DE2204796A1 - Vorrichtung zur kraftaufnahme durch hydraulische druecke - Google Patents

Vorrichtung zur kraftaufnahme durch hydraulische druecke

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DE2204796A1
DE2204796A1 DE19722204796 DE2204796A DE2204796A1 DE 2204796 A1 DE2204796 A1 DE 2204796A1 DE 19722204796 DE19722204796 DE 19722204796 DE 2204796 A DE2204796 A DE 2204796A DE 2204796 A1 DE2204796 A1 DE 2204796A1
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pressure
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spring
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DE19722204796
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Siegfried Leverberg
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L51/00Expansion-compensation arrangements for pipe-lines
    • F16L51/02Expansion-compensation arrangements for pipe-lines making use of bellows or an expansible folded or corrugated tube
    • F16L51/027Expansion-compensation arrangements for pipe-lines making use of bellows or an expansible folded or corrugated tube with external reinforcement

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Diaphragms And Bellows (AREA)
  • Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)

Description

  • Titel: Vorrichtung zur Kraftaufnahme durch hydraulische Drücke Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftaufnahme durch hydraulische Drücke.
  • Hydraulische Zylinder für hohe DrUcke weisen eine Dichtung auf, die in der Regel das Druckmedium (Gas oder Flüssigkeit) gegen äußeren Atmosphärendruck mittels einer Kolbenstangendichtung abdichtet. Da infolge der Bewegungen zwischen der Kolbenstange und der Dichtung in jedem Fall - wenn auch geringe - Undichtigk#iten auftreten, ist es bekannt, in den Fällen, wo besonders hohe Anforderungen an die Dichtigkeit derartiger Einrichtungen gestellt werden, Metallbälge oder Rollmembranen anzuwenden. Dabei handelt es sich um Bettitigungselemente it elastischen Werkstoffen, die infolge ihrer Konstruktion und/oder der Elastizität des Werkstoffes gräaere Hubbewegungen gestatten. Dabei sind Rollmembranen oder Metallbölge bei großen Hüben jedoch nur für relativ geringe Drücke anwendbar.
  • Ähnliche Probleme stellen sich bei der Herstellung von Hydrospeichern, bei denen in der Regel eine Abdichtung zwischen einer\Frü/- U sigkeit und einem Gas gefordert wird. Die Trennung wird dabei entweder durch einen Kolben, der mit einer Dichtung versehen ist, oder einer Membran aus gummielastischem Werkstoff vorgenommen. In beiden Fällen ist eine Undichtigkeit nicht zu vermeiden, die entweder durch die Bewegung an der Dichtung des Kolbens oder durch DifTusion des Gases durch den elustischen Werkstoff der Membranen entsteht.
  • Bei Rohrleitungen entstehen je nach ihrer Länge und Temperaturschwankung, sei es durch äußere oder innere Temperaturen, mehr oder weniger große Längenveränderungen, die gefährliche Spannungen erzeugen können. Aus diesem Grunde ist es bereits bekannt, Kospensatoren, Lyra-Bögen oder ähnliche Vorrichtungen einzubauen. Derartige Verbindungen werden auch bei Rohrleitungen verwendet, die starken Schwingungen unterliegen.
  • Die Federwirkung bei Metallbdigen von Kompensatoren oder dergleichen wird trotz relativ geringer Elastizittit des Werkstoffes durch die Besonderheit der Konstruktion erzeugt. Bei der Federwirkung derartiger Bälge entsteht jedoch eine vollkommen ungleichmäßige Spannungsverteilung, die durch teuere Sondereinrichtungen, die eist aus kostspieligen Federelementen bestehen, ausgeglichen wird. Da für die Haltbarkeit, sowie für die Festlegung der Lebensdauer nur die entstehenden Spannungsspitzen maßgebend sind, ist die Materialausnutzung relativ gering. Dadurch wird bei großen Hubhöhen und DrUcken ein großer Aufwand erforderlich. Erschwerend kommt hinzu, daß Metallbälge in ihrer Herstellung meist spanlos verformt werden müssen und infolgedessen keine Werkstoffe hoher Festigkeit und teueren MatePias verwendet werden können.
  • Die bekannten Rollmembrenen, Membranen oder Längenausgleichsstücke aus gummielastischem Werkstoff halten infolge ihrer geringen Eigensteifigkeit keinen hohen DrUcken stand.
