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Um die Rohrachse drehbare Rohrverbindung
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Die Erfindung betrifft eine um die Rohrachse drehbare, gas- und flüssigkeitsdichte,
innen oder außen druckbelastete Verbindung zwischen zwei mediumführenden Rohren
mit Kreisquerschnitt, einem Rohr mit Kreisquerschnitt und dem Anschlußflansch eines
Behälters od. dgl.
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Derartige Torsionskompensatoren können, ohne daß darauf die Erfindung
beschränkt sein soll, beispielsweise bei der Erdgasgewinnung vom Meeresboden aus
vorkommen. Denn die durch das Wasser in Richtung an die Wasseroberfläche verlegte
Gasleitung muß mit ihren einzelnen Abschnitten
strömungsbedingte,
seegangbedingte oder gezeitenbedingte Bewegungen mitmachen, bei denen die genannten
Verbindungen Torsionsbewegungen ausführen müssen, wenn beispielsweise zwei aufeinander
zu geführte Rohrabschnitte kurz vor der Verbindung rechtwinklig aufeinander zu abgebogen
sind.
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Ein solcher Torsionskompensator muß nun aber ganz erhebliche Verdrehwinkel
bewältigen können, ohne dadurch in einer Form beansprucht zu werden, die die Sicherheit
seiner Dichtigkeit in Frage stellt. Andererseits muß der Torsionskompensator wartungsfrei
sein, da es praktisch unmöglich ist, in irgendeiner Tiefe unter Wasser dauernd eine
solche Verbindung auf ihren ordnungsgemäßen Zustand hin zu überprüfen.
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Dies alles muß schließlich unter der erschwerenden Bedingung einer
teilweise erheblichen Außendruckbelastung durch darüber lastende Wasserhöhe gewährleistet
sein.
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Entsprechendes gilt für einen irgendwie gearteten anderen Anwendungsfall,
der sich von dem vorher geschilderten dadurch unterscheidet, daß der Torsionskompensator
innendruckbelastet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Torsionskompensator der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß er auch bei höchster Druckbelastung betriebssicher
und wartungsfrei ist, obwohl er auf der anderen Seite große Verdrehwinkel, beispielsweise
bis + 500 bewältigen können. soll. Dabei soll aber der Torsionskompensator in seinem
Aufbau einfach und damit hinsichtlich seiner GEstehungskosten günstig sein sowie
einen geringen Platzbedarf haben.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Hohlzylinder
aus gummielastischem Material mit je einem seiner Enden mit einem der gegenseitig
drehbar aneinander anzuschließenden Teile gas- und flüssigkeitsdicht verbunden ist,
daß der Hohlzylinder zwischen seinen Enden in Richtung auf die der Druckbelastung
abgewandte Seite durch wenigstens mit geringem Spiel nebeneinander angeordnete,
zur Rohrachse konzentrische Ringe abgestützt ist und daß das anzuschließende Rohr
gegen das andere Rohr, gegenüber dem Anschlußflansch od. dgl. radial geführt drehbar
axial abgestützt ist.
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Die erfindungsgemäßen Maßnahmen haben zunächst die Wirkung, daß durch
den mit den beiden einander anzuschließenden Teilen jeweils mit seinen Enden flüssigkeits-
und gasdicht verbundenen Hohlzylinder eine absolut dichte Torsionsverbindung geschaffen
ist, deren Drehwinkel über eine entsprechende Bemessung der Länge des Hohlzylinders
sehr groß sein kann, ohne das Material des Hohlzylinders außerhalb des zulässigen
Bereiches zu beanspruchen. Würde nun aber der Hohlzylinder unter Außendruckbelastung
am mediumführenden Rohr oder unter Innendruckbelastung an einem äußeren Stützrohr
anliegen, so wäre die druckbelastungsbedingte Reibung zwischen Hohlzylinder und
Rohr so groß, daß sich die drehwinkelbedingte -Belastung des Hohlzylinders praktisch
auf einen seiner Querschnitte auswirken würde, dort aber zur Überbeanspruchung des
Materials des Hohlzylinders führen würde. Das heißt, daß ein über eine bestimmte
Länge des Hohlzylinders theoretisch ohne Überbeanspruchung des Materials des Hohlzylinders
möglicher Drehwinkel sich nicht verwirklichen ließe.
