DE2351539A1

DE2351539A1 - Gelenkkompensator

Info

Publication number: DE2351539A1
Application number: DE19732351539
Authority: DE
Inventors: Franz Buchauer
Original assignee: PFORZHEIM METALLSCHLAUCH; Metallschlauch Fabrik Pforzheim Vorm HCH Witzenmann GmbH
Current assignee: PFORZHEIM METALLSCHLAUCH; Metallschlauch Fabrik Pforzheim Vorm HCH Witzenmann GmbH
Priority date: 1973-10-13
Filing date: 1973-10-13
Publication date: 1975-04-30
Also published as: SE7412772L; FR2247664A1; DE2351539B2; BE821006A; NL7413409A

Description

DIPL.-ING. R. LEMCKE 9 TRI R Q Q

Patentanwalt C- ν P ' vvv

Patentanwalt
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Metallschlauch-Fabrik Pforzheim (vorm. Hch. Witzenmann) Gesellschaft mit beschränkter Haftung, 7530 Pforzheim, Östliche Karl-»Friedrich-Straße 134

Gelen ^kompensator

Die Erfindung betrifft einen Gelenkkornpensator für quer zu seiner Achse erfolgende Längenänderungen oder Längenänderungskomponenten an ihm angeschlossener Rohrleitungen, bei dem zwischen zwei Rohrabschnitten

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wenigstens ein elastisches Rohrteil in Form eines Balges od. dgl. eingebaut ist und die beiden Rohrabschnitte -durch mindestens zwei an ihnen befestigte, an der Außenseite des Kompensators angeordnete Zugglieder gekoppelt sind, die je aus -mindestens zwei Armen bestehen, welche sich an ihrem freien, zwischen den Rohrabschnitten gelegenen Ende überdecken und dort gelenkig miteinander verbunden sind.

Bei.derartigen bekannten Kompensatoren sind die Arme im Überdeckungsbereich durch einen Bolzen gelenkig miteinander verbunden. Dies bedingt durch die hohen, über die Arme abzustützenden Zugkräfte, die beispielsweise eine Größe von 30 to annehmen können, erhebliche Reibkräfte zwischen Bolzen und Armen, die bald zum Pressen innerhalb der Gelenkverbindung führen können, womit der Kompensator hinsichtlich seiner Betriebssicherheit beeinträchtigt oder gar unbrauchbar v/ird.

Außerdem stehen am Bolzen erhebliche Kippkräfte und damit einhergehende Kantenpressung an. TJm dem zu begegnen, hat man daher auch schon einen der Arme als Doppelarm ausgebildet, der beiderseits des zugeordneten- anderen Armes am Bolzen angreift. Auch hiermit können jedoch die genannten Verschleißerscheinungen allenfalls etwas herabgesetzt, jedoch nicht behogen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Zugglieder

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eines Gelenkkompensators so gelenkig miteinander zu verbinden, daß bei Auslenkbewegungen Reibkräfte nicht mehr auftreten können. Darüber hinaus soll gleichzeitig die Ausbildung und Anordnung der Zugglieder vereinfacht und vereinheitlicht werden, um deren Herstellungs- und Verarbeitungskosten und damit insgesamt die Gestehungskosten eines Gelenkkompensators herabzusetzen.

Diese Aufgabe ist ausgehend von einem Gelenkkompeiisator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, gelöst, daß jeder Arm im gemeinsamen Überdekkungsbereich einen radial zum Kompensator auf den anderen Arm zu gerichteten Vorsprung aufweist, daß die Vorsprünge sich hintergreifen und unter der Zugkraft mit ihren einander gegenüberstehenden, zum Kompensator radialen Flächen gegeneinander abgestützt sind und daß die Stützflächen mit in entgegengesetzt gerichteten, gleichen Kreisbögen um eine auf der Quermitte der Arme gelegene Achse geführten Verzahnungen ineinandergreifen.

