-
Weichstoffkompensator
-
Die Erfindung bezieht sich auf einen Weichstoffkompensator mit einem
zur Aufnahme thermischer und mechanischer Dimensionsänderungen dienenden Weichstoff,
der mit einem wärmeführenden Metall Auflage- bzw. Einspannstellen bildet, wobei
Einrichtungen zur Verminderung einer Wärmeübertragung vom wärmeführenden Metall
zum Weichstoff vorgesehen sind.
-
Bisher wurden für die Herstellung des Weichstoffs derartiger Weichstoffkompensatoren
je nach Temperaturbedingungen verschiedene Materialien verwendet. Für normale Temperaturbeanspruchungen
dienten billige Gewebearten, beispielsweise Segeltuch, Baumwolle, Kunststoffgewebe
sowie auch Mischungen dieser Gewebearten. Bei höheren Temperaturen wurden Asbestfasern,
Glasfasern
oder Mischungen dieser als Matten und Gewebe eingesetzt.
-
Beim Einsatz unter besonders hohen Temperaturbedingungen, etwa über
45000, mußte man dicke Isolationsräume schaffen oder als Weichstoffe sehr teure
keramische Faserprodukte verwenden.
-
Die meisten technischen Anforderungen verlangten ferner eine gas-
oder flüssigkeitsdichteKonstruktion des Weichstoffkompensators, welche durch Folien
verschiedener Art oder kautschuk-oder gummibeschichtete Gewebe angestrebt wurde.
-
Die Verwendung der beschriebenen Materialien und Konstruktionen hatte
jedoch immer ihren schwachen Punkt im Flansch- und Einspannbereich zwischen dem
Weichstoff und dem wärmeführenden Metall (Bereiche a, a' in den Zeichnungsfiguren),
wo oft eine thermische Überlastung des Weichstoffs auftrat. Sogar wenn man den Weichstoff
in seinem nicht eingespannten Bereich durch besonders dicke wärmeisolierende Schichten
vor der an ihn herantretenden Wärme schützte, reichte dies immer noch nicht aus,
da der Weichstoff im Einspannbereich besonders hohen Temperaturen ausgesetzt war.
An diesen Einspannstellen trat somit oft eine Überhitzung des Weichstoffs auf, wobei
vor allem die dadurch zerstörte Dichtheit dieses schwerwiegende Folgen hatte.
-
Im übrigen wurde durch derart dicke Isolationsschichten der äußere
Umfang des Kompensators entsprechend erweitert, so daß sich in nachteiliger Weise
ein erhöhter Raumbedarf ergab.
-
Man hat zwar versucht, eine Überhitzung des Weichstoffs an dessen
Einspannstellen mit dem wärmeführenden Metall durch verschiedene an diesen Einspannstellen
vorgenommene Maßnahmen zu verhindern. So wurde gemäß der Deutschen Auslegeschrift
1 190 749 bei einem Dehnungsausgleicher für Rohrleitungen und Kanäle, in denen Medien
hoher Temperatur geleitet werden, der Weichstoff unter Zwischenschaltung von Dichtungs-
und Isoliermitteln zwischen den Einspannflansch und eine Ringscheibe eingespannt.
Abgesehen davon, daß die angestrebte Wirkung bei dieser
Konstruktion
nur in einem nicht zufriedenstellenden Ausmaß eintrat, ergab sich auch bei dieser
bekannten Anordnung infolge der zusätzlichen Isolationsschichten an den Einspazinstellen
ein vergrößerter Außenumfang und somit vergrößerter Raumbedarf des Kompensators.
