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Bewegungsaufnehmer, insbesondere als Dehnungsausgleicher für Rohrleitungen
Die Erfindung bezieht sich auf Bewegungsaufnehmer für Hüllen von Medien in nicht
festem Aggregatzustand, insbesondere als Dehnungsausgleicher für Rohrleitungen und
hohle Apparateverbindungen sowie zur Schwingungs- und Geräuschdämpfung, bei denen
die Bewegungsaufnahme durch elastische Verformung oder mit gleitender Reibung erfolgt.
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Bei den bisher bekanntgewordenen Ausführungsarten von Bewegungsaufnehmern
als Dehnungsausgleicher oder Schwingungsdämpfer erfolgt die Bewegungsaufnahme durch
wegabhängige Formänderungsarbeit oder durch reibungsabhängige Gleitung bei Stopfbuchskonstruktionen.
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Diese Ausführungen weisen nachstehend genannte Eigenschaften auf,
die sich nachteilig auswirken oder den Anwendungsbereich einschränken.
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U-Bogen-Form oder lange Abwinklungen bei Rohrleitungen zur Dehnungsaufnahme
erfordern hohen Werkstoffaufwand und großen Platzbedarf. Bei linsenförmigen Erweiterungen
entstehen hohe, vom Mediumdruck abhängige axiale Schubkräfte. Metallische Ausführungen
besitzen ein geringes Dämpfungsvermögen gegen Körperschallübertragungen. Stopfbuchsausführungen
sind aufgrund veränderlichen Reibungswiderstandes, infolge Verschleißerscheinungen
oder Verschmutzung, wartungsabhängig. Andere Ausführungen aus hochelastischen Werkstoffen
mit geringerer wegabhängiger Formänderungsarbeit haben insbesondere bei größeren
Weiten eine geringe Druckfestigkeit.
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Die Erfindung besteht darin, daß hohle Anschlußteile hohl und elastisch
beweglich verbunden sind, wobei die Verbindung für eine vom Bewegungsweg unabhängige
Beanspruchung gestaltet und druckentlastend geschützt ist.
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Ein hohles elastisches Zwischenstück, als Ganzes oder unterteilt,
ist beidseitig mit hohlen Anschlußteilen verbunden. Das elastische Zwischenstück
ist ein- oder beidseitig zur Formung einer Rollmembrane umgestülpt. Die Rollmenbrane
ist mit einem festen Hohlkörper zur Druckentlastung versehen. Dieser Hohl körper,
als Ganzes oder beliebig unterteilt, ist je nach Druckbeaufschlagung durch ein Medium
in nicht festem Aggregatzustand, innerhalb oder außerhalb der Rollmenbrane angeordnet.
Beispielsweise ist bei innerem Oberdruck oder äußerem Unterdruck der Hohl körper
als Aussenhülle und bei äußerem Oberdruck oder innerem Unterdruck als innerer Stützkörper
für die Rollmembrane gestaltet. Für die Aufnahme der Rollmembrane mit Umstülpung
ist zwischen Anschlußteil und Hohl körper ein radialer Abstand vorgesehen.
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Bei einer derartigen Ausbildung des Bewegungsaufnehmers wird die Beweglichkeit
durch die Umstülpung des elastischen Zwischenstükkes zu einer Rollmembrane erreicht.
Werden die hohlen Anschlußteile axial von- oder gegeneinander verschoben, so erfolgt
eine Umstülpung mit ab- oder zunehmender Tiefe. Die durch axiale Bewegung veränderliche
Umstülpung der Rollmembrane bewirkt einen Abwälzvorgang der Rollmembrane entlang
den Wänden des Zwischenraumes, der durch Hohl körper und Anschlußteil gebildet wird.
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Durch den Abwälzvorgang ist die für eine Bewegung zu leistende Formänderungsarbeit
unabhängig vom Verschiebungsweg. Durch einfache Längenfestlegung für die Rollmembrane
und den Hohl körper lassen sich beliebig lange Verschiebungswege erzielen. Je nachdem,
ob die Umstülpung ein- oder beidseitig vorgenommen wird, entsteht ein Bewegungsaufnehmer
mit ein- oder doppelseitiger Wirkung. Der Hohl körper verhütet eine Deformierung
der Rollmembrane in radialer Richtung nach außen.
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Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Rollmembrane als schlauchförmiges
Teil mit Verjüngung oder Erweiterung an der Umstülpungsseite geformt ist, und zwar
bei innerem Überdruck mit Verjüngung und bei äußerem Überdruck mit Erweiterung.