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Daher ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß
der Hohlzylinder gegen eine Serie nebeneinander
angeordneter Ringe
abgestützt ist. Diese stellen nun praktisch eine Reihe von nebeneinander angeordneten,
gegenseitig verdrehbaren Rohrabschnitten dar, die vermöge der zwischen ihnen und
dem Hohlzylinder herrschenden Reibung bei Verdrehen des Kompensators sich schrittweise
um gleiche Winkelbeträge gegenseitig verdrehen, so daß sie einen zwischen den Enden
des Hohlzylinders auftretenden Verdrehwinkel gleichmäßig unter sich und damit auf
die ihnen zugeordneten Querschnitte des Hohlzylinders aufteilen. Dadurch wird der
Hohlzylinder über seine gesamte Länge abschnittweise gleichmäßig mit Teilen des
insgesamt auftretenden Verdrehwinkels beansprucht.
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Damit die Ringe gegenseitig möglichst keine Reibung haben, sind sie
in Axialrichtung ohne gegenseitige Vorspannung bzw. haben in diese Richtung gegenseitig
ein geringes Spiel.
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Schließlich ist nach dem letzten Merkmal der vorstehend wiedergegebenen
Erfindung dafür gesorgt, daß die miteinander drehbar zu verbindenden Teile keine
Lateral- und Axialbewegungen gegenseitig ausführen können, da diese die erfindungsgemäße
dichte Anordnung aus Hohlzylinder und Ringen beeinträchtigen würde.
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Die Herstellung der Axialabstützung ist auf vielerlei Weise möglich.
Besonders zweckmäßig ist es jedoch, daß wenigstens ein Rohr die aus Hohlzylinder
und Ringen gebildete Anordnung konzentrisch durchragt und daß die aus fIohlzylinder
und Ringen gebildete Anordnung das Rohr wenigstens mit geringem Spiel umgibt. Hier
ist also durch das durchragende Rohr gleichzeitig eine Zentrierung der Stützringe
gegenseitig gegeben, ohne daß es zu besonderen Reibungen kommen kann, wodurch diese
Bauform sich besonders für Fälle mit hohen Außendrükken und größeren Längen des
Torsionskompensators eignet.
Ist der Torsionsumpensator iiinendruckbelastet,
so an es in mkehrung zweckmäßig sein, die dann außerhalb des hohlzylinders angeordneten
Stützringen durch eine hohlzylindrische Zentrierhülse mit geringem Spiel zu umgeben.
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Im normalen einfachen Falle können die Stützringe nebeneinander angeordnete,
ebene Kreisringe sein, die zweckmäßig möglichst schmal ausgebildet, d. h. zahlreich
vorgesehen sind. Denn wenn sich zwei benachbarte dieser Ringe gegenseitig verdrehen,
führt dies im Bereich ihrer Stoßstellen für den dort anliegenden Hohlzylinder zu
einer Scherspannungserhöhung, da der Hohlzylinder unter der Druckbelastung an den
Ringen anliegt und sich vermöge des hohen Reibungskoeffitienten seines Materials
einer Bewegung relativ zu dem jeweils benachbarten Ring widersetzt. Sind jedoch
die Ringe schmal und zahlreich, so treten entsprechend zahlreichere, jedoch in ihrem
Maß wesentlich geringere Scherspannungserhöhungen im Hohlzylinder auf, die dann
vom Material des Hohlzylinders leicht bewältigt werden können.
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Da die Stützringe in Axialrichtung nicht dicht gepackt, zumindest
nicht vorgespannt sind, können sich zwischen ihnen kleine Spalte bilden, in die
das Material des Hohlzylinders bei hoher Druckbelastung etwas eindringt und wo es
dann bei Drehbewegungen zerrieben bzw. beschädigt werden kann. Um dem entgegenzuwirken,
können zwischen die Stützringe zur Rohrachse konzentrische Distanzringe eingesetzt
sein und es können die Distanzringe die ihnen zugewandten, auf der Seite des Hohlzylinders
liegenden Wanten der Stützringe mit einer in Richtung auf den Hohlzylinder im wesentlichen
halbkreisförmig
abgerundeten Profilierung übergreifen.