-
Ferner ist in der Deutschen Patentschrift 2 022 672 ein Weichstoffkompensator
beschrieben, bei welchem an den Einspannstellen zwischen dem Weichstoff und dem
wärmeführenden Material zusätzlich ein in das Umgebungsmedium ragender Wärmeableiter
angeordnet ist. Ein derartiger Wärmeableiter macht zwar das Vorsehen besonders dicker
Isolationsschichten gemäß der vorstehend genannten Auslegeschrift unnötig. Jedoch
ist die durch ihn von den Einspannstellen abführbare Wärmemenge ebenfalls begrenzt,
so daß er bei höchsten Temperaturbedingungen auch bei relativ weitem Hineinragen
in das Umgebungsmedium nicht mehr ausreicht. Im übrigen ist diese Konstruktion insbesondere
bei engen Platzverhältnissen nicht anwendbar. In der Patentschrift ist zwar eine
weitere Ausführungsform beschrieben, bei welcher eine Mehrzahl deratiger Wärmeableiter
parallel zueinander an jeder Einspannstelle angeordnet ist, wodurch die abführbare
Wärmemenge erhöht ist. Jedoch wird durch diese Maßnahme der Außenumfang und damit
der Platzbedarf des Kompensators wiederum in nachteiliger Weise erhöht.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen
und wirksamen Weichstoffkompensator zu schaffen, welcher nicht die Nachteile der
bekannten Anordnungen aufweist und insbesondere auch höchsten Temperaturbeanspruchungen,
insbesondere auch im Flansch- und Einspannbereich, standhält.
-
Dabei soll der Kompensator möglichst geringe Abmessungen aufweisen
und der Weichstoff möglichst billig herstellbar sein.
-
Diese Aufgabe wird bei e inem Idejchstof fkomp ensator der eingangs
erwähnten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereich der Einspannstellen
in dem wärmeführenden Metall jeweils ein ein strömendes Kühlmedium enthaltender
Eühlkanal angeordnet
ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausbildung
der Erfindung ist der Kühlkanal mit dem wärmeführenden Metall verschweißt.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht mit einfachen itteln, daß
ein Weichstoffkompensator auch unter höchsten Temperaturbedingungen ohne die Gefahr
von Überhitzungen insbesondere an den Einspannstellen seine Funktion erfüllt. Da
sich in dem Kühlkanal ein strömendes Kühlmedium befindet, läßt sich die Kühlung
des wärmeführenden Metalls an den Einspannstellen den jeweiligen Betriebstemperaturen
einfach und schnell durch entsprechende Regelung der Durchflußgeschwindigkeit und
Temperatur des Kühlmediums anpassen. Da bei einem strömenden Kühlmedium eine realtiv
hohe Rühlleistung erreichbar ist, kann der Kompensator auch für die höchsten Betriebstemperaturen
in sämtlichen Richtungen relativ geringe Abmessungen haben, ohne daß zu befürchten
ist, daß infolge der dann relativ kurzen Kriechwege für die Wärme des wärmeführenden
Metalls bis zu den Einspannstellen an diesen eine unzulässig hohe Temperatur auftritt.
-
Infolge dieser durch die Erfindung ermöglichten kompakten Ausbildung
des Kompensators hat dieser einen entsprechend geringeren Material- und Raumbedarf
als die bekannten Kompensatoren.
-
Im übrigen ermöglicht die Erfindung infolge der wirksamen Sühlung
der Einspannstellen auch bei höchsten Betriebstemperaturen die Verwendung bisher
nur in tieferen Temperaturbereichen benutzter Weichstoffe, wie beispielsweise Materialien
aus Asbest-, Glas-, Polyester- und Baumwollgeweben, mit oder ohne Beschichtungsmaterialien
aus Kautschuk- und Kunststoffpasten und/oder Folien der verschiedensten Art einschließlich
aller Metallfolien, wie Bleifolien, Aluminiumfolien und dergleichen. Insgesamt ermöglicht
also die Erfindung auch bei hohen thermischen Betriebsbedingungen eine wirtschaftlich
tragbare Konstruktion eines Weichstoffkompensators.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Kühlkanal
jeweils als direkt vor der Einspannstelle befindliches Kühlrohr mit im wesentlichen
kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform erfolgt also die
Abführung der
Wärme des wärmeführenden Metalls an Ort und Stelle
unmittelbar vor der Einspannstelle, so daß die Wärme nicht mehr bis zu dieser gelangen
kann.