  • Darüber hinaus weisen die bekannten Vorrichtungen den Nachteil auf, daß sie in strahlungsgefährdeten Anlagen nicht zu verwenden sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen auszuschalten und eine Vorrichtung zu schaf; fen, die besonders als Betätigungselement zur Erzeugung von Kräften und Hüben durch hydraulische bzw. pneumatische Drücke und Förderströme geeignet ist und als Speicherelement für hydraulische oder pneumatische Medien Anwendung finden kann. Sie soll außerdem als Längenausgleich an Rohrleitungen einsetzbar sein.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß tellerähnliche Federelemente an ihrer Außenseite von Zugringen undan ihrer Innenseite durch Druckringe mit Stützelementen und an den inden durch Anschluß- und/oder Zug und Druckplatten gehalten werden.
  • Dabei werden in dem entstehenden Innenraum alle Spalte durch plastischen Werkstoff abgedeckt und die Wandung des Innenraumes durch einen elastischen Balg ausgekleidet.
  • Die erfindungsgenöße Vorrichtung kann zur Speicherung von flüssigen oder gasförmigen Medien unter Druck dienen, sie kann zur Aufnahme von Rohrleitungsverschiebungon verwendet werden und ist auch als Speicher geeignet.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Vorrichtung durch Federeinrichtungen vorent- oder belastet, um in bestimmten Lastbereichen mit optimaler Einsatzmöglichkeit verwendet zu werden.
  • Zur Verwendung in Kernkraftanlagen wird der plastische Werkstoff und/oder der elastische Balg nach einem weiteren Merkmal der Erfindung strahlungsundurchlössig hergestellt, indem bekannte Mittel Anwendung finden.
  • Der plastische Werkstoff wird so gewählt, daß er sowohl Stütz- als auch Halteeigenschaften besitzt, je nachdem die Konstruktion die eine oder andere - oder beide - Eigenschaften erfordert.
  • Die Erfindung weist gegenüber den bekannten Vorrichtungen den Vorteil auf, eine hysteresearme Betätigung unter Anwendung hoher Drücke bei absoluter Dichtigkeit sicherzustellen. Es werden nur einfache Bauteile benötigt, die eine wirtschaftlice Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicherstellen. Es findet ein Balg Verwendung,' bei dem die Beanspruchung durch den hydraulischen Druck durch relativ einfache ringförmige Federelemente aufgenommen wird, während die geforderte Dichtigkeit durch eine gut abgestützte Auskleidung aus elastischem Werkstoff erreicht wird. Dieser Werkstoff unterliegt nur geringen Beanspruchungen, da er sich in jeder Lage und Stellung der Vorrichtung immer an den einzelnen Elementen der Vorrichtung abstützen kann. Die Elemente der Vorrichtung dagegen dienen nur der Kraftaufnahme.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausfuhrungsbeispielen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Lönqsschnitt durch einen Balg der Druckkräften unterliegt, Fig. 2 einen Längsschnitt durch#einen Balg,der sowohl Zug- als auch Druckkräften unterliegt, Fiq. 3 einen Länsschnitt durch ein Speichersystem, und Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Dehnungselement für Rohrleitungen.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung dient zur Aufnahme von Druckkräften und hat die Funktion eines Betätigungszylinders. Sie besteht aus einem inneren Gummibalg 1 , Federelementen 2, Zugringen 3, einem Haltering 4, Druckringen 5, Stützelementen 6.1, 6.2, 6.3 und 6.4, einer Druckplatte 7 mit Stößelstange 8 sowie einem äußeren Gehäuse 9 mit Anschlag 10 und Druckanschluß 11.
  • Im dargestellten Zustand drücken selbst bei druddosem Innenraum 12 die Federelemente 2 so auf die Zugringe 3 und Druckringe 5, daß die Druckplatte 7 am Anschlag 10 des Gehäuses 9 anliegt. Der Gummibalg 1 legt sich an seiner Außenseite an den Stützelementen 6 und an den Federelementen 2 an. Axial liegt der Gummibald 1 an der Druckplatte 7 und auf der unteren Seite am Gehäuse 9 an. Er ist am Druckanschluß mit einer statischen Abdichtung 13 versehen.
  • Der Zugring 3 ist einfach geschlitzt und wird nach der Montage durch einen Haltering 4 zusammengehalten.
  • Besondere Anforderungen werden an die Werkstoffe der Federelemente 2, der Stützelemente 6 und des Gummibalges 1 gestellt. Die Federelemente 2 haben die Form von Tellerfedern und sind aus hochfestem Werkstoff gefertigt. Die Stützelemente 6 haben die Aufgabe Spalte zu schließen und bestehen aus plastischem Material (beispielsweise PTFE). Der Gummibalg 1 hat Dichtfunktion und muß daher porenfrei sein.
  • Unterliegt der Innenraum 12 einem hydraulischen oder pneumatischen Druck, so hat dieser Druck das Bestreben den Balg auseinander zu drücken. Dadurch wird in bekannter Weise eine wirksame Axialkraft P=(Da2 - XP x p erzeugt.
  • Die Federelemente 2 erzeuqen eine bestimmte vorgegebene Vorspannung, damit sie sich i#m drucklosen Zustand nicht von den Druckringen 5 abheben. Diese Vorspannung ist jedoch im Vergleich zur Axialkraft P relativ gering und gestattet eine Hubbewegung der Stößelstange 8 und somit der Druckplatte 7 soweit, bis die Planfldchen 3.1 der Zugringe 3 gegeneinander und an der unteren Planfläche des Gehäuses 9 sowie an der Druckplatte 7 anliegen.
