DE2257263A1

DE2257263A1 - Kompensator fuer grosse winkelmaessige deformationen

Info

Publication number: DE2257263A1
Application number: DE2257263A
Authority: DE
Inventors: Paolo Torricelli
Original assignee: ITALIANA TUBI METLALICI FLESSI
Current assignee: ITALIANA TUBI METLALICI FLESSI
Priority date: 1972-07-22
Filing date: 1972-11-22
Publication date: 1974-01-31
Also published as: CH546373A; FR2193461A5; BE791932A; CA975023A; US3842865A; NL7217709A; DE2257263B2; GB1401484A; JPS4945422A; IT964765B; DE2257263C3

Description

DIPL.-ING. U. MARSCH 4 Düsseldorf,

KINDEMANNSTRASSB 31 POSTFACH 4O47

PATENTANWÄLTE Telefon (0211} 0722 4β

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Beschreibung zum Patentgesuch

der Pirma

Compagnia Italiana Tubi Metal'lici Flessibili S.p.Ao Corso Vercelli 501, I- 10 I56 Torino, Italien

betreffend

Kompensator für grosse winkelmässige Deformationen

Die Erfindung betrifft einen Kompensator für grosse winkelmässige Deformationen mit einem deformierbaren Balg, welcher an seinen Enden mit je einer Büchse versehen ist.

Die bekannten Kondensatoren dieser Art, welche winkelmässige Deformationen von Rohrleitungsabschnitten, an welcnen sie befestigt sind, zulassen sollen, enthalten normalerweise einen deformierbaren Balg und eine Anordnung von Zugstangen, welche die Büchsen an den Enden des Balges miteinander verbin-

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den. Bei einer Deformation des !Compensators verläuft die Achse des Balges entlang einer gekrümmten Linie.

Die deformierbaren Bälge haben den Vorteil, dass sie wegen der durch die Weilen des Balges gebildeten Rippen in radialer Richtung sehr starr sind. Andererseits sind sie gegenüber axialen Bewegungen und winkelmässigen Deformationen weich. Um die winkelmässige Deformierbarkeit des Balges auszunutzen und gleichzeitig eine bedeutendere Ausdehnung zu verhindern, sind bei den bekannten Kompensatoren die Bälge mit starren Verbindungsteilen, den erwähnten Zugstangen,verseilen, welche vvinxelmässige Deformationen zulassen.

Die Zugstangenanordnungen enthalten im allgemeinen zwei Arme, die durch zwei Zapfen mit gemeinsamer Achse verbunden sind und an den Büchsen befestigt sind, die sich an den Enden des Balges befinden. Die Arme und die Büchsen können sich daher um die Achse der Zapfen gegenseitig drenen. Yv'enn die Achsen der Büchsen miteinander einen Winkel bilden, verläuft die Achse des Balges entlang einer gekrümmten Linie.

Wenn der Balg auf diese V.eise deformiert ist, entstehen in ihm als Folge des inneren Ueberdruckes verschiedene Kräfte. Diese Kräfte können schematisch durch vier Resultierende ersetzt werden, von denen zwei an den beiden Endquerschnitten des Balgei wirken, wanrend von den beiden übrigen Kräften eine auf den an der Aussenseite der Biegungslinie liegenden Teil des Balges und die andere auf den an der Innenseite liegenden Teil einwirkt. Diese Kräfte nehmen zusammen mit den Kräften

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den Stangenanordnuhg einen Rahezustand ein. In der Stangen- ■ anordnung entstehen zwei Hea'Ktionskräfte, weiche gleich sind, wie die auf die Endflächen des Balges wirkenden Resultierenden, und eine entgegengesetzte Richtung haben. Die beiden Resultierenden, welche auf den Balg wirken, bleiben unausgeglichen. Da die Fläche des Balges an der Aussenseite der Biegelinie grosser ist als an der Innenseite der Biegelinie₃und da die resultierende Kraft proportional zur Grosse der Oberfläche ist, auf die der Druck einwirkt, ist die von der Biegelinie nach aussen gerichtete Kraft grosser als die nach innen gerichtete Kraft. Die Achse des deformierbaren Balges wird daher entlang einer Linie deformiert, welche, damit ein Gleichgewichtzustand eintritt, von einem Kreisbogen abweicht. An gewissen Stellen des Balges besteht dabei die Gefahr, dass die Grenze seiner Deformierbarkeit überscnritten wird.