-
Bei einer anderen besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist der Kühlkanal jeweils mit Abstand von der Einspannstelle angeordnet und weist
einen länglichen Querschnitt auf, wobei die Querschnitte der Kühlkanäle in Längsrichtung
derart mit Abstand aufeinanderfolgend angeordnet sind, daß sie sich zumindest im
wesentlichen längs des gesamten Weichstoffs sowie dessen Einspannstellen erstrecken.
Bei dieser Ausführungsform, bei welcher die Kühlkanäle sozusagen durch einen Doppelmantel
zwischen der Betriebsleitung und dem Kompensator vo sind, wird der Kompensator nicht
nu ehmch gebildet sind,wird der Kompensator nicht nur/anen inspannstellen, sondern
mit einfachen Mitteln in seiner Gesamtheit gekühlt. Infolge der beschriebenen Anordnung
der Kühlkanäle bei dieser Ausführung zwischen der Betriebsleitung und dem Kompensator
wird die Wärme bereits vor Zutritt zu diesem abgeführt.
-
Eine noch weitere Wärmeisolierung des gesamten Kompensators erfolgt,
wenn gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal sich an einer wärmebeaufschlagten Seite
des wärmeführenden Metalls, insbesondere der Wandung der Betriebsleitung, eine mit
Abstand parallel zu dieser verlaufende Wandung zumindest im wesentlichen längs des
gesamten Weichstoffs sowie dessen Einspannstellen erstreckt, wobei in dem Zwischenraum
zwischen der wärmebeaufschlagten Seite und der Wandung ein wärmeisolierendes Material
angeordnet ist. Ferner ist im gleichen Sinne mit Vorteil in dem Zwischenraum zwischen
dem wärmeführenden Metall und dem Weichstoff zwischen den Einspannstellen ein wärmeisolierendes
Material angeordnet.
-
Ein besonders geringer Bedarf an wärmeisolierendem Material und damit
entsprechend verringerte Abmessungen des erfindungsgemäßen Kompensators auch bei
höchsten Betriebstemperaturen ergibt sich, wenn das wärmeisolierende Material zumindest
teilweise aus hochtemperaturbeständigen
keramischen Fasern, vorzugsweise
Aluminiumsilikatfasern, oder Silikatfasern besteht.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung schematisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnittdurch eine Betriebsleitung, welche
mit einem Weichstoffkompensator gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung
versehen ist und Fig. 2 im Längsschnitt eine Betriebsleitung, welche einen Weichstoffkompensator
gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält.
-
Einander entsprechende Einzelteile der beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen
sind mit denselben Bezugsziffern versehen, wobei jedoch zum Zwecke einer besseren
Unterscheidung bei der Ausführung gemäß Fig. 2 sämtliche Bezugsziffern mit einem
Strich versehen sind.
-
Gemäß Fig. 1 ist an einer temperaturbeaufschlagten Betriebsleitung
5 im Bereich von deren beiden mit Abstand voneinander befindlichen Enden jeweils
ein wärme führender ringförmiger Steg 2 mit einem Ringflansch 10 angeschweißt. Die
Ringflanschen 10 bilden Auflage stellen und gemeinsam mit einem Flanschring 11 Einspannstellen
für den flexiblen Weichstoff 1 des Kompensators.
-
Im Bereich der Einspannstellen ist zwischen dem Steg 3 und dem Ringflansch
10 jeweils ein ein strömendes Kühlmedium 7 enthaltender Kühlkanal 6 angeordnet,
welcher mit dem Steg 3 und dem Ringflansch 10 verschweißt ist. Der Kühlkanal 6 ist
als Kühlrohr mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, welches somit direkt vor
der Einspannstelle für den Weichstoff 1 angeordnet ist. Das Kühlmedium 7 tritt jeweils
durch einen in der Zeichnung mit 8 bezeichneten Einlaß indas Kühlrohr 6 ein, durchströmt
dieses unter Kühlung des Stegs 3 und der gesamten Einspannstelle
und
verläßt das Kühlrohr 6 anschließend durch einen Auslaß 9, um vor erneutem Eintritt
in das Kühlrohr 6 rückgekühlt zu werden.