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Eine andersartige Möglichkeit besteht darin, daß die Stützringe an
ihrer mit dem Hohlzylinder in Berührung stehenden Zylinderfläche eine im Axialquerschnitt
gesehen wellenförmige Profilierung aufweisen und daß die Profilierung an den Seitenkanten
der Stützringe in einem Wellental endet. Diese Ausbildungsform macht sich den Umstand
zunutze, daß der Hohlzylinder sich bei zunendem Verdrehwinkel radial zu verjüngen
sucht. liegt er nun zunächst wellenförmig in der genannten Profilierung der Stützringe,
so führt die mit zunehmendem Verdrehwinkel ebenfalls zunehmende axiale Vorspannung
des Hohlzylinders dazu, daß er sich aus den Wellentälern heraushebt, somit zunehmend
nur noch auf den Wellenbergen der Stützringe aufliegt. Damit wird der Hohlzylinder
einmal von den Stoßstellen benachbarter Stützringe entferntund zum anderen verringert
sich mit zunehmendem Verdrehwinkel der Anschlußverbindung die reibungsverursachende
Berührungsfläche zwischen Hohlzylinder und Stützringen.
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Eine andere in diese Richtung gehende Möglichkeit besteht darin, daß
in der Reihenfolge der Stützringe gesehen in jeden Stützring an seiner Stoßstelle
zum nächstfolgenden Stützring ein ihn in Richtung auf den Hohlzylinder radial überragender,
auf der dem Hohlzylinder zugewandten Seite abgerundeter Stegring konzentrisch eingesetzt
ist. Dies führt dazu, daß der Hohlzylinder unter der Druckbelastung ebenfalls zunächst
wellenförmig an den Stegringen und den Stützringen anliegt. Tritt nun ein Verdrehwinkel
auf, so wird der Hohlzylinder von den Stützringen, d h ho gerade im Bereich der
Stoßstellen benachbarter Stützringe, abgehoben
und zunehmend nur
noch von den Stegringen getragen bzw. abgestützt.
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Schließlich können die Stützringe auch die Form eines rechten Winkels
aufweisen, dessen einer, auf der dem Hohlzylinder zugewandten Seite abgerundeter
Schenkel sich radial zur Rohrachse erstreckt und dessen anderer Schenkel zur Rohrachse
parallel verlaufend sich gegen den nächstfolgenden Stützring abstützt. Auch hier
ist dafür Sorge getragen, daß der Hohlzylinder zumindest bei Auftreten eines Verdrehwinkels
von Stoßstellen benachbarter Stützringe freikommt.
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Insbesondere in dem Falle, bei dem die Stützringe ebene Kreisringe
mit zylindrischer Außenfläche sind, erscheint es besonders zweckmäßig, wenn der
Hohlzylinder im Bereich der Stoßstellen benachbarter Stützringe Aussparungen aufweist.
Hierdurch wird vermieden, daß der Hohlzylinder gerade an dieser, für ihn eine besondere
Gefährdung darstellenden Stoßstelle mit den Stützringen in Berührung ist.
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Für die Fälle, wo zwischen die Stützringe Distanzringe eingesetzt
sind, wo die Stützringe wellenförmig profiliert sind, wo Stegringe vorgesehen sind
oder wo die Stützringe die Form eines rechten Winkels aufweisen, hat es sich als
besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Hohlzylinder als der Profilierung der Stützringe
angepaßter, ringgewellter Balg ausgebildet ist. Diese Bauform wird besonders den
Fällen gerecht, bei denen hohe DruckbeZastungen auftreten.
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Bei allen vorgenannten Fällen können die Ringe aus Stahl bestehen.