Diese Erscheinung verhindert die Verwendung der bekannten Kompensatoren für gjosse winkelmässige Deformationen.

Bei kleinen inneren Ueberdrücken tritt die Erscheinung nur im begrenzten Mass auf. Der Balg hat eine gewisse Starrheit, welche eine Funktion seiner eigenen Geometrie und der Dicke seines Material es ist. Y/enn hingegen der Druck einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird die Stabilitätsgrenze des Kompensators überschritten. Eine grössere Deformation des Balges hat eine Erhöhung des Ungleichgewichtes zwischen den beiden Kräften zum Ziel, welche noch grössere Deformationen zur Folge hat, die der Balg mit seiner eigenen Starrheit nicht mehl' aufnehmen kann.

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Es hat daher jeder Balg einen kleinsten Biegeradiua, der sich in einer gegenüber den Enden des Balges symmetrischen Stellung befindet und dessen Wert ohne eine Beschädigung des Balges nicht überschritten werden kann. Es i-et- auch nicht möglich, zur Erzielung grösserer winkelmässiger Deformationen lange Bälge zu verwenden, da die erwähnte Erscheinung auftritt, welche durch das Ungleichgewicht zwischen den resultierenden Kräften an der Innenseite und an der Aussenseite der Biegelinie verursacht ist.

Eine weitere ungünstige Eigenschaft der bekannten Kompensatoren ergibt sich aus dem Umstand, dass bei undeformiertem Balg , wenn die Achsen der beiden Büchsen in einer Geraden liegen, die Länge des Balges gleich ist wie die Länge der beiden Arme, welche die Büchsen miteinander verbinden. Wenn hingegen der Kompensator derart deformiert wird, dass die Achsen beider Büchsen miteinander einen Winkel bilden, so ist die Länge der beiden Arme grosser als die eines Kreisbogens und die des Balges. Diese Differenz ist um so grosser, je grosser der Winkel der Deformation ist. Durch die Zugstangenanordnung entstehen im Balg bei einer Bewegung aus dem undeformierten in den deformierten Zustand zusätzliche Druckkräfte.

Die erwähnten Schwierigkeiten können nur unvollständig dadurch beseitigt werden, dass der Kompensator in eine grössere Anzahl von kurzen Kondensatoren unterteilt wird, die miteinander verbunden sind und von denen jeder eine Zugstangenanordnung der bekannten Art sowie einen kurzen Balg mit einer kleinen Anzahl von Wellen aufweist. Die erwähnten Nachteile, d.h. das Zusammen-

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drücken des Balges bei s-einer winkelmässigen Deformation und seine Deformation entlang einer gekrümmten Linie, welche von einem Kreisbogen abweicht, werden auf diese Weise nicht be- - · .seitigt. Ausserdem wäre eine derartige Ausbildung sehr kompliziert. -

Die Erfindung hat die Schaffung eines-Kompensators der erwähnten Art zum Ziel, welcher für grosse winkelmässige Deformationen geeignet ist und dabei die erwähnten Nachteile-vermeidet. . ' .

Der erfindungsgemässe Kompensator, durch welchen dieses Ziel erreicht wird, ist gekennzeichnet durch bezüglich Dehnung starre, jedoch biegsame Verbindungselementes, die an den Büchsen und am Balg befestigt sindg, derart, dass sie eine I¹UhTUEg für den Kompensator bilden,, welche gewährleistet, dass sich der deformierbare Balg bei innerem Ueberdruck, wenn, die Achsen der Büchsen miteinander einen in einer Ebene liegenden Winkel bilden, mit der Achse entlang einer Linie einstellte die in der Ebene liegt und eine konstante Krümmung hat₀

Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeichnung dargestellter ·Ausführungsbeispiele erläutert» Bs zeigen?

die Figuren. Γ und 2 Seitenansichten mit Seil schnitten einer ersten und einer zweiten Ausführangsform des ©rfindungs-

gemässen !Compensators,
Figo5 eine Ansicht mit Seilschnitt des Kompensator® nach der