-
An der wärmebeaufschlagten Seite der wärmeführenden Betriebsleitung
5 erstreckt sich eine mit Abstand parallel zu dieser verlaufende Wandung 4 im wesentlichen
längs des gesamten Weichstoffs 1 sowie dessen Einspannstellen. Die Wandung 4 ist
nur im Bereich des einen Endes der Betriebsleitung 5 an dieser befestigt, so daß
eine axiale Verschiebung zwischen den beiden Enden trotz der Wandung 4 möglich ist.
In dem Zwischenraum zwischen der wärmebeaufschlagten Seite der Betriebsleitung 5
und der Wandung 4 ist ein wärmeisolierendes Material 2 angeordnet, welches durch
eine keramische Fasermatte gebildet ist. Das wärmeisolierende Material 2 unterbindet
somit weitgehend einen Zutritt von Wärme aus dem Innenraum der Betriebsleitung 5
zum erfindungsgemäßen Weichstoffkompensator.
-
In dem Zwischenraum zwischen der Wandung der wärmeführenden Betriebsleitung
5 und dem Weichstoff 1 zwischen dessen Einspannstellen ist ebenfalls ein wärmeisolierendes
Material 2a, 2b und 2c angeordnet. Das wärmeisolierende Material 2a ist gleichfalls
als keramische Fasermatte ausgebildet, während die wärmeisolierenden Materialien
2b und 2c aus anderen billigeren Isolierstoffen bestehen, zumal in ihrem Bereich
die Temperaturen bereits relativ weit herabgesetzt sind. Somit ist der Weichstoff
1 auch im Bereich zwischen seinen Einspannstellen besonders gut wärmeisoliert, so
daß er insgesamt auch bei höchsten Betriebstemperaturen aus einem herkömmlichen
kostengünstigeren Material, wie beispielsweise Asbestgeweben, bestehen kann.
-
Im übrigen sei noch darauf hingewiesen, daß längst des äußeren Umfangs
der Betriebsleitung 5 auch noch eine Isolierung 2d vorgesehen ist, so daß auch eine
Wärmeübertragung vom äußeren Umfang der Betriebsleitung 5 außen auf den Weichstoffkompensator
zumindest weitgehend unterbunden wird.
-
Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführung
gemäß Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß bei ihr der Kühlkanal 6' å jeweils mit
Abstand von der Einspannstelle des Weichstoffs 1' angeordnet ist und einen länglichen
Querschnitt aufweist. Die Querschnitte der Kühlkanäle 6' sind in Längsrichtung derart
mit Abstand aufeinanderfolgend angeordnet, daß sie sich im wesentlichen längs des
gesamten Weichstoffs 1' sowie dessen Einspannstellen erstrecken. Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung erfolgt eine gegenüber der Ausführung gemäß Fig. 1 noch weiter verbesserte
Kühlung des gesamten Weichstoffkompensators, zumal die somit jeweils durch einen
teilweisen Doppelmantel der Betriebsleitung 5' gebildeten Kühlkanäle 6' den Kompensator
insgesamt gegen eine Wärme übertragung von der Betriebsleitung 5' wirksam abschirmen.
-
Bereits bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Fig. 1 sind
die Abmessungen a, b und c des Kompensators wesentlich geringer als die entsprechenden
Abmessungen der bekannten Weichstoffkompensatoren. Darüber-hinaus sind bei der erfindungsgemäßen
Ausführung nach Fig. 2 die entsprechenden Abmessungen a', b' und c' noch weiter
verringert. Demzufolge sind bei dieser Ausführung im Bereich b' innerhalb des Kompensators
beispielsweise nur zwei Schichtenvon wärmeisolierendem Material 2a' und 2b' vorgesehen.
-
Leerseite