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Manschettenanordnung.
Die Erfindung betrifft allgemein eine
Manschettenanordnung für Rohrleitungen und insbesondere eine von innen her verstärkte
Manschettenanordnung.
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Bei Rohrleitungen werden verbreitet rohrförmige Metallmanschetten
zur Aufnahme der Relativbewegung.zwischen zwei durch die Manschette miteinander
verbundenen Rohrleitungsabschnitten verwendet. Innerhalb gewisser Grenzen ist die
Manschette ohne weiteres in der Lage, Kräften zu widerstehen, die aich aus der Relativbewegung
der -beiden miteinander verbundenen Rohrleitungsabschnitte während ihrer Ausdehnung.,
Zusammenziehung und Verbiegung ergeben. Bei zahlreichen Leitungssystemen, insbesondere
bei Hochdrucksystemen, sind jedoch die ein Ausdehnen der Manschette
hervorzubringen
trachtenden Kräfte sehr groß. Um zu verhindern, daß diese Belastungen unerwünschte
Beanspruchungen -an den Verbindungs- bzw. Verankerungspunitten hervorbringen, empfiehlt
es sich, zur Absorption dieser Belastungen eine Verstärkungseinrichtung zu verwenden.
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Zu,diesem Zweck betrifft die Erfindung in erster Linie die Schaffung
eines Haltemittels für eine biegsame bzw. flexible` Manschette, um pneumatische
oder hydraulische Belastungen innerhalb der Leitung vollätändig"zu beseitigen, welche
im Fall von Hochdruckleitungen in der Größenordnung von mehreren Tonnen liegen können.
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Ein anderes Erfindungsziel beschäftigt sich mit der Schaffung einer
Manschette mit einem inneren Haltemittel zur Beseitigung der bei der Relativbewegung
der miteinander verbundenen Rohrleitungsabschnitte erzeugten Belastungen, wobei
sich.die Manschette gleichzeitig in Abhängigkeit von der Relativbewegung frei zu
verformen vermag.
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Noch ein anderes Erfindungsziel besteht in der Schaffung einer von
innen her gehaltenen Manschette insbesondere zur Verwendung bei Luftfahrzeugen.
In diesem Fall werden die Belastungen im Inneren der Manschette und nicht mit Hilfe
von äußeren Verankerungseinrichtungen absorbier t,
wodÜrch ein *wesentlich
leichteres Verrohrungs- bzw. Leitungssystem geschaffen werden kann.
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Ein weiteres Erfindungsziel ist es, eine von innen her gehaltene Manschette
zu schaffen, welche eine Verringerung des Innenquerschnitts durch die Halteeinrichtung
auf ein Mindestmaß herabzusetzen vermag, um Druckabfälle des durch das System strömenden
Fluidums ebenfalls auf einem Mindestmaß zu halten.
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Noch ein weiteres Erfindungsziel beschäftigt sich mit d er Schaffung
eines inneren Haltemittels fÜr eine Manschette, das Biegungen in jede Richtung zuläßt
und außerdem in-Jeder Biegerichtung Druckbelastungen des Systems zu absorbieren
vermag@ Schließlich beschäftigt sich die Erfindung mit der Schaffung einer von innen
her gehaltenen Manschettenanordnung, die eine Mindestanzahl von Teilen mit nur minimalem
Querschnitt, jedoch großer Festigkeit aufweist und zwecks Gewährleistung einer langen
Betriebslebensdauer zahlreiche Biegungsvorgänge zu Überstehen vermag.
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Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine Manschettenanordnung, die
dadurch gekennzeichnet ist" daß sie eine
rohrförmige Manschetteg
zwei koaxial an den beiden Enden der Manschette befestigte Rohrglieder und eine
im Inneren dieser beiden Glieder befestigte Einrichtungizur Begrenzung der Axialausdehnung
der Manschette aufweist.
