DE2222355C3 - Flexible Rohrverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine seitenbewegliche und in einer axialen Richtung begrenzt nachgiebige Rohrverbindung zur Verbindung von Rohrleitungen für strömende Medien mit zwei an den Rohrenden zu befestigenden Verbindungsteilen, die teilweise ineinandergreifen und durch einen den inneren Verbindungsteil umgreifenden flexiblen Balg leckfrei miteinander verbunden sind.

Eine flexible Rohrverbindung in der vorstehend beschriebenen Art ist aus der US-PS 33 69 829 bekann'. Bei dieser Rohrverbindung ist ein Schlauch-Falienbalg das einzige Dichtelement, welches die beiden starren Verbindungsteile miteinander verbindet. Der Faltenbalg ist unter allen Betriebsbedingungen der Druckeinwirkung des Strömungsmittels ausgesetzt. Im Falle einer Beschädigung des Faltenbalgs ibt die Rohrverbindung sofort undicht Da eine mechanische Abstützung der Verbindungsteile fehlt, besteht bei plötzlichen Druckstößen innerhalb des Strömungsmittels die Gefahr, daß die Verbindungsteile beschädigt oder gar auseinandergerissen werden.

Eine andere flexible Rohrverbindung mit einem Faltenbalg zeigt die US-PS 24 51252. Bei dieser Rohrverbindung ist im Bereich des außenliegenden Faltenbalgs ein weiteres Dichtelement vorhanden, welches im wesentlichen aus einem Dichtring mit einer äußeren Kugeloberfläche besteht, in der konzentrisch zur Rohrachse verlaufende, hintereinanderliegende Nuten einer Labyrinthdichtung enthalten sind. Die Kugeloberfläche des Dichtringes ist von einem entsprechend geformten Rohrstück umschlossen, welches zu einem der starren Verbindungsteile der Rohrverbindung gehört Das andere Verbindungsteil ist mit einem Rohrstutzen axial verschiebbar in dem Dichtring mit der äußeren Kugeloberfläche geführt. Dieses Dichtelement ermöglicht somit eine begrenzte Seitenbeweglichkeit der beiden starren Verbindungsteile und außerdem Verschiebungen in axialer Richtung. Eine Entlastung des Faltenbalgs von dem Druck des Strömungsmittels ist auch bei dieser Rohrverbindung nicht vorgesehen, denn infolge von Leckverlusten an dem inneren Dichtelement ist auch der Zwischenraum zwischen den beiden Dichtelementen mit dem Strömungsmittel angefüllt. Da die beiden Verbindungsteile in axialer Richtung beliebig nachgeben können, besteht auch bei dieser Rohrverbindung die Gefahr des Auseinanderreißens bei plötzlichen Druckstößen.

Die DT-OS 20 21 626 zeigt eine flexible Rohrverbindung, bei der als Dichtelement an den Stirnenden der beiden starren Rohmücke ein Faltenbalg in Schlauchform befestigt ist unJ darüber hinaus an einem der beiden Rohrstücke ein den Faltenbalg umgebender und über diesen hinausragender Halsteil angebracht ist, der mit einem flanschförmigen. Anschlag am anderen Rohrstück zusammenwirkt und damit die axiale Nachgiebigkeit der Rohrverbindung begrenzt. Nachteilig bei dieser Rohrverbindung ist, daß der Faltenbalg im Zwischenraum zwischen den beiden Stirnenden der starren Rohrstücke die Wandung des Strömungskanals bildet und damit der Strömung voll ausgesetzt ist.