Die Verjüngung oder Erweiterung ist der Weite für das betreffende Anschlußteil und
die übrige Weite dem Hohl körper angepaßt.
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Diese Form der Rollmembrane ermöglicht eine einfache Verbindung mit
einem Anschlußteil, beispielsweise durch geeignete Befestigungselemente in der Art
von Klemmringen oder Spannbändern, und verhütet durch den Abstand der sich infolge
Umstülpung gegenüberliegenden Wände der Rollmembrane Berührung oder Reibung aufgrund
gegenläufiger Bewegung beim Abwälzvorgang.
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Eine äußerst vorteilhafte Ausführung bei innerem Überdruck ergibt
sich durch doppelte Umstülpung der Rollmembrane, bei der eine Umstülpung enganliegend
über die Befestigungsstelle am An-Anschlußteil hinweg erfolgt und die zweite Umstülpung
die eigentliche Rollmembrane formt.
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Die über der Befestigungsstelle liegende Umstülpung erzeugt eine zusätzliche,
für die Dichtigkeit günstige Haftreibungsfläche, welche dem inneren Überdruck ausgesetzt
ist. Steigender Oberdruck bewirkt durch erhöhte Pressung an den Dichtstellen eine
Zunahme der Haftreibung. Weiterhin befinden sich vorgesehene Befestigungselemente
für die Rollmembrane auf der Außenseite der Medlumshülle und können durch aggressive
Medien nicht berührt werden.
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Zur Ausgestaltung der Erfindung sind am Hohl körper zweckmäßig ausgebildete
Enstücke angeformt oder beliebig befestigt, die den Zwischenraum zum Anschlußteil
bis auf ein vorgesehenes Spiel ausfüllen und die Rollmembrane zentrieren. Vorzugsweise
überragt der Hohl körper die Rollmembrane.
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Durch Wahl eines geeigneten Werkstoffes für die Rollmembrane mit entsprechenden
Dehnungseigenschaften wird die Rollmembrane bei Druckbeanspruchung gedehnt an Hohl
körper, Endstück und Anschlußteil gepreßt und ist damit über die gesamte Oberfläche
druckentlastend gekapselt. Radiale Verschiebungen der Anschlußteile oder Winkelbewegungen
werden durch das vorgesehene Spiel zwischen Endstück und Anschlußteil aufgenommen.
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Wird der Bewegungsaufnehmer durch inkompressibele, flüssige Medien
beaufschlagt, ist es zweckmäßig, den Hohl körper so weit über die Rollmembrane hinaus
zu verlängern, daß bei normalem Betriebsdruck und festgelegtem maximalen Bewegungsweg
ein restlicher Raum zwischen Endstück und Rollmembrane erhalten bleibt.
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Hierdurch werden auftretende Druckstöße durch zusätzliche Dehnung
der Rollmembrane bis zum Endstück als Begrenzung unter Yolumenvergrößerung aufgenommen
und wirksam gedämpft.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Bewegungsaufnehmer ein-
oder beidseitig mit verlängerten Anschlußteilen ausgestattet. über diese hinweg,
am eigentlichen Bewegungsaufnehmer anschließend, werden durch zusätzliche Bauteile
beliebig viele Kammern als Sicherheitskammern gebildet. Eine Sicherheitskammer besteht
aus einem verlängerten Anschlußteil, einer Sicherheitsrollmembrane und einem Sicherheitshohlkörper.
Der Sicherheitshohikörper ist an einer Stelle mit einem Endstück versehen und an
der anderen Seite am Endstück des Bewegungsaufnehmers, welches als verbindendes
Formstück gestaltet ist, angebracht. Die Sicherheitsrollmembrane ist einerseits
am Formstück und mit der Umstülpungsseite am verlängerten Anschlußteil des Bewegungsaufnehmers
befestigt. Zweckmäßigerweise ist das Formstück mit beliebig vielen Kanälen versehen,
die beispielsweise durch Bohrungen gebildet werden und vom Inneren der Sicherheitskammer
nach außen geführt sind. Sind mehrere Sicherheitskammern hintereinander angeordnet,
so ist das jeweilige Endstück am Sicherheitshohlkörper zum Anschluß der nächsten
Kammer als Formstück
ausgebildet. Die Rollmembrane des Bewegungsaufnehmers
stellt bei dieser Ausführung die Hauptrollmembrane dar.