Linia III-III in der figur I₈
Fig«4 eine räumliche Darstellung eines lisiges d@® Compensators aus den Figur©» 1 nnö 2_S

Pig.5 eine Seitenansicht mit Teilschnitt des Kompensators

nach der Linie V-V in der Figur 2, Fig,6 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des Kompensators in einer Stellung, bei welcher die Achsen

der Endbücnsen miteinander einen Vvinkel pC bilden, Fig.7 eine seitliche Teilansicht des Kompensators aus der

Figur 6 und
Fig.8 eine räumliche Darstellung eines Teiles eines Ringes des Kompensators nach der Figur 6.

Der in der Figur 1 dargestellte Kompensator enthält einen deformierbaren Balg 1, welcher mit der Hilfe von Ringen 4 und 5 mit Endbiichsen 2 und 3 verbunden ist. Die Ringe dienen zum Festklemmen der Enden des Balges 1 auf den Büchsen.

Der Balg 1 enthält an seiner Seitenfläche Rippen 6, zwischen welchen sich Nuten 7 befinden. In jeder Nut 7 ist ein kreisförmiger Ring 8 (Figur 4) angeordnet. Der Ring ist mit zwei diametral entgegengesetzt angeordneten Vorsprüngen 9 versehen. Jeder Vorsprung 9 enthält einen Einschnitt 10. Die Ringe 8 sind mit in einer Linie befindlichen Vorsprüngen 9 angeordnet. Eine diametrale Ebene, welche durch die Achse des Kompensators führt, führt gleichzeitig auch durch die Einschnitte der einzelnen Ringe.

An beiden Büchsen 2 und 3 sind an diametral entgegengesetzt befindlichen Stellen Stützen 11 befestigt, durch welche je ein Zapfen 12 durchgeführt ist. Die Büchsen 2 und 3 Bind miteinander durch zwei endlos ei Seile 14 verbanden, welche aus miteinairöer verflochtenen '!Drähten "bestehen und je an zwei

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Zapfen 12 befestigt sind. Die Seile 14 verlaufen durch die Eischnitte 10 der einzelnen Ringe 8 (Figur 3).

Die Ausführungsfοnn nach der Figur 2"unterscheidet sich von der nach der Figur 1 dadurch, dass an der Stelle der Seile 14 zwei Bänder 21 vorgesehen sind, welche die beiden Büchsen 2 und 3 miteinander verbinden und je aus mehreren dünnen metallischen Schichten 22 bestehen.

Die Bänder 21, welche endlos sind, können mit den Büchsen 2 und 3 z.B. durch Stangen 24 verbunden sein, welche durch die Büchsen entlang eines Durchmessers durchgeführt sind. An den Enden der Stange 24 befinden sich Scheiben 25 und Muttern 26, welche ein Lösen der Bänder 21 verhindern. Die Bänder 21 werden auf diese Weise in den einzelnen Einschnitten 10 der Ringe 8 festgehalten.

Die Bänder 21 können auf verschiedene Weise hergestellt sein. Sie können z.B. aus mehreren dünnen Schichten 22 bestehen, von denen jede einen Ring bildet, welcher zugeschnitten und. an den Enden miteinander verschweisst ist, wobei die Schweissstellen in entsprechender Weise gegenseitig versetzt sind. Sie können jedoch auch aus mehreren Wicklungen einer dünnen · Schicht bestehen, deren Enden am,Band festgeschweisst sind.

Die Figur 6 zeigt eine dritte Ausführung des erfindungsgemässen Kompensators. Dieser enthält Ringe 33,die in den Nuten 7 des Balges 1 angeordnet sind und eine Form haben, die von der des Ringes 8 abweicht. Die Ringe 33 sind kreisförmig und enthalten

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zwei Zapfen 34, die diametral entgegengesetzt angeordnet sind und nach aussen gerichtet sind. Die Zapfen sind in Bohrungen 35 (Figur 6) eingeführt, die in Gliedern 36 ausgebildet sind, welche paarweise eine Kette 37 bilden'. An den Enden der Kette 37 befinden sich Augen 38. Die Augen 38 sind durch Muttern 40 an Stangen 39 befestigt (Figur 7). Die Stangen 39 führen diametral durch die Büchsen 2 und 3.