In modernen Luftfahrzeugen, Raketen, Raumfahrzeugen od. dgl. werden Leitungen für strömende Medien benutzt in denen verschiedenartige Medien teilweise unter sehr hohen Drücken und in einem Temperaturbereich von extrem niedrigen bis zu extrem hohen Temperaturen entsprechend den Grenzen der physikalischen Eigenschaften der benutzten Materialien der Leitungen, insbesondere Metalle, übertragen werden. Derartige Leitungssysteme sind infolge der thermischen Ausdehnungs- und Schrumpfungsbewegungen erheblichen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Wenn diese Beanspruchungen unkontrolliert ablaufen und sich auf den Fahrzeugrahmen oder auf die an das Leitungssystem angeschlossenen Geräte übertragen, können dadurch schwerwiegende Schäden oder Zerstörungen verursacht werden. Um in einem solchen Leitungssystem mechanische Beanspruchungen zu verhindern oder in ihren Auswirkungen abzuschwächen, werden in die Leitungen flexible Rohrverbindungen eingebaut. Obwohl bereits zahlreiche flexible Rohrverbindungen bekannt sind, fehlt es bisher an einer flexiblen Rohrverbindung, die hinsichtlich der sehr unterschiedli-

chen Anforderungen als zufriedenstellend gelten kann.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine flexible Rohrverbindung zu schaffen, bei der die Fiachteile und Schwierigkeiten der bekannten flexiWen Rohrverbindungen vermieden werden, die insbesondere eine ausreichende Flexibilität in axialer sowie in seitlicher Richtung besitzt, die darüber hinaus gegen ein unbeabsichtigtes Lösen der starren Verbindungsteile bei plötzlichen -Oruckstößen gesichert ist und bei der in einem solchen Störungsfall auch nach Versagen des flexiblen Balgs eine weitere, wenn auch grobe Abdichtung durch ein zweites Dichtelement erhalten bleibt. Außerdem soll die Rohrverbindung einfach ausgebildet und wirtschaftlich herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird bei einer flexiblen Rohrverbindung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der innere Verbindungsteil an seinem inneren Ende mit einem nach hinten konisch abgewinkelten Ringstück und der äußere Verbindungsteil miteinem nach innen eingezogenen und für eine formschlüssige Anlage an der inneren Konusfläche des Innenringstückes ausgebildeten konischen Außenringstück ausgestattet ist und daß der flexible Balg mit seinen Enden derart am inneren und äußeren Verbindungsteil befestigt ist, daß die Anlagefläche der konisehen Ringstücke unter der Einwirkung der elastischen Vorspannkraft des Balgs ebenso wie unier der Einwirkung des Druckes des Mediums im Sinne piner gegenseitigen Durckberührung belastet sind.

Weitere Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7.

Einer der Hauptvorteile der flexiblen Rohrverbindung nach der Erfindung besteht darin, daß dem flexiblen Balg als Hauptdichtelement ein zweites Dichtelement vorgeschaltet ist, welches bei normaler Arbeitsweise der Rohrverbindung den Balg entlastet und dadurch dazu beiträgt, dessen Lebensdauer zu vergrößern. Hinzu kommt, daß der Balg durch das zweite Dichtelement gegenüber dem Strömungsmittel abgeschirmt ist und somit Beanspruchungen des Balges, insbesondere Schwingungen, verhindert werden, die durch Druckschwankungen im Strömungsmittel entstehen können. Weiterhin ist hervorzuheben, daß durch die besondere Ausbildung der Ringstücke des zweiten Dichtelementes, die im Sinne einer Verhakung ineinandergreifen, bei einem evtl. Bruch des flexiblen Balgs die Leitungsenden nicht auseinandergerissen werden, sondern unter der Einwirkung des Druckes des Strömungsmittels ihre ursprüngliche gegenseitige Lage beibehal- ten, wobei dank des zweiten Dichtelementes zumindest notdürftig die weitere Abdichtung der Rohrverbindung sichergestellt ist. Schließtlich ist zu erwähnen, daß die erfindungsgemäße Rohrverbindung aus konstruktiv einfachen Bauteilen zusammengesetzt ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer flexiblen Rohrverbindung im Gebrauchszustand,

Fig. 2 einen Längsschnitt der flexiblen Rohrverbindung entlang der Linie 2-2 der F i g. 1 in einem größeren Maßstabund

F i g. 3 einen der F i g. 2 entsprechenden Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform einer flexiblen Rohr\ erbindung.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Rohrverbindung ist als Ganzes mit 10 bezeichnet.