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Weiterhin schafft die Erfindung eine Manschettenanordnung,-die dadurch
gekennzeichnet ist, daß sie eine rohrfÖrmige Manschette, zwei koaxial an den beiden
Enden der Manschette befestigte Rohrglieder, zwei starre-Strebenanordnungen mit
jeweils einem koaxial auf.ein Endstück ausgerichteten und im Abstand von diesem
angeordneten Vorderteil aufweist, die letztgenannten Teile zur starren Halterung
der beiden Enden einer Anzahl von Streben dienen, welche vom Vorderteil und vom
EndstÜck radial nach außen abstehen und längs ihrer in Radialrichtung äußersten
Kanten starr an der Innenseite jeweils eines Rohrglieds befestigt sind, die Streben
den Vorderteil und das Endstück in koaxialer Ausrichtung mit dem Rohrglied halten,
wobei sich der Vorderteil innerhalb der Manschette befindet, der Vorderteil der
einen Anordnung innerhalb des Zwischenraums zwischen dem Vorderteil und dem Endstück
der anderen Anordnung vorgesehen ist, in den einander entgegengerichteten Enden
der beiden Vorderteile Kugelsitze ausgebildet sind, zwischen denen eine Kugel zur
schwenkfähigen Begrenzung entgegengerichteter Auswärtsbewegungen der Rohrglieder
gehalten wird, und
die Endstücke durch BerÜhrung mit den Vorderteilen
entgegengesetzte Einwärtsbewegungen der Rohrglieder begrenzen.
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Diese und'weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigen: Fig. 1 eine
perspektivische Ansicht eines Rohrleitungssystems unter Verwendung von von innen
her verstärkten Manschettenanordnungen mit den Merkmalen der Erfindung, Fig. 2 einen
Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 einen Axialschnitt
längs der Linie 3-3 in Fig. 2 und Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des
inneren Manschetten-Haltem#ttels.
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Eine z.Zt. bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist im wesentlichen.eine
rohrförmige Metallmanschette mit zwei an ihren beiden Enden angebrachten Muffen
und eine an den beiden Muffen befestigte innere Strebenanordnung auf, wobei die
beiden Teile der Strebenanordnung im Inneren der Manschette
ineinandergefugt
sind und auf einer zentralangeordneten Kugel einen gemeinsamen Schwenksitz aufweisen.
Die Muffen sind ihrerseits mit den beiden zu vereinigenden Rohrleitungsabschnitten
verbunden und bewegen sich auf diese Weise bei einer Bewegung des entsprechenden
Rohrleitungsabschnitts gemeinsam mit diesem. Die schwe nkfähig miteinander verbundenen
Strebänanordnungen gestatten ein Durchbiegen der Manschette in jede Richtung, so
daß es nicht erforderlich ist, die Manschetten gegenüber den Rohrleitungsenden in
vorbestimmter Weise winkelig auszurichten. Hierdurch bewirken entgegengesetzte Relativbewegungen
der Hahrabschnitte ein Biegen der Manschette, wasjedoch durch die eingefügten Strebenanordnungen
bis zu dem Ausmaß begrenzt wird, bis zu welchem sich die Leitungsenden auseinander
bzw. gegeneinander bewegen.kÖnnen. Hierdurch wird eine entsprechende Begrenzung
der Ausdehnung und Verkürzung der Manschette gewährleistet sowie die Übertragung
von pneumatischen oder hydraulischen Druckkräften auf äußere Abstützungen und eine
Staubelastung (colum loading) der Rohrleitung verhindert.
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In Fig. 1 ist ein Krüpfung;abschnitt eines Hochdruck-Rohrläitungssystems
dargestellt, in das zwei erfindungsgemäße, von innen her gehaltene Manschettenanordnungen
eingebaut sind.. Das System weist zwei versetzt angeordnete, in
Kniestücke
12 und 13 auslaufende Rohrleitungen 10 und 11
auf. Die einander
entgegengerichteten Enden der KniestÜcke sind durch zwei identische, allgemein mit
14 bezeichnete Manschettenanordnungen untereinander verbunden. Das System ist zum
Führen von Hochdruckfluiden, beispielsweise von FlÜssigkraftstoff oder Hochdruckluft,
geeignet. Bei KrÖpfungsabschnitten dieser Art-werden häufig zwei Manschettenanordnungen
14 verwendet, doch können die Manschettenanordnungen ersichtlicherweise auch einzeln
und für andere Zwecke als bei Kröpf"#ngsabschnitten angewandt werden. Genauer gesagt
weist jede Anordnung 14 eine rohrförmige Metallmanschette 16 auf, deren beide
Enden Jeweils zylindrisch geformt und Über ein Ende einer Muffe 20 gefÜgt sind,.