Durch diese erfindungsgemäß getroffenen Maßnahmen wälzen sich die Arme im Gelenkbereich mit an ihnen gebildeten Flächen reibungsfrei aneinander ab, wobei durch die Verzahnung ein solcher gegenseitiger Formschluß besteht, daß sich die Arme unter der in Tangentialrichtung der Kreisbögen entstehenden Zugkraftkomponente nicht gegeneinander verschieben können. Außerdem können die Arme als einheitliche Teile, bei-

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-spielsweise Gußteile, sogleich verarbeitungsfertig hergestellt werden, wodurch sich nicht nur deren Herstellungskosten und deren Lagerhaltung erniedrigen, sondern auch die Verarbeitung durch unmittelbares Anbringen an die Rohrabschnitte erfolgen kann.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, daß jede der Stützflächen zwei radial zum Kompensator nebeneinanderliegende Verzahnungen aufweist und daß die Verzahnungen auf dem Kreisbogen um den Betrag einer halben Teilung gegeneinander versetzt sind.

Diese Maßnahme hat den Vorzug, daß die beiderseitigen Verzahnungen immer an zwei bezogen· auf den Kreisbogen einander unter gleichem Winkel entgegengesetzt gerichteten Flankenteilen in Anlage sind, wodurch in der* anhand der Pig. noch im einzelnen erläuterten V/eise auf die Arme wirkende Querkräfte sich gegenseitig abstützen.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die Verzahnung bzw. die Verzahnungen über den Kreisbogen sinusförmigen Verlauf hat bzw. haben. Selbstverständlich

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erscheint es in diesem Zusammenhang, daß einer solchen Verzahnung über den Radius des erzeugenden Kreises eine Größe und ein Verlauf derart gegeben wird, daß einerseits bei zu großem erzeugenden Kreis nicht die vorstehend erwähnte Seitenstabilität bzw. Querkraftabstützung beeinträchtigt wird, andererseits aber auch bei zu kleine:;, erzeugenden Kreis nicht eine Verzahnung entsteht, die unter den auftretenden Zugkräften einer zu hohen Hertz'sehen Pressung und damit der Gefahr der Grübchenbildung unterliegt.

In Weiterbildung der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die Achse des Kreisbogens mit dem freien Längsende des zugeordneten Armes zusammenfällt, daß das Längsende in Form eines Halbkreises um eine auf der Quermitte des Armes gelegene Achse abgerundet ist, daß der Radius des Kreisbogens dem doppelten Radius der Abrundung entspricht, daß die Abrundung jedes Armes durch einen sich quer zum benachbarten Arm geradlinig erstreckenden, L-förmigen Steg übergriffen ist und daß der zum Kompensator radiale Schenkel des Steges geringen Abstand gegenüber der Abrundung hat.

Durch diese Maßnahmen sind die miteinander in Eingrirf befindlichen Arme zusätzlich gegen Kippen um eine quer zu ihrer Schwenkachse gelegene Achse gesichert und es ist außerdem dafür gesorgt, daß auch hin und wieder infolge Unterdruckbildung bei Abkühlung des Leitungssystems anstelle der Zugkräfte auftretende,

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in der Regel aber viel kleinere Druckkräfte abgestützt werden können.

Sind nach den durch die Erfindung geschaffenen Möglichkeiten die mit den Rohrabschnitten zu verbindenden Arme einheitliche Gußteile, so ist es zweckmäßig, sie verbindungsseitig an· beiden Längsseiten mit.sich .zu den Armflächen senkrecht erstreckenden, beide Armflächen überragenden Stegen einstückig zu versehen. Hierdurch weisen die Arme von der Herstellung her gleich auch die Mittel zu ihrer Verbindung mit den Rohrabschnitten auf, wobei jeweils nur vorher die Stegteile auf der Armseite entfernt zu werden brauchen, die dem zugeordneten Rohrabschnitt abgewandt ist.