Besser ist es jedoch, wenn die Ringe zumindest teilweise aus Folytetrafluoräthylen
bestehen oder mit Polytetrafluoräthylen beschichtet sind, weil
dadurch
die Feibung benachbarter Teile erheblich herabgesetzt ist.
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Nach einem anderen erfindungsgemäßen Lösungsweg kann vorgesehen sein,
daß die Stützringe durch einen durch schraubengangförmiges Wickeln eines S-förmig
profilierten Bandes aus Metall oder Kunststoff hergestellten Wickelschlauch gebildet
ist und daß der Innendurohmesser des Wickelschlauches so bemessen ist, daß die aus
Wickelschlauch und Hohlzylinder gebildete Anordnung innerhalb des zulässigen Drehwinkels
der Rohrverbindung gegenüber dem gegebenenfalls innerhalb vorhandenen Rohr berührungsfrei
bleibt.
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Hier macht sich die Erfindung den Umstand zunutze, daß auch ein Wickelschlauch
in der Lage ist, große Torsionswinkel aufzunehmen, indem er bezogen auf eine bestimmte
Länge diesen Torsionswinkel auf seine einzelnen Windungen gleichmäßig aufteilt.
Dabei hat er ebenso wie der dichtende Hohlzylinder aus gummielastischem Material
die Tendenz, mit zunehmendem Torsionswinkel seinen Durchmesser zu verringern. Damit
kommt eine durch einen Wickelschlauch gebildete Abstützung dem Verhalten des gummielastischen
Hohlzylinders entgegen.
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Andererseits muß jedoch, wie gesagt, dafür Sorge getragen werden,
daß zumindest im Bereich des zulässigen Torsionswinkels die Anordnung aus Wickelschlauch
und Hohlzylinder nicht auf dem eventuell vorhandenen Innenrohr zum Aufsitzen kommt.
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Eine bessere Wirkung läßt sich erzielen, wenn man anstelle des Wickelschlauches
eine schraubengangförmig nach Art einer Feder enggewickelte Drahtwendel vorsieht,
die innerhalb bzw. außerhalb des Hohlzylinders angeordnet, jedoch auch im Material
des Hohlzylinders eingebettet sein kann.
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Diese beiden genannten Möglichkeiten erfordern es außerder, dio Enden
des IEicl-e1sc;lauches bzw. der Wendel £usar.zmen mit den ~den des Lohlzylinders
an den drehbr aneinander anzuschließenden Teilen festzulegen.
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Dadurch wird der durch den Torsionskompensator mögliche Drehwinkel
zumindest in eine Richtung begrenzt, indem nämlich dann bei Übersteigung dieses
Drehwinkels die aus Stützkonstruktion und Hohlzylinder gebildete Einheit auf einem
vorhandenen Rohr zum Aufsitzen kommt und eine weitere Erhöhung des Verdrehwinkels
verhindert.
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Schließlich hat es sich für alle Fälle als zweckmäßig erwiesen, daß
der Hohlzylinder mit über seine ganze Länge durchgehend in ihn eingelegten, achsparallel
verlaufenden Verstärkungsfäden nach Art einer Cordeinlage versehen ist. Diese Maßnahme
empfiehlt sich besonders dann, wenn bei Einsatzfällen mit hohen Drücken ringgewellte
Bälge Verwendung finden.
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Auch kann es besonders zweckmäßig sein, daß der Hohlzylinder mehrwandig
aus Lagen unterschiedlichen Materials hergestellt ist, um eine Anpassung an das
innere oder äußere Umgebungsmedium des Hohlzylinders vorzunehmen, Weitere Merkmale
und Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Erläuterung der auf der Zeichnung dargestellten verschiedenen Ausführungsformen.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Torsionskompensator für
Außendruckbelastung; Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Torsionskompensator für Innendruckbelastung;
Fig: 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes A in Fig. 1; Fig. 4 eine Teilansicht
gemäß der Linie IV-lV in Fig. 3;
Fig. 5 eine abgewandelte Form
des Gegenstandes gemäß Fig. 3 und 4; Fig. 6 eine weitere Ausführungsform im Ausschnitt
A gemäß Fig. 1; Fig. 7 und 8 eine weitere Ausführungsform im Ausschnitt A gemäß
Fig. 1 in zwei verschiedenen Spannungszuständen; Fig. 9 und 10 eine weitere Ausführungsform
gemäß Ausschnitt A in Fig. 1 in zwei verschiedenen Spannungszuständen; Fig. 11 eine
weitere Ausführungsform entsprechend Ausschnitt A gemäß Fig. 1; Fig. 12 eine schematische
Draufsicht auf den Gegenstand gemäß Fig. 11 entsprechend der gemäß Fig. 4 zur Darstellung
des Spannungsverlaufes und Fig. 13 bis 16 weitere Ausführungsformen gemäß Ausschnitt
A in Fig. 1.