Die Ringe 8 und 33, welche bei den verschiedenen Ausführungsformen des Kompensators verwendet werden, können in verschiedener Weise ausgebildet sein. So können sie z.B. aus einem einzigen Stück bestehen. Zu diesem Zweck muss der Balg 1 in einer geeigneten Maschine erst nach der Anordnung der einzelnen Ringe so deformiert werden, dass die Rippen 6 und die Nuten entstehen. Die Ringe können jedoch auch zweiteilig sein, wobei die beiden Teile getrennt in die Nuten 7 eingeführt und darauf miteinander verbunden werden.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Kompensators ist wie folgt.

Wenn eine Büchse gegenüber der anderen winkelmässig "bewegt wird, nimmt der Kompensator die in der Figur 6 für die dritte Ausführungsform dargestellte Stellung ein. Dabei verläuft die Achse des Balges 1 im wesentlichen entlang eines Kreisbogens.

Die Kräfte, welche auf die einzelnen Wellen des Balges 1 wirken und durch die Differenzen der Kräfte gebildet werden, welche an der Innenseite der Biegelinie und an ihrer Aussenseite wirken, werden durch die Führung aufgenommen, welche aus den

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Hingen 8 oder 33>den Seilen oder den Bändern 21_$bzw. den Gliedern-- 36 der Kette 37 bestehen. Die Kette 37, das Seil 14 oder das Band 21 sind daher durch Kräfte belastet, welche durch die auf die Büchsen 2 und 3 wirkenden resultierenden Kräfte sowie durch radiale Kräfte entstehen, welche an jeder Berührungssteile mit den Zapfen 34 "bzw. mit den Vorsprüngen 9 wirken. Die Kräfte haben zur 'Folge? dass das Seil 14» das Band 21 oder die Kette 37 eine Form einnehmen, die im wesentlichen einem Kreisbogen entspricht.,

Auf diese Weise werden die bei den bekannten Kondensatoren auftretenden Schwierigkeiten vermieden«, Bei den beschriebenen Ausführung sformen nehmen die Bälge auch bei grossen axialen längen und grossen inneren Ueberdrücken die Form eines Kreisbogens ein, Dadurch wird die Gefahr vermieden» dass örtlich Spannungen entstehen, welche die maximal zulässigen Werte überschreiten.

Da das Seil 14» das Band 21 und die Kette 37 nicht dehnbar, d.h. bezüglich Dehnung starr'sind, wird auch der zweite erwähnte Nachteil der bekannten Kompensatoren vermieden. Die Länge des Balges 1 verändert sich bei einer winkelmässigen Deformation nicht, unabhängig von ihrer Grosse. Auf diese Weise wird ein axiales Zusammendrücken des Balges vermieden.

Der erfindungsgemässe Kompensator enthält somit die Verbindung eines deformierbaren Balges 1 mit grosser radialer Starrheit, welcher einem hohen inneren Ueberdruck ausgesetzt werden.kann und eine geringe Steifigkeit bei piner Biegung um seine Achse sowie in axialer Richtung hat_s mit einer Anordnung von Ver-

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bindungselementen, welche nicht dehnbar sind. Dadurch wird eine Deformation des Balges in axialer Richtung vermieden, wobei die Biegsamkeit der Verbindungselemente ihr Anpassen an die Krümmungslinie der Achse des Balges gestattet.

Ein nichtdehnbares Element, wie z.B. die Kette 37, das Seil 14 oder das Band 21, das an beiden Enden befestigt ist, nimmt unter dem Einfluss von gleichmässig verteilten senkrecht wirkenden Kräften die Form eines Kreisbogens an. Wenn das Verbindungselement mit den Endbüchsen 2 und 3 verbunden wird und durch die Ringe 33 und θ senkrecht wirkenden Kräften unterzogen wird, werden das Element wie auch der mit ihm verbundene Balg in der Form eines Kreisbogens deformiert.

Bei der Ausführungsform nach der Figur 1 entsteht bei einer winkelmässigen Deformation eine Gleitbewegung zwischen den einzelnen Drähten des Seiles 14.