Schließlich versteht es sich von selbst, daß bei Zuggliedern, die an den Rohrabschnitten befestigte Arme und ein zwischen diesen weiterhin angeordnetes Verbindungsglied -_t also zwei und mehr Gelenkstellen aufweisen, die erfindungsgemäßen Maßnahmen entsprechend Anwendung finden können.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 einen bekannten Gelenkkompensator mit

eine Gelenkstelle aufweisenden Zuggliedern;

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Fig. 2 einen "bekannten Gelenkkompensator mit

zwei Gelenkstellen aufweisenden Zuggliedern;

Pig. 3 einen Arm eines erfindungsgemäßen Zuggliedes in Draufsicht;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zugglied im .Gelenkbereich der
"beiden Arme bei gestrecktem Zugglied;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Gelenkstelle gemäß Fig. 4 bei ausgelenktem Zugglied und

Fig. 6 eine vereinfachte Darstellung des Gegenstandes der Fig. 5 unter Angabe der bei einer Zugkraft im einzelnen an der Gelenkstelle auftretenden Kräfte.

In Fig. 1 ist ein zum Stande der Technik gehörender Gelenkkompensator dargestellt, der zwei mit den Rohrleitungen verbundene Rohrabschnitte 1 und 2 aufweist, die ihrerseits durch einen beispielsweise metallenen Balg 3 miteinander verbunden sind.

Damit dieser Kompensator _rhohen, auf ihn einwirkenden Zugkräften standhalten kann, unter denen normalerweise der Balg 3 unzulässig verformt würde, sind die Rohrabsehnitte durch im ganzen mit 4 und 5 bezeichnete
Zugglieder gelenkig miteinander verbunden. Die Zugglieder weisen jeweils an den Rohrabschnitten 1 und über Stege 6 bis 9 beispielsweise angeschweißte Arme bis 13 auf, die in der Mitte des Kompensators ineinandergreifen und dort durch einen Bolzen 14, 15 ge-

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lenkig miteinander verbunden sind. Damit unter Zugbelastung am Bolzen keine Kippkraft"ansteht, sind die Arme 11 und 13 als die Arme 10 und 12 beidseitig überfgssende Doppelarme ausgebildet.

Wird der in I¹Ig. 1 dargestellte Kompensator seitlich um die durch die Bolzen 14 und 15 gebildete Achse unter gleichzeitiger Zugbelastung ausgelenkt, so entstehen zwischen den Bolzen 14 und 15 einerseits und den Armen 10 bis 13 andererseits hohe Reibkräfte, die erheblichen Verschleiß an diesem Gelenk zur Folge haben. Dies kann beispielsweise dazu führen, daß an den Bohrungen oder dem Bolzen von der Kreisform abweichende Ausnehmungen entstehen, die unter Belastung des Kompensators bei seiner allmählichen Auslenkung Stellen erhöhten Drehwiderstandes bilden, die dann unter erheblichem Anwachsen der auftretenden Kräfte nur sprunghaft und unter Gefahr für den Kompensator überwunden werden können.

In Fig. 2 ist ein solcher Kompensator dargestellt, der zwei Gelenkstellen aufweist. Er sitzt zwischen zwei Rohrleitungsanschlüssen 16 und 17, wobei, wie sich aus der gestrichelt dargestellten entspannten Lage ergibt, der Anschluß 16 feststehend und der Anschluß 17 in bezüglich des von 17 ausgehenden Rohres axialer Richtung quer zur Axialrichtung des Kompensators verschiebbar ist. Ähnlich wie der in Fig. 1 dargestellte Kompensator hat auch der Kompensator gemäß Fig. 2