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Fig. 1 zeigt zwei ausschließlich um ihre gemeinsame Achse 1 gegenseitig
drehbar miteinander verbundene Rohre 2 und 3. Das Rohr 2 hat in einigem axialem
Abstand von der Stoßstelle der beiden Rohre 2, 3 einen angeschweißten radialen Flansch
4, das Rohr 3 neben der Stoßstelle einen Flansch 5, der die Stoßstelle in Richtung
auf das Rohr 2 übergreift.
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Umgeben ist das Rohr 2 von einem Hohlzylinder 6. Dieser ist am linbkn
Ende mit einem radialen Bund 7 über einen Ring 8 und eine Schraubverbindung 9 mit
dem Flansch 4 gas- und flüssigkeitsdicht verspannt, während er an seinem rechten
Ende ebenfalls mit einem radialen Bund 10
über einen Ring 11, eine
Anschlagscheibe 12 und eine Schraubverbindung 13 mit dem sich axial erstreckenden
Teil 14 des Flansches 5 verspannt ist. Die Anschlagscheibe 12 ist axial gegen einen
in einer Nut des Rohres 2 eingesetzten Spannring 16 gegenüber dem Rohr 3 axial abgestützt,
wobei der Spannring 16 so angeordnet ist, daß er ein Aufeinanderzubewegen der Rohre
2 und 3 verhindert, da im hier dargestellten Fall für eine Außendruckbelastung diese
dazu führt, daß sich die Enden des Torsionskompensators aufeinander zu bewegen wollen.
Die über die Teile 4, 5 und 10 bis 16 gebildete Verbindung hält die Rohre 2 und
3 axial miteinander fluchtend ohne radiale Ausweichmöglichkeit gegenseitig drehbar
zusammen.
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Der Hohlzylinder 6 ist für den Fall der Außendruckbelastung in Richtung
auf die Rohrachse 1 gegen Stützringe 17 radial abgestützt, die, wie aus der Zeichnung
ersichtlich, gegenüber dem Außenumfang des Rohres 2 Spiel haben, um vom Rohr 2 bezüglich
nennenswerter Reibung frei zu sein. Das gleiche gilt für die Anschlagscheibe 12.
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Fig. 2 zeigt ein der Fig. 1 entsprechendes Ausführungsbeispiel, jedoch
für den Fall der Innendruckbelastung.
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Soweit hier gleiche Teile wiederkehren, sind sie ohne nochmalige Erläuterung
mit den in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen versehen.
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Im Gegensatz zu Fig. 1 ist jedoch hier ein Hohlzylinder 20 mit radialen,
endständigen Bünden 21, 22 über Ringe 23, 24 mit den Flanschen 4, 5 verschraubt,
der, wie aus der Zeichnung ersichtlich, mit Spiel das Rohr 2 umfängt und radial
nach außen durch Stützringe 25 abgestützt ist.
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In diesem Falle findet außerdem die Abstützung der Anschlagscheibe
70 gegenüber Fig. 1 mit Hilfe einer Ringscheibe 15 in entgegengesetzter Richtung
gegen den in das Rohr 2 eingesetzten Spannring 16 statt, da in diesem Fall der Innendruckbelastung
die Folge ist, daß sich die Flansche 4, 5 voneinander fort bewegen wollen.
