Kugelfläche 5 des
inneren Gehäuseteiles 3 korrespondierende
Fläche 12 aufweist.
Diese ringförmige
Fläche 12 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
ebenfalls kugelförmig ausgebildet.
Zwischen den miteinander korrespondierenden Flächen 5 und 12 sind
in Abstand und rechtwinklig zueinander eine innere und eine äußere Dichtungsausnehmung 17 (2) angeordnet, die zwei ringförmig verlaufende
Dichtungen 13 und 14 aufnehmen. An das Anschweißende 11 schließt sich ein äußerer Gehäusemantel 15 an.
Beim Zusammenbau der beiden Gehäuseteile 3, 4 wird
der innere Gehäuseteil 3 unter
Berücksichtigung
einer Vorspannung für
den Kompensatorbalg 7 in den äußeren Gehäuseteil 4 eingesetzt
und die Ringfläche 9 wird
mit dem Gehäusemantel 15 verschweißt.
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Durch die Vorspannung des Kompensatorbalges 7 werden
die Ringdichtungen 13 und 14 in eine entsprechende
Dichtposition gebracht. Über
die Bohrung 18 strömt
das Transportmedium aus der Rohrleitung in den von Gehäusemantel 15 und
Kompensatorbalg 7 gebildeten Ringraum. Die in Abhängigkeit
der unterschiedlichen Durchmesser dm1, dm2 und dm3 sich ergebenden
Kräfte
tragen durch die Formel F1 = F3 – F2 dazu bei, dass ein Druckausgleich
geschaffen wird. In dem Bereich zwischen den miteinander korrespondierenden
Flächen 5 und 12, der
durch die innere und äußere Ringdichtung 13, 14 abgedichtet
ist, herrscht atmosphärischer
Druck, der eine problemlose Angular- oder Gelenkbewegung der beiden
Rohrleitungsenden 1, 2 gegeneinander erlaubt.
Der Bereich, in dem atmosphärischer
Druck herrscht, kann über
eine Kontrollleitung 16 mit Kugelhahn oder Messgerät überwacht
werden.
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In 2 ist
im Detail die den Bereich zwischen den Flächen 5 und 12 abdichtende
Ringdichtung 13 dargestellt. Die Ausnehmungen 17 für die äußere und
innere Ringdichtung 13, 14 stehen rechtwinklig
zueinander. Die Ausnehmungen 17 sind so gestaltet, dass
der anstehende Druck die Dichtung 13 unter Erwirkung einer
progressiven Dichtkraft an die entsprechende Fläche 5 drückt.
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In 3 ist
das in 1 dargestellte
Ausführungsbeispiel
eines Gelenk-Kompensators ausschnittsweise vergrößert wiedergegeben. Der in 1 angeordnete Kreisbogen
weist einen auf der Rohrleitungsachse liegenden Mittelpunkt M auf.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel
angedeutet, bei dein die kugelförmige
Ringfläche 5 mit
einer Fläche 12 korrespondiert,
die zwei unterschiedlich geneigte Kegelflächen aufweist, wodurch zwei
sogenannte metallische Dichtungen gebildet werden.
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In 5 ist
ein. weiteres Ausführungsbeispiel
eines Gelenk-Kompensators angedeutet, bei dein die mit der kugelförmigen Ringfläche 5 korrespondierende
Fläche 12 unter
Bildung einer metallischen Dichtung 19 kegelförmig ausgebildet
ist.