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zwei anschließende Rohrabschnitte 18 und*19. An diese schließen sich jedoch je ein Balg 20 und 21 an, die ihrerseits wieder durch einen weiteren Rohrabschnitt miteinander verbunden sind. An den Rohrabschnitten und 19 sind mit-Fig. 1 vergleichbar Arme 23 und 24 befestigt, die sich jedoch nicht unmittelbar in gegenseitigem gelenkigem Eingriff befinden, sondern zwischen denen ein weiterer Arm 25 angeordnet ist, der einerseits mit dem Arm 23 und andererseits mit dem Arm 24 in gelenkiger Verbindung steht. Auch hier ist die gelenkige Verbindung durch Bolzen 26 und 27 mit den bereits anhand der Fig. 1 geschilderten Folgen gebildet.

In Fig. 3 ist ein Arm 30 gemäß der Erfindung dargestellt. Dieser zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, 4siehe auch Fig. 4), daß er einen auf den mit ihm zusammenwirkenden Arm 31 hin gerichteten Vor- . sprung 32 einstückig enthält, mit dem er einen entsprechenden Vorsprung 33 des Armes 31 hintergreift, wobei sich die beiderseitigen Vorsprünge 32 bzw. 33 unter der an den Armen 30 und 31 angreifenden Zugkraft gegeneinander abstützen. Die beiderseitigen Abstützflachen haben dabei je zwei entlang entgegengesetzt gekrümmten Kreisbögen 34 und 35 (siehe auch Fig. 5) verlaufende Verzahnungen 36 bis'39, mit denen sie ineinandergreifen und wobei die beiden Verzah- nungen 36, 37 bzw. 38, 39, die einem der Arme 30 bzw. 31 zugeordnet sind, entlang dem Kreisbogen 34 bzw.

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um eine halbe Teilung gegeneinander versetzt sind. Außerdem liegen die Verzahnungen, wie am besten anhand der Fig. 4 deutlich wird, radial zum Kompensator nebeneinander.·

Durch diese Gelenkverbindung zwischen den Armen 30 und 31 können sich die Arme über ihre ineinandergreifenden Verzahnungen bei Angularbewegungen aneinander abwälzen, ohne daß es zu nennenswerten Reibkräften

zwischen den beiden Teilen kommt.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel in den Pig. 3 bis 5 ist außerdem das Ende 40 bzw. 41 der Arme 30 bzw. 31 uni eine in deren Quermitte gelegene Achse 42 bzw. 43 abgerundet und es wird jeweils von einem L-förmigen Steg 44 bzw. 45 des benachbarten Armes überfangen, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß andererseits die Achse 46 und 47 der Kreisbögen 34 und 3.5 mit den Enden der ihnen zugeordneten Arme zusammenfällt. Dadurch sind die Arme 30 und 31 gegeneinander auch bezüglich Kippens um eine beispielsweise bezüglich Pig. 4 senkrecht zur Zeichenebene liegende Achse gesichert und es können auch geringfügige Druckkräfte aufgefangen werden, die die beiderseitigen Verzahnungen voneinander abzuheben suchen, weil der zum Kompensator radial gerichtete Schenkel 46 bzw. 47 der Stege 44 bzw. 45 den Abrundungen 40 bzw. 41 mit geringem Abstand gegenübersteht.

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In der dargestellten Weise können die die Zugglieder von Gelenkkompensatoren bildenden Arme als untereinander gleiche Bauteile hergestellt werden. Um ihre Weiterverarbeitung bzw. Anbringung durch den Herstellvorgang bereits ebenfalls zu erleichtern, kann dabei außerdem vorgesehen sein, d.aß, wie aus Fig. 3 ersichtlich, die Arme bezüglich der Rohrabschnitte verbindungsseitig senkrechte Stege 4-8 und 49 aufweisen, die sich über beide Oberflächenebenen der Arme hinaus erstrecken und von denen jeweils die Stegteile vor der Verbindung der Arme mit den Rohrabschnitten entfernt werden, die zur Pierstellung der Verbindung nicht erforderlich sind.