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Damit die Stützringe 25 ihre zur Rohrachse 1 konzentrische Lage angenähert
beibehalten, sind sie außen durch eine Zentrierhülse 71 umgeben.
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Sowohl beim Gegenstand der Fig. 1 als auch beim Gegenstand der Fig.
2 ist die über den Flansch 4 hinausgehende Verlängerung des Rohres 2 in Richtung
auf das Rohr 3 an sich nicht unbedingt notwendig. Sie dient jedoch hier, wie dargestellt,
über den Spannring 16 der axialen Abstützung der Rohre 2 und 3 und damit des Torsionskompensators
gegeneinander und im Falle der Fig. 1 auch der Zentrierung der Stützringe 17. Selbstverständlich
sind aber auch andere Möglichkeiten denkbar, die Rohre 2 und 3 gegeneinander und
damit den Torsionskompensator axial gegenüber der jeweils dargestellten Belastung
abzustützen.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen den Drehanschluß zweier Rohre 2 und 3. Selbstverständlich
ist es beispielsweise genausogut denkbar, daß das Rohr 2 auf die dargestellte Weise
mit dem Anschlußflansch eines Behälters od. dgl.
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verbunden wird, wobei beispielsweise auch die Möglichkeit besteht,
daß der sich axial erstreckende Teil 14 des Flansches 5 Bestandteil der Behälterwandung
ist, der radiale Teil des Steges 5 fortfällt, die Rohre 2 und 3 eine Einheit bilden,
die in den Behälter hineingeführt ist und die im Bereich der Behälterwandung
radial
und axial drehbar gelagert ist.
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Die nachfolgenden Erläuterungen gehen ausschließlich vom Gegenstand
der Fig. 1 aus, wobei jedoch der Inhalt der Ausführungen unter der entsprechenden
Umkehrung gleichermaßen für den Gegenstand der Fig. 2 gilt.
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Findet beim Gegenstand der Fig. 1 eine Verdrehung zwischen den Rohren
2 und 3 statt, so überträgt sich diese gleichermaßen auf die Enden des Hohlzylinders
6, so daß also der Hohlzylinder 6 tordiert wird. Diese Tordierung verteilt sich
gleichmäßig über die entsprechend dem zulässigen Torsionswinkel gewählte Länge des
Hohlzylinders 6, da dieser über eine Vielzahl von Stützringen 17 gegenüber dem von
außen auf ihn wirkenden Druck abgestützt ist, wobei die Stützringe 17 sich gegenseitig
in Umfangsrichtung verdrehen können. Die hierbei auftretenden Verhältnisse sind
genauer anhand der Fig. 3 und 4 erläutert, die aus dem Ausschnitt A in Fig. 1 vergrößert
hervorgehen.
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Wird der Hohlzylinder 6 um einen bestimmten Winkel tordiert, so ergibt
sich - übertrieben dargestellt - eine theoretische oder ideale Torsionslinie des
einzelnen Längsquerschnittes, die in Fig. 4 mit 30 bezeichnet ist. Diese Torsionslinie
kann jedoch der Hohlzylinder nicht gänzlich einnehmen, da er unter der Außendruckbelastung
gegen die Perepherie der Ringe 17 gedrückt wird und diesen gegenüber eine erhebliche
Reibkraft entfaltet. Wäre diese Reibkraft unendlich groß, würden die den Ringbreiten
entsprechenden Längenabschnitte des Hohlzylinders auf den Linien 31, 32 und 33 der
Ringe liegenbleiben und es würde sich an den Stoßstellen 34, 35 der Ringe eine erhebliche,
das Material des Hohlzylinders
dehnende Scherkraft ergeben. Tatsächlich
stel sich zwischen den beiden geschilderten Zuständen -Idealzustand und theoretiseher
Zustand bei unendlich hoher Reibkraft - ein Mittel ein, etwa entsprechend dem geschwungenen
Ijinienverlauf 72. Das heißt, daß das Material des Hohlzylinders neben den Stoßstellen
34, 35 etwas auf den Stützringen gleitet, jedoch nicht so viel, wie es für den Idealfall
sein müßte. Hierdurch bleiben an den Stoßstellen 34, 35 Scherspannungen erhalten,
die jedoch bei entsprechender Bemessung der Länge des Hohlzylinders 6 und der Zahl
der Ringe 17 eine Überbeanspruchung des Materials des Hohlzylinders vermeiden.