Die Rohrverbindung 10 enthält einen ersten starren Verbindungsteil 14 mit einem innerhalb desselber befestigten Ringstück 15, welches mit seiner nach innen ragenden Wandung winklig in bezug auf die Rohrachse

11 in Richtung auf das Ende 12 der Rohrverbirdung 10 verläuft Der Verbindungsteil 14 setzt sich aus einem Abschnitt kleineren Durchmessers, der das Ende 12 der Rohrverbindung darstellt, und einem anschließenden allmählich sich erweiternden Hauptabschnitt 16 zusammen, an dem im Inneren das Ringstück 15 befestigt ist. Dieses Ringstück 15 geht von der äußeren Karte 17 des Hauptabschnittes 16 aus und verläuft im ersten Teil etwa parallel zum äußeren Rand des Hauptabschnittes 16.

Die Rohrverbindung 10 enthält ferner einen inneren Verbindungsteil 20, der einer Rohrabschnitt 21 kleineren Durchmessers aufweist, der etwa dem Endabschnitt

12 des Verbindungsteils 14 entspricht. Das äußere Ende

13 des Verbindungsteils 20 bildet gleichzeitig das äußere Ende der Rohrverbindung 10. Am inneren Ende geht der Verbindungsteil 20 in ein nach außen ragendes Innenringstück 22 über, welches mit seiner Wandung winklig zur Rohrachse 11 in Richtung zum Ende 13 der Rohrverbindung 10 verläuft. Die einander gegenüberstehenden Oberflächen 26 und 27 des Außenringstückes 15 einerseits und des Innenringstückes 22 andererseits liegen parallel zueinander und bewirken, da sie normalerweise in Druckberührung stehen, eine /weite Dichtung.

Die Rohrverbindung 10 enthält ein Primärdichtelement in Form eines Faltenbalgs 24, welcher die starren Verbindungsteile 14 und 20 derart leckfrei miteinander verbindet, daß sie sowohl in axialer Richtung als auch seitlich relativ zueinander bewegbar sind.

Die an den Verbindungsteilen 14 und 20 festsetzenden Ringstücke 15 und 22 bilden ein Sekundärdichtelement, das in der Zeichnung als Ganzes mit 25 bezeichnet ist. Dieses Sekundärdichtelement ist so ausgebildet, daß durch die Einwirkung des Druckes des Strömungsmittels die Verbindungsteile 14 und 20 das Bestreben haben, sich voneinander wegzubewegen, wodurch die Oberflächen 26 und 27 der Ringstücke 15 und 22 aufeinandergedrückt werden, infolge dieser besonderen Ausbildung und Anordnung der Ringstücke 15 und 22 sind die beiden starren Teile der Rohrverbindung hakenartig miteinander verbunden und somit gegen ein unbeabsichtigtes Auseinanderreißen gesichert.

Wie aus der zeichnerischen Darstellung in F i g. 2 hervorgeht, ist das mechanische Sekundärdichtelement 25 dem Faltenbalg 24 als Primärdichtelement vorgeschaltet und schirmt somit das Primärdichtelement gegen Beanspruchung durch das Strömungsmittel ab. Da auch bei normaler Arbeitsweise der Rohrverbindung das Strömungsmittel zwischen den mit Druck aufeinanderliegenden Dichtflächen 26 und 27 hindurchsickert, wird hierdurch an diesen Flächen eine Schmierung erzielt und somit die Beanspruchung der starren Teile der Rohrverbindung während der Biegebeweguniien vei ringen.

Durch die Eigenelastitizitat des Faltenbalgs 24 werden normalerweise die Ringstücke 15 und 27 des Sekundärdichtelementes in der Abdichtungsstellung gehalten. Wenn darüber hinaus in den angeschlossenen Leitungen 30 und 31 Zugkräfte auftreten, bewirken diese, daß die Ringstücke 15 und 22 an ihren Dichtflächen noch fester gegeneinandergedrückt werden.