  • Während der Hubbewegung verformen sich die Federelemente 2 in der Weise wie es bei Tellerfedern üblich ist. Durch die Veränderung des Kegelwinkels der Federelemente entstehen an den äußeren und inneren Anlageflächen Spaltveiönderungen, die durch die Stützelemente 6 überbrückt werden. Die Stützelemente 6 sind so ausgebildet, daß alle entstehenden Spalte durch Lippen überbrückt werden, so daß der gegen Spalte empfindliche Gummibalg 1 bei jeder Stellung der Stützelemente geschützt wird.
  • Die spannungsmaßige Beanspruchung der Federeiemente 2 entsteht durch die Einfederunq des Balges und durch den Innendruck im Innenraum 12. Je nach Ausbildung des Balqes überwiegt der ##annungsanteil, der durch die Einfederung verursacht wird. Bei dem in Figur 1 dargestellten Beispiel unterliegen die Federelemente 2 schon im drucklosen Zustand einer gewissen Vorspannung. Dies ist erforderlich, damit die Federelemente 2 an den vorgesehenen Anschlagfiächen anliegen.
  • Figur 2 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel, bei dem der Anschlag 10 des Gehäuses 9 nach Figur 1 nicht mehr erforderlich ist. Bei drucklosem Innenraum 12 kann hier die Stößelstange und mit dieser die fest verbundene Druck- und Zugplatte 14 so bewegt werden, daß in den Federelementen sowohl Zug- als auch Druckspannungen entstehen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Druckringe 5 eine zusätzliche Nase 5.1 erhalten, die Druck- Zugplatte eine Nase 14.1 aufweist und die Anschlußplatte 15 an der unteren auflage des letzten Federelementes 2 eine Halterung 15.1 besitzt, Diese erfinderischen Maßnahmen bewirken, daß die durch Federkraft erzeugten Spannungen in den Federelementen 2 je nach Hublage (H) positiv und negativ sein können. Hierdurch wird eine größere Hubausnutzung erreicht.
  • Figur 3 zeigt ein Speichersystem, bei dem ein Balg entsprechend der Darstellung in Figur 2 durch eine Feder 16 belastet wird.
  • Bei drucklosem Innenraum 12 ist der Balg durch eine Druckfeder 17 zusammenqedrückt. Mit größer werdendem Druck im Innenraum 12 wird die Druckfeder 17 durch eine Druckplatte 18 gespannt. Dadurch entsteht eine Volumenspeicherung des Druckmediums im Innenraum 12, die für Arbeitszwecke ausgenutzt werden kann.
  • Figur 4 zeigt einen Balg nach Figur 2, der in zwei Rohrleitungen 19.0, 19.2 eingespannt ist. Bei einer Axialbewegung dieser beiden Rohrleitungen 19.1, 19.2 werden durch den zwischengeschalteten Balg Axialkräfte auf beide Rohrleitungen verhindert.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    )Vorrichtung zur Kraftaufnahme durch hydraulische Drücke, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß tellerähnliche Federelemente (2) an ihrer Außenseite von Zugringen (3) und an ihrer Innenseite durch Druckringe (5) mit Stützelementen (6) und an den Enden durch Anschluß- (15) und/oder Zug- und Druckplatten (7, 14) gehalten sind, wobei im dabei entstehenden Innenraum (12) alle Spalte durch plastischen Werkstoff abgedeckt sind und die Wandung des Innenraumes durch einen elastischen Balg (1) ausgekleidet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vorrichtung zur Speicherung von flüssigen oder gasförmigen Medien unter Druck dient.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vorrichtung zur Aufnahme von Rohrleitungsverschiebungen dient.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vorrichtung als Speicher dient.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vorrichtung durch Federeinrichtungen (16) vorent- oder belastet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der plastische Werkstoff und/oder der elastische Balg (1) strahlungsundurchlassig ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der plastische Werkstoff Stütz- und Halteeigenschaften besitzt. Leerseite
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3110153A1 (de) * 1980-03-28 1982-05-13 Berthold H. Dr. 5630 Remscheid Daimler Verfahren und vorrichtung zur speicherung von energie
FR2560961A1 (fr) * 1984-03-07 1985-09-13 Alsthom Atlantique Troncon de liaison souple de deux extremites de conduites
DE10163764C1 (de) * 2001-12-27 2003-08-07 Witzenmann Gmbh Hydropneumatischer Druckspeicher
WO2004092638A1 (en) * 2003-04-15 2004-10-28 Belman Production A/S Expansion device

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