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Bewegungen, welche einen Abwälzvorgang oder eine Dehnung der Hauptrollmembrane
verursachen, bewirken einen gleichen Vorgang der Sicherheitsrollmembrane in der
Sicherheitskammer, entlang den Wänden von Sicherheitshohikörper und verlängertem
Anschlußteil. Eine axiale Dehnung der Sicherheitsrollmembrane wird durch das Endstück
begrenzt. Bei Undichtigkeiten der Haupt olimembrane gelangt das geführte Medium
über den Spalt, der durch Spiel zwischen Anschlußteil und Formstück entsteht, in
den aum, der von der Sicherheitsrollmembrane umhüllt ist. Die Sicherheitsrollmembrane
übernimmt die Abdichtung nach außen unter gleicher Arbeitsweise wie vorher die Hauptrollmembrane.
Somit bleibt die Funktion des Bewegungsaufnehmers ohne Beeinträchtigung erhalten.
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Sind mehrere Sicherheitskammern hintereinander angeordnet, wird die
Sicherheitsfunktion bei Ausfall einer Kammer durch Undichtigkeit jeweils durch die
nächstfolgende iioernommen. An die Kanäle, von Sicherheitskammer durch Formstück
nach außen geführt, können vorteilhaft Zusatzeinrichtungen angeschlossen werden.
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Beispielsweise können Überwachungseinrichtungen vorgesehen werden,
welche Undichtigkeiten signalisieren oder einen Steuervorgang auslösen. Die Kanalverbindung
kann ebenfalls zur Beaufschlagung durch andere Medien dienen, beispielsweise zur
Dämpfung von Druckstößen oder Schwingungen. Außerdem kann bei Einsatz des Bewegungsaufnehmers
für hohen Überdruck eine Beaufschlagung der Sicherheitskammern mit Zwischenstück
erfolgen. Die erzeugte Druckunterteilung entlastet die Hauptrollmembrane durch Lastverteilung
auf mehrere Rollmembranen.
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Die Erfindung ist in Schnittzeichnungen für 3 Ausführungsformen beispielsweise
dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.
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FIG. 1 zeigt einen doppelseitig wirkenden Bewegungsaufnehmer für Rohrleitungen
mit innerem Überdruck.
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Der Bewegungsaufnehmer besteht aus den beiden Rohrteilen (1), auf
welchen die Rollmembrane (2) mit den verjüngten Enden durch die Befestigungselemente
(i) gehalten und über diese gestülpt ist, sowie dem Schutzrohr (3) mit den beidseitig
daran angebrachten Endstücken (4). Die Endstücke (4) haben ein konisches Spiel zu
den Rohrteilen (l) und besitzen eine Hohikehle auf den sich gegenüberliegenden Seiten,
die den Umstülpungen der Rollmembrane (2) zugewandt ist. Zwischen Rollmembrane (2)
und den Endstücken (4) ist der Zwischenraum (6). Das Schutzrohr (3) hat einen radialen
Abstand von den Rohrteilen (1) und ist der Weite der Rollmembrane (2) angepaßt.
Die Rollmembrane (2) wird durch das Schutzrohr (3) mit den Endstücken (4) umhüllt.
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Eine Bewegung der Rohrteile (1) zu- oder gegeneinander in axialer
Richtung bewirkt ein Abwälzen der Rollmembrane (2) entlang den Außenwänden der Rohrteile
(1) und der Innenwand des Schutzrohres (3). Bei innerem Überdruck dehnt sich die
Rollmembrane (2), legt sich an die Hohlkehle der Endstücke (4) an und wird durch
die Umhüllung mit Schutzrohr (3) gegen unerwünschte Deformierung geschützt. Die
dargestellte Befestigungsart mit Umstülpung der Rollmembrane (2) über die Befestigungselemente
(5) schützt diese durch die außenseitige Anordnung gegen aggressive Medien und gewährleistet
Dichtigkeit bei steigendem Innendruck durch erhöhte Anpressung der Rollmembrane
(2) auf die Rohrteile (1).
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Bei vorwiegender Anwendung des Bewegungsaufnehmers als Schwingungsdämpfer
ist es vorteilhaft, das Schutzrohr (3) so weit zu verlängern, daß beiderseits der
Rollmembrane (2) zwischen dieser und den Endstücken (4) durch die Dehnung der Rollmembrane
(2) in die Räume (6) Druckstöße aufgefangen werden. Die Zweckmäßigkeit dieser Ausführung
zeigt sich auch bei hohem Innendruck, weil sich die Rollmembrane (2) bei Betriebsdruck
aufgrund der Dehnbarkeit des Membranwerkstoffes an die Hohl kehle der beiden Endstücke
(4) anlegt und nicht überdehnt wird.