Bei dem Faltenbalg 24 kann es sich um eine bekannte

Ausführung handeln. Vorzugsweise besteht der Faltenbalg aus Metall. Er ist mit seinem inneren Ende 33 druckdicht, beispielsweise durch Verschweißen, an dem Ringstück 15 befestigt, während das äußere Ende 34 am Verbindungsteil 20 druckdicht befestigt ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Rohrverbindung 10 im Bereich des Faltenbalgs 24 mit einem rohrförmigen Schutzgehäuse 35 versehen, welches an seinem Ende 36 an dem Verbindungsteil 20 befestigt ist und den Faltenbalg 24 konzentrisch umgibt, wobei der Durchmesser des Schutzgehäuses in Richtung auf der. Verbindungsteil 14 ansteigt. An dem freien Ende des Schutzgehäuses ist gegenüber der Kante 17 des Verbindungsteiles 14 ein Ringspalt 37 vorhanden, der notwendig ist, damit die entgegengesetzten Enden der Rohrverbindung 10 frei gegeneinander beweglich sind. Außerdem kann der Spalt dazu benutzt werden, um eine weitere elastische Vorrichtung anzubringen, die als Rückdichtung für die Primär- und Sekundärdichtelemente dient. Der Spalt 37 bietet im übrigen die Möglichkeit der visuellen Überwachung des Faltenbalgs 24.

Die Rohrverbindung 10 hat in strömungstechnischer Hinsicht den Vorteil, daß der Verlauf der Strömung innerhalb der Rohrverbindung praktisch nicht oder aber nur sehr geringfügig beeinflußt wird, und zwar vor allem deshalb nicht, weil der wellenförmige Faltenbalg durch den Rohrabschnitt 21 in bezug auf den Strömungskanal abgeschirmt ist Durch diese Abschirmung ist darüber hinaus der Faltenbalg selbst gegen Beanspruchungen durch die Strömung, die möglicherweise zu Schwingungen od. dgl. führen können, geschützt Zugbeanspruchungen der Leitungen 3t werden durch die mechanische Abstützung der Verbindungsteile übertragen. Der Rohrabschnitt 21 kann auch als Anlagekörper bei seitlichen Verschiebungen der wellenförmigen Wandung des Faltenbalgs dienen, sofern solche Verschiebungen auftreten sollten.

Die in F i g. 3 dargestellte abgewandelte Rohrverbindung ist der Rohrverbindung 10 der F i g. 1 und 2 sehr ähnlich. Es sind deshalb in der F i g. 3 die übereinstimmenden Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in den F i g. 1 und 2 unter Hinzufügung des Buchstabens »A« versehen. Lediglich jene Teile, die sich von den entsprechenden Teilen der Rohrverbindung 10 unterscheiden, sind mit anderen Bezugszeichen, ebenfalls mit dem hinzugefügten Buchstaben »A« bezeichnet.

Die Rohrverbindung 1OA ist mit einem Faltenbalg 24Λ aus Metall ausgestattet der so angeordnet ist, daß der Druck des Strömungsmittels auf seine äußere Oberfläche und nicht auf die innere Oberfläche, wie bei dem Faltenbalg 24 der Rohrverbindung 10, einwirkt

Bei der Rohrverbindung 1OA hat der Verbindungsteil 14A einen Abschnitt i2A kleineren Durchmessers, der das Ende der Rohrverbindung darstellt, und einen Hauptabschnitt 16/4 mit einem geradlinigen Zylinderabschnitt 40Λ, an den sich auf entgegengesetzten Seiten etwa kegelstumpfförmige Abschnitte 41Λ und 42,4 anschließen. Das Ringstück 15A des Verbindungsteils 14Λ ist in gleicher Weise wie bei der Rohrverbindung 10 innerhalb des zylindrischen Abschnitts 4OA am äußeren Ende desselben befestigt

Das aus dem Faltenbalg 24A bestehende Primärdichtelement ist mit seinem äußeren Ende 34A am äußeren Ende des Hauptabschnittes 16A, insbesondere an der Kante des Kegelstumpfabschnittes 42A, wie es durch 43/4 dargestellt ist, befestigt Das andere Ende 33A des Faltenbalgs 24,4 ist mit dem Rohrteil 2OA zwischen seinem inneren und seinem äußeren Ende, wie durch 44A dargestellt, verbunden. Die druckdichte Befestigung des Faltenbalgs 24A an seinen beiden Enden kann nach irgendeinem bekannten Verfahren vorgenommen werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Enden an den entsprechenden Teilen der Rohrverbindung angeschweißt um eine absolut dichte und mechanisch hoch belastbare Verbindung zu erzielen.