an welcher sie mittels einer durchgehenden Schweißnaht 19,
welche in Umfangsrichtung
um die Anordnung herum verläuft, dauernd befestigt sind. Zwecks Vereinfachgung der
Darstellung ist das Material der Manschetten 16 als aus einer einzigen Lage
eines Blechmaterials bestehend dargestellt;' bei Hochdrucksystemen besteht die Manschette
jedoch tatsächlich aus einer Schichtung zahlreicher lagen mit Windungen bzw. Falten
versehener Manschetten.
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Die Muffen 20 können Stücke bzw. Abschnitte von Rohrmaterial verhältnismäßig
kurzer länge sein und können beim dargestellten
System in ein Ende
des z ugehÖrigen Kniestücks 13 eingepaßt we4rden. Hierbei dient.die zwischen
den beiden Man-' schetten 16 angeordnete Muffe 20 als Befestigung bzw-. Ver#--ankerung
für die in beiden Manschetten 14 vorgesehenen inneren Haltemittel.
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Das Raltemittel fÜr jede Manschette 16 weist die Form zweier
identischer Streben- bzw. Spreizenanordnungen 22 auf, die ineinandergefügtsind und
eine Kugel 23 aufzunehmen ve-irmögen, so daß die beiden-Strebenanordnungen
schwenkbar zueinander angeordnet sind. Jede Strebenanordnung weist eine Anzahl von
Streben 24, einen Vorderteil 25
und ein EndstÜck 26 auf. Der Vorderteil
25 jeder Strebenanordnung 22 istlin eine.in der anderen Strebenanordnung
22 vorgesehene-Öffnung eingesetzt, so daß sich beide Vorderteile 25 dicht
nebeneinander befinden und in ihren einander gegenüberliegenden Enden die Kugel
23 aufzunehmen vermögen. Genauer gesagt, werden der Vorderteil
25 und das Endstück 26 jeder Anordnung durch drei in Umfangsrichtung
auf gleiche Abstände verteilte Streben bzw. Spreizen 24 koaxial zuein-' ander gehalten,
die längs ihrer radialen Innenkanten mittels einer Schweißnaht 28 an dem
zylindrischen Eridstück 26
befestigt sind. Der Vorderteil 25 besitzt
Kegelstumpfform-und ein diesen Teil umgebender Abschnitt der in Radialrichtung
gesehen
innersten Kante jeder Strebe 24 ist zwecks Aufnahme des Vorderteils komplementär
zu diesem geformt und mittels einer Schweißnaht 29 an diesem befestigt. Hierdurch
wird auch der Vorderteil 25 durch die Streben 24 in richtiger Lage gehalten.
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im Zwischenraum zwischen dem Vorderteil 25 und dem EndstÜck
26 sind die Innenkanten der Streben 24, wie bei 30 angedeutet, nicht
befestigt. An ihrei- einandei#-ugekehrten Enden, d.h. an den Enden mit größerem
Durchmesser, sind die Vorderteile 25 jeweils mit einem Kugelsitz
31 zur Aufnahme der Kugel 23 versehen, welche zwischen den einander
zugewandten Sitzen gehalten wird.*Die beiden Strebenanordnungen sind somit derart
ineinandergefügt, daß der Vorderteil 25 der einen-Anordnung sich in den freien
Zwischenraum 30 der anderen Anordnung erstreckt und sich darin zu verschwenken
vermag. Ersichtlicherwäise ist zwischen dem Ende des einen EndstÜcks 26 einer
Anordnung und dem dÜnneren Ende des Vorderteils 25 der anderen Anordnung
22 ein bei 32 angedeuteter Zwischenraum vorhanden, der ein teilweises ZusammendrÜcken
der Manschette 16
gestattet, jedoch nicht in einem derartigen Ausmaß, daß
die Kugel 23 aus ihren Sitzen 31 herausfallen könnte.