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FIG. 2 zeigt einen doppelseitig wirkenden Bewegungsaufnehmer für Rohrleitungen
mit innerem Unterdruck.
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In die beiderseits erweiterte Rollmembrane (9) sind die Rohrteile
(7) eingeschoben und werden durch die Befestigungselemente (10) gehalten, Die Rollmembrane
(9') ist beiderseits in die Rohrteile (7) eingestülpt. Im Inneren der Rollmembrane
(9) und in die Rohrteile (7) hineinragend befindet sich das Schutzrohr (8), das
an beiden Seiten mit den Endstücken (11) versehen ist.
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Die Endstücke (11) sind mit konischem Spiel zur lichten Weite der
Rohrteile (7) geformt und mit einer Hohl kehle auf der Seite zur Rollmembrane (9)
versehen.
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Eine Bewegung der Rohrteile (7) zu- oder gegeneinander in axiale ler
Richtung bewirkt einen Abwälzvorgang der Rollmembrane (9) entlang den Innenwänden
der Rohrteile (7) und der Außenwand des Schutzrohres (8). Bei innerem Unterdruck
dehnt sich die Rollmembrane (9), legt sich an die Hohlkehlen der Endstücke (11)
an und wird durch das innere Schutzrohr (8) gegen unerwünschte radiale Deformierung
geschützt.
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FIG. 3 zeigt im Schnittdetail einen Bewegungsaufnehmer mit zusätzlicher
Sicherheitskammer für Rohrleitungen mit innerem Überdruck.
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Die Sicherheitskammer besteht aus verlängertem Rohrteil (1), Sicherheitsrollmembrane
(13), Befestigungselementet(5) und (10), Sicherheitsschutzrohr <14) mit Endstück
(4) und Formstück (12).
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Das Formstück (12) ist an einer Stelle ausgekehlt und mit dieser Seite
der Hauptrollmembrane (2) zugewandt, gleichzeitig als Endstück dienend, am Hauptschutzrohr
(3) angebracht. Durch eine Zentralöffnung mit konischem Spiel im Formstück (12)
ist das Rohrteil (1) eingeschoben und an der umgestülpten Verjüngungsstelle der
Hauptrollmembrane (2) mit dieser unter Verwendung von Befestigungselement (5) verbunden.
Auf der anderen Seite des Formstückes (12) ist in bestimmter Entfernung die Sicherheitsrollmembrane
(13)
mit der umgestülpten Verjüngung ebenfalls auf dem Rohrteil (1) unter Zuhilfenahme
eines Befestigungselementes (5) befestigt. Die andere Seite der Sicherheitsrollmembrane
(13) ist auf einem Absatz des Formstückes (12) unter Verwendung von Befestigunyselernent
(1) angebracht Als Hiille fur die Sicherheitsrollmembrane (13) ist das Sicherheitsschutzrohr
(.14) nit einer Seite am Formstück (12) befestigt und an der anderen Seite, welche
die Sicherheitsrollmembrane (13) überragt, mit einem Endstück (4) ausgerüstet. Das
Formstück (123 ist mit Bohrungen versehen, welche einen Kanal (16) vom Slcherheitsraum
(15), der durch die Sicherheitsrollmembrane (13) umhüllt ist, nach außen herstellen.
Sowohl zwischen Formstück (12) und der Hauptrollmembrane (2) als auch zwischen Endstück
(4) und Sicherheitsrollmembrane (13) befinden sich Zwischenräume (6) zur Aufnahme
der Dehnung und Führung der Rollmembranen (2,13) beim Abwälzvorgang.
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Bei Undichtigkeiten der Hauptrollmembrane (2) dringt durch den Spalt,
der durch Spiel zwischen Rohrteil (1) und Formstück (12) gebildet wird, das umhüllte
Medium in den Sicherheitsraum (15).
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Die Sicherheitsrollmembrane (13) übernimmt die dichtende Funktion
der Hauptrollmembrane (2), ohne daß die Arbeitsweise des Bewegungsaufnehmers beeinträchtigt
wird. Der vom Sicherheitsraum (15) nach außen geführte Kanal (16) dient zum Anschluß
von Überwachungseinrichtungen und der Zuführung von Zwischendruck oder Dämpfungsmedien.