Die Rohrverbindung 1OA enthält außer dem Faltenbalg 24A als Primärdichtelement ebenfalls ein Sekundärdichtelement 25A, das in Bezug auf das Strömungsmittel vor dem Primärdichtelement liegt und in gleicher Weise wie bei der Rohrverbindung 10 ausgebildet ist. Die bei dieser Ausführungsform vorliegende Druckbelastung des Faltenbalgs an seiner äußeren Oberfläche anstatt an der inneren Oberfläche wirkt sich günstig im Hinblick auf eine längere Lebensdauer aus.

Die Bestandteile der Rohrverbindungen 10 und 1OA, insbesondere die Faltenbalge, können aus irgendeinem hinsichtlich der zu erwartenden Temperaturen und der verwendeten Strömungsmittel geeigneten Material hergestellt werden. Rohrverbindungen dieser Art bestehen vorzugsweise aus Metallegierungen hoher Festigkeit, in denen ein hoher Prozentanteil an Nickel enthalten ist und die beispielsweise unter den Bezeichnungen Monel-Metall oder Inconel-Metall im Handel sind.

Bei den beschriebenen und zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die Ringstükke 15 bzw. 15A in besonderer Weise ausgebildet und entweder ein integraler Bestandteil des zugehörigen Verbindungsteils der Rohrverbindung im Falle der Innenringstücke 22 bzw. 22A oder als selbständiger und mit dem zugehörigen Element verbundener Bestandteil im Falle der Ringstücke 15 bzw. 15A ausgebildet. Ebensogut können auch die Ringstücke 15 bzw. t5A ein integraler Bestandteil des zugehörigen Verbindungsteils und die Ringstücke 22 bzw. 22A dagegen eir selbständiger Bestandteil sein, der an dem zugehöriger Verbindungsteil in geeigneter Weise befestigt ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche: 22 355

1. Seitenbewegliche und in einer axialen Richtung begrenzt nachgiebige Rohrverbindung zur Verbindung von Rohrleitungen für strömende Medien mit zwei an den Rohrenden zu befestigenden Verbindungsteilen, die teilweise ineinandergreifen und durch einen den inneren Verbindungsteil umgebenden flexiblen Balg leckfrei miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Verbindungsteil (20,20A) an seinem inneren Ende mit einem nach hinten konisch abgewinkelten Innenringstück (22, 22A) und der äußere Verbindungsteil (14,14A) mit einem nach innen eingezogenen und für eine formschlüssige Anlage an der inneren Konusfläche des lnnenringstückes (22,22A) ausgebildeten konischen Außenringstück (15. 15A) ausgestattet ist und daß der flexible Balg (24, 24A) mit seinen Enden derart am inneren und äußeren Verbindungsteil befestigt ist, daß die Anlagefläche der der konischen Ringstücke (22, 22A) bzw. (15, 15A^ unter der Einwirkung der elastischen Vorspannkraft des Balgs (24,24A) ebenso wie unter der Einwirkung des Druckes des Mediums im Sinne einer gegenseitigen Druckberührung belastet sind.

2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Verbindungsteil (14, 14A) schalenförmig ausgebildet ist und daß das zugehörige konische Außenringstück (15, 15A) an seiner Innenwandung am äußeren Ende befestigt ist.

3. Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Balg (24, 24A) von einem Schutzgehäuse (35, 42A) umgeben ist, welches mit dem äußeren Ende des flexiblen Balgs (24,24A) verbunden ist.

4. Rohrverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse 42A) an seinem inneren Ende am äußeren Verbindungsteil (14A) befestigt ist.

5. Rohrverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (35) an seinem äußeren Ende an einem Rohrstück (21) des inneren Verbindungsteiles (20) befestigt ist.

6. Rohrverbindung nach den Ansprüchen 4 und 5. dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Balg (24) an seinem inneren Ende am konischen Außenringstück (15) befestigt ist.

7. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Balg jo (24,24A) ein Metallbalg ist.