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Die Außenkanten 33 der Streben 24 können in eine Muffe 2Ö
eingesetzt
und beispielsweise mittels einer Schweißnaht 34 ih dieser befestigt sein, so daß
jede Strebe 22 koaxial zu ihrer StÜtzmuffe gehalten wird. Eine spitz zulaufende
Kante 35 jeder Strebe 24 erstreckt sich von der Außenkante 33 bis
zur Spitze des Vorderteils 25. Ersichtlicherweise ist diese Kante, ebenso
wie die in Axialrichtung gegenüberliegende Kante 36 jeder Strebe, stromlinienförmig
abgerundet. Durch diese abgerundeten Kanten wird die Erzeugung unerwünschter Turbulenz-des
durch das System strömenden Fluidums verhindert, während die dünneren Enden der
kegelstumpffÖrmigen Vorderteile 25 aus demselben Grund praktisch denselben
Durchmesser besitzen wie die koaxial miteinander fluchtenden En'dstücke
26. Weiterhin ist es ersichtlich, daß die äußersten Enden der zylindri-_
sehen Endstücke 26 abgerundet sind und auf diese Weise ebenfalls die Erzeugung
von StrÖmungsturbulenzen zu ver'-hindern vermögeni Diese Strebenanordnungen gestatten
auf höchst wirksame Weise einen Fluidumdurchstrom mit einem Mindes tmaß an Druckabfall,
da ihre Querschnittsfläche Über die Gesamt--; länge der Anordnung praktisch gleich
bleibt und außerdemverhältnismäßig klein-ist. Der von den beiden Endstücken
26,
den beiden Vorderteilen 25 und der Kugel 23 eingenommene
Rauminhalt besitzt vom einen Ende der Anordnung zum.anderen
praktisch
gleichmäßigen Querschnitt und ist lediglich an den größeren Durchmesser besitzenden
Enden der Vorderteile geringfügig erweitert. In jeder Muffe 20 umfaß der von der
Strebenanordnung eingenommene Querschnitt die axiale Stirnfläch#e der drei Streben
24 und des Endstücks 26.
Innerhalb der Manschette 16 umfaßt der von
den Strebenanordnungen eingenommene Gesamtquerschnitt Teile der sechs Streben 24,
die beiden Vorderteile 25 sowie die KÜgel 23. Dadurch, daß sich anstelle
von drei Streben deren sechs innerhalb der Manschette 16 befinden, ergibt
sich jedoch keine Erhöhung der gesamten Querschnitts-Widerstandsfläche, da die sich
im Inneren der Manschette befindenden Abschnitte der Streben 24 spitz zulaufende
Kanten 35 aufweisen. Hierdurch wird gewährleistet, daß bei einem Querschnitt
durch einen beliebigen Punkt der Axialausdehnung der Manschette 16 der Widerstand
der sechs Atreben 24 praktisch der gesamten Querschnitts-Widerstandsfläche von nur
drei Streben entspricht. Diese Tatsache geht aus einer Betrachtung von Fig. 2 bei
einem Vergleich der Querschnittsfläche der sechs Streben mit der gesamten Stirn-
bzw. Widerstandfläche der drei Streben hervor.