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Gemäß Fig. 5 kann man insbesondere für größere Verdrehwinkel eine
störende Scherkraftgröße dadurch vermeiden, daß man die Ringe 36 möglichst schmal
ausbildet, so daß sich zwischen zwei benachbarten Ringen jeweils nur ein sehr kleiner
relativer Verdrehwinkel als Anteil des insgesamt am Torsionskompensator auftretenden
Verdrehwinkels ergibt.
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Um bei Torsionskompensatoren, für die sehr große Verdrehwinkel zu
erwarten sind, die geschilderten, reibkraftbedingten Verhältnisse zu verbessern,
kann grundsätzlich vorgesehen sein, daß die Ringe aus Polytetrafluoräthylen bestehen
oder mit diesem Material beschichtet sind. Damit wird die Reibkraft sowohl zwischen
den Ringen als auch zwischen Ringen und Hohlzylinder herabgesetzt.
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Der in Fig. 4 zwischen den Ringen veranschaulichte Spalt 34, 35, der
daher rührt, daß die Ringe in Axialrichtung gegenseitig nicht vorgespannt, sondern
dort
mit geringem Spiel angeordnet sind, kann für unter Außendruck
darin eindringendes Material bei gegenseitigem Verdrehen benachbarter Ringe zum
Materialverschleiß am Hohlzylinder 6 führen. Dem kann man gemäß Fig. 6 dadurch entgegenwirken,
daß zwischen die Ringe 17 Distanzringe 37 eingesetzt werden, die ebenfalls aus Tetrafluoräthylen
bestehen können oder damit beschichtet sein können und die andererseits die ihnen
zuge-.
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wandten, auf der Seite des Hohlzylinders 6 liegenden Kanten der Stützringe
17 mit einer in Richtung auf den Hohlzylinder 6 im wesentlichen halbkreisförmig
abgerundeten Profilierung 38 übergreifen.
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Eine weitere lösung gemäß Ausschnitt A in Fig. 1 zeigen die Fig 7
und 8. Hier haben die Stützringe 40 an ihrer mit dem Mohlzylinder 41 in Berührung
stehenden Zylinderfläche eine im axialen Querschnitt gesehen wellenförmige Profilierung,
die an den Seitenkanten 42 der Stützringe in einem Wellental endet. Außerdem ist
der Hohlzylinder 41 als der Profilierung der Stützringe angepaßter, ringgewellter
Balg ausgebildet und er ist mit über seine ganze Länge durchgehend in ihm eingelegten,
beim Verdrehwinkel null achsparallel verlaufenden Verstärkungsfäden 43 versehen.
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Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn von den Verstärkungsfäden
mehr als eine lage im Material des Hohlzylinders eingebettet ist. Außerdem ist es
besonders zweckmäßig, wenn der Iohlzylinder 41 beim Torsionswinkel null innen im
Bereich des Wellentales einen geringen Abstand gegenüber den Stützringen 40 hat,
also auf diesen nicht aufliegt, worauf nachstehend noch eingegangen wird.
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Fig. 7 zeigt diese Bauform in unverdrehtem Zustand.
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Wird nun der Torsionskompensator verdreht, so wird der Hohlzylinder
41 gestreckt, was dazu führt, daß er sich aus den Wellentälern 44 zwischen den Ringen
heraushebt und dort noch weiter von der Möglichkeit eines Verschleißes durch gegenseitige
Relativbewegung benachbarter Ringe entfernt wird. Damit eine solche Verschleißmöglichkeit
auch zu Beginn der Torsionsbewegung bereits nicht eintreten kann, ist die vorerwähnte
Maßnahme ergriffen, daß der Hohlzylinder 41 bei unverdrehtem kompensator im Bereich
des Wellentales nicht an den Stützringen 40 anliegt.