Eine ähnliche Gleitbewegung entsteht auch zwischen den einzelnen Schichten 22 des Bandes 21. Zur Erleichterung der Gleitbewegung zwischen den einzelnen Schichten 22 können zwischen diesen Folien eines Materiales mit kleinem Reibungswiderstand eingelegt sein. Für diese Zwecke ist z.B. das unter der Markenbezeichnung "Teflon" bekannte Material geeignet. Je eine solche Folie kann auch an der Innenseite und an der Aussenseite des Bandes 21 angeordnet sein,um eine Gleitbewegung zwischen dem Band 21 , den Stangen 24 und den Vorsprüngen 9 der Ringe zu erleichtern.

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Damit ein Entgleiten des Seiles 14 oder des Bandes 21 aus den Einschnitten 10 verhindert wird, können an den Vorsprüngen 9 der Ringe 8 geeignete nichtdargesteilte Elemente befestigt sein, welche die Einschnitte 10.oben verschliessen.

Ausserdem können jeweils zwischen zwei benachbarten Ringen 8 im Bereich der Vorsprünge 9 nichtdargestellte Verbindungsteile wie z.B. kleine Kugeln oder Stifte angeordnet sein, welche gegenseitige Gleitbewegungen der Ringe 8 verhindern.

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Claims

Patentansprüche

1. J Kompensator far grosse winkelmässige Deformationen mit einem deformierbaren Ring, welcher an seinen Enden mit je einer Buchse versehen ist, gekennzeichnet durch bezüglich Dehnung starre,jedoch biegsame Verbindungselemente (14»21,37), die an den Büchsen (2,3) und am Balg (l) befestigt sind, derart, dass sie eine Führung für den Kompensator bilden, welche gewährleistet, dass sich der defonnierbare Balg (l) bei innerem Ueberdrück, wenn die Achsen der Büchsen (2,3) miteinander einen in einer EDene liegenden Winkel bilden, mit der Achse entlang einer Linie einstellt, die in der Ebene. liegt und eine konstante Krümmung hat.

2. Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Nuten (7) des Balges (l) Ringe (8) angeordnet sind, welche mit zwei diametral entgegengesetzt angeordneten Vorsprüngen (9) versehen sind, die Einscnnitte (10) aufweisen, wobei die Ringe (8) derart angeordnet'sind, dass eine durch die Achse des Kampensators führende diametrale Ebene gleichzeitig durch alle Einschnitte (10) führt, und die Verbindungselemente (14,21) durch die Einschnitte (10) durchgeführt sind.

3. Kompensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente zwei Seile (14) sind, von denen jedes an den beiden Büchsen (2,3) befestigt ist und in den Einschnitten (10) geführt ist.

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4. Kompensator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet!, dass das Seil (14) endlos ist»

5. Kompensator nach Anspruch 2„ dadurch gekennzeichnet* dass die Verbindungselemente zwei Bänder (21) sind, welche aus mehreren. Schichten (22)" "bestehen,, wobei jedes Band· (21) an den beiden Büchsen (2,3) befestigt ist und in den Einschnitten (10) geführt ist. .

6. Kompensator nach Anspruch 5_S dadurch gekennzeichnet dass zwischen den Schichten (22) der Bänder (21) Schichten eines Materiales mit kleinem Reibungswiderstand angeordnet sind«, ' ~ .

7. Kompensator nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet!, dass in den Nuten (7) des Balges (1) Ringe (33) angeordnet sind, welche mit diametral entgegengesetzt angeordneten Zap-·· fen (34) versehen.sind, die derart angeordnet sind₉ dass eine durch die Achse des Kompensator® führende diametrale Ebene gleichzeitig durch alle Zapfen (34) führt, wobei die Verbindungselemente mit den Zapfen (34) verbunden sind«,

8. Kompensator nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet,

dass die zwei Verbindungselemente zwei Ketten (37) sind, wobei jede Kette an den beiden Büchsen (2*3) befestigt ist und die Zapfen (34) eine Verbindung der einzelnen Glieder (36) der Kette (37) bilden.

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9. Kompensator nach Anspruch 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (8,33) aus zwei miteinander verbundenen Teilen besteneri.

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