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Die Kugel 23 stellt infolge ihrer verhältnismäßig großen Berührungsfläche
in den beiden Kugelsitzen 31 ein hochwirksames
Mittel dar,
um die Belastunigskapaglität des Haltemittels mit einem Mindestmaß an Querschnittsfläche-und
Gewicht auf einen Maximalwert zu bringen. Diege Anordnung ist außerdem bei der Gewährleistung
einer sehr langen Betriebslebensdauer der Manschettenanordnung von Bedeutung, da
die Kugeleinrichtung Stoßbelastungen wirksam zu absorbieren vermag und Abnutzungen
der Kugel sowie ihrer Sitze auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. Bei einer Durchbiegung
der Anordnung 14 wird die Kugel 23 allmählich in /en ihren Sitz in eine neue
Lage bewegt, wobei diese Bewegung der Kugel in ihre neuen-bagen bei jedem Bieg evorgang
erneut auftritt. Demzufolge nutzt.sich die Kugel in ihren Sitzen-31 gleichmäßig
ab. Ein weiterer, sich aus der Verwendung der Schwenkkuge-1 ergebender Vorteil liegt
darin, daß sich die beiden Strebenanordnungen mit ihren Muffen 20 bzw. Rohrabschnitten
in jede Richtung gleich gut bewegen können, was zur Folge hat, daß eine Durchbiegung
in jede Richtung möglich ist und.Belastungen in jeder Biegerichtung gleich gut absorbiert
werden.
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Durch die Lage der Kugel 23 auf der Mittellinie des Leitungssystems
kann sich die Manschette 16 unmittelbar in Abhängigkeit von einander ent
gegengesetzten Relativbewegunger der miteinander verbundenen Leitungsabschnitte
durchbiegen. Die im System auftretenden Kräfte werden somit, wie dies
der
Fall sein soll, vom Haltemittel.absorbiert und werden nicht auf die Manschette
16 übertragen. Da die schwenkfähig ineinandergefügten Strebenanordnungen
einen auf der Mittellinie der Rohrleitung liegenden Schwenkpunkt aufweisen, fÜhrt
jegliche entgegengesetzt gerichtete Bewegung der miteinander verbundenen Leitungsabschnitte
zu einer sofortigen Verbiegung der beiden Strebenanordnungen relativ zueinander.
Kleinere Biegemomente haben-somit eine unmittelbar erfolgende Sch wenkbewegung
der beiden-Strebenanordnungen zur Folge, während bei von außen gehaltenen bzw. begrenzten
Vorrichtungen zur Hervorbring#ing eines Biegens der Manschette eine Kupplung erforderlich
ist. Demzufolge erhöht sich im Fall der letztgenannten Vorrichtungen die zum Bewirken
einer Biegung der Manschette erforderliche Kraft sehr stark im Verhältnis zum Abstand
zwischen der Mittellinie der Leitung und einer äußeren Achse der Kupplung. Beim
Zusammensetzen einer erfindungsgemäßen Manschettenanordnung werden zuerst alle ihre
Teile zusammengeschweißt mit der Ausnahme, daß das EndstÜck 26 der Anordnung
noch weggelassen wird. Die beiden teilweise vervollständigten Strebenanordnungen
werden sodann mit zwischen den Kugelsitzen 31 angeo:#dneter Kugel
23 ineinandergefügt. Anschlies-: 26
send werden die Endstücke/eingesetzt
und wird die gehärtete
Kugel 23, welche zwischen den sie
schützenden Sitzen eingeschlossen ist, während des Anschweißens der Endstücke an
den Streben 24 zu einem großen Ausmaß von der beim Schweiß-eorgang entstehenden
Hitze geschützt, so daß ihre Abnutzungseigenschaften keine nachteiligen Beeinflussung
erfahren. Anschließend werden die ineinandergefÜgten bzw. miteinander verbundenen
Strebenanordnungen in die Muffen 20 eingesetzt und werden die Streben 24 mittels
der Schweißnähte 34 mit den Muffen verbunden. Obgleich vorstehend nur eine einzige
AusfÜhrungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, sind dem Fachiftann'auf
diesem Gebiet ersichtlicherweise zahlreiche Abwandlungen mÖglich. Die Erfindung
soll daher nicht durch die aufgefÜhrten genauen Konstruktionseinzelheiten eingeschränkt
werden, sondern alle innerhalb des Grundgedankens und des Rahmens der Erfindung
liegenden Änderungen mit umfassen.