Fig. 6 zeigt zwei in gegenseitigem Eingriff befindliche Arme in einer gegenüber Fig. 5 gleichen Stellung, jedoch vereinfachten Darstellung. Dabei sind die Neigungen der gemäß Fig.. 5 gerade tragenden Verzahnungsstellen zu Traglinien 50 und 51 verlängert, entlang derer die Arme 30 und 31 aneinander anliegen. Außerdem sei zur einfacheren Betrachtung unterstellt, daß der Arm 30 bei 52 ortsfest angeordnet ist, während auf den Arm 31 eine Zugkraft 53 wirkt.

Diese Zugkraft wird an den Traglinien 50 und 51 in zwei Zugkrafthälften 54 und 55 aufgeteilt, die sich ihrerseits wieder in auf den Arm 30 wirkende Längskräfte 56 und 57 sowie Querkräfte 58 und 59 zerlegen lassen. Wie die Zeichnung ohne weiteres erkennen läßt, sind die Querkräfte 58 und 59 gegenläufig gerichtet.

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Claims

Patentansprüche

( 1J Gelenkkompensator für quer zu seiner Achse erfolgende Längenänderungen oder Längenänderungskomponenten an ihm angeschlossener Rohrleitunge n, "bei dem zwischen zwei Rohrabschnitten wenigstens ein elastisches Rohrteil in Form eines Balges od. dgl. eingebaut ist und die beiden Rohrabschnitte durch mindestens zwei an ihnen befestigte, an der Außenseite des Kompensators angeordnete Zugglieder gekoppelt sind, die je aus mindestens zwei Armen bestehen, welche sich an ihrem freien, zwischen den Rohrabschnitten gelegenen Ende überdecken und dort gelenkig miteinander verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Arm (30, 31) im gemeinsamen Überdeckungsbereich einen radial zum Kompensator auf den anderen Arm zu gerichteten Vorsprung (32, 33) aufweist, daß die Vorsprünge sich hintergreifen und unter der Zugkraft (53) mit ihren einander gegenüberstehenden, zum Kompensator radialen Flächen gegeneinander abgestützt und daß die Stützflächen mit in entgegengesetzt gerichteten, gleichen Kreisbögen (34, 35) um eine auf der Quermitte der Arme gelegene Achse (46, 47) geführten Verzahnungen'(36 bis 39) ineinandergreifen.
2. Gelenkkompensator nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß jede der Stützflächen (36 bis 39) zwei radial zum Kompensator nebeneinanderliegende Verzahnungen (36, 37 bzw. 38, 39) aufweist und daß die Verzahnungen auf dem Kreisbogen (34, 35) um den Betrag einer halben Teilung gegeneinander -versetzt sind.
3. Gelenkkompensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen über den Kreisbogen (34, 35) sinusförmigen Verlauf haben.
4. Gelenkkompensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (46, 47) jedes Kreisbogens (34, 35) mit dem freien längsende des zugeordneten Armes (30, 31) zusammenfällt, daß das Längsende in Form eines Halbkreises um eijje auf der Quermitte des Armes gelegene Achse (42, 43) abgerundet ist, daß der Radius des Kreisbogens (34, 35) dem doppelten Radius der Abrundung (40, 41) entspricht, daß die Abrundung jedes Armes durch einen sich quer zum benachbarten Arm geradlinig erstreckenden, L-förmigen Steg (44, 45) übergriffen ist und daß der zum Kompensator radiale Schenkel (46, 47) des Steges geringen Abstand gegenüber der Abrundung (40, 41) hat.
5. Gelenkkompensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Rohrabschnitten (1, 2; 18, 19) zu verbindenden Arme (30, 31) einheitliche Gußteile sind und verbin-

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dungsseitig an beiden Längsseiten sich zu den Armflächen senkrecht erstreckende, beide Arraflachen überragende Stege (48, 49) einstückig aufweisen.

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