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Außerdem verringert sich mit zunehmendem Drehwinkel die Berührungsfläche
zwischen Ringen 40 einerseits und Hohlzylinder 41 andererseits, so daß der Hohlzylinder
in angenähert idealer Form den Verdrehwinkel über seine gesamte Länge verteilt aufnehmen
kann.
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Es hat sich gezeigt, daß Bauformen mit gewelltem Hohlzylinder, wie
sie beispielhalber anhand der Fig. 7 und 8 dargestellt sind, sehr hohen Drücken
standhalten.
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Eine andere Lösung des Problems des Verschleißes des Hohlzylinders
an den Stoßstellen der Stützringe stellt der Gegenstand gemäß Fig. 9 und 10 dar,
der ebenfalls wieder ein Ausschnitt gemäß A aus Fig. 1 ist. Hier hat der Hohlzylinder
45 im Bereich der Stoßstellen der Ringe 17 Ausnehmungen 46, die sich in außendrucklosem
Zustand wie in Fig. 9 und in außendruckbelastetem Zustand wie in Fig. 10 darstellen.
Auf diese Weise liegt also der Hohlzylinder 45 nur im mittleren Bereich der Ringe
17 auf diesen auf, wodurch ebenfalls einmal die Reibfläche zwischen Ringen und Hohlzylinder
verringert ist und zum anderen verhindert ist, daß der Hohlzylinder verschleißfördernd
mit der Stoßstelle zwischen benachbarten Ringen 17 in Berührung kommen kann.
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Die Fig. 11 und 12 zeigen eine andere Variante gemäß dem Ausschnitt
A in Fig. 1. Nach Fig. 11 ist in der Reihenfolge der Stützringe 47 gesehen in jeden
Stützring an seiner Stoßstelle 48 zum nächstfolgenden Stützring ein ihn in Richtung
auf den Hohlzylinder 49 radial überragender, aufseiten des Hohlzylinders abgerundeter
Stegring 50 konzentrisch eingesetzt, der selbstverständlich ebenfalls wieder aus
Polytetrafluoräthylen bestehen kann oder damit beschichtet sein kann. Der Hohlzylinder
49 legt sich nun um diese Stegringe 50.
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Findet nun eine Verdrehung des Torsionskompensators statt, so wird
diese im wesentlichen von den radialen Flanken 51 des Hohlzylinders unschädlich
aufgenommen, da diese bei Torsion von den radialen Flanken der Stegringe 50 abheben.
Dadurch ergibt sich anstelle der theoretischen bzw. idealen Torsionslinie 52 des
Hohlzylinders in Fig. 12 die Verformungslinie 53.
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Fig. 13 zeigt eine Ausbildung der Stützringe in Form von rechten Winkeln,
deren einer, aufseiten des Hohlzylinders 56 abgerundeter Schenkel 54 sich radial
zur Rohrachse 1 erstreckt und dessen anderer Schenkel 55 zur Rohrachse parallel
verlaufend sich gegen den nächstfolgenden Stützring abstützt. Diese sich aus dem
Gegenstand gemäß Fig. 11 ableitende Form bedeutet eine konstrutiv besonders einfache
und billige Variante. Selbstverständlich können auch hier wieder die Stützringe
aus Polytetrafluoräthylen bestehen oder damit beschichtet sein.
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Außerdem ist hier wieder der Hohlzylinder 56 als gewellter Balg cusgebildet
und mit einer Einlage von Verstärkungsfäden 57 versehen.
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Fig. 14 zeigt wiederum im Ausschnitt A gemäß Fig. 1 eine Variante,
bei der die Stützringe durch einen durch schraubengangförmiges Wickeln eines profilierten
Bandes aus Metall oder Kunststoff hergestellten Wickelschlauch 58 gebildet sind.
Dieser Wickelschlauch hat die Eigenschaft, daß sich seine einzelnen Windungen gegenseitig
in Umfangsrichtung verdrehen können, so daß er der Verdrehbewegung des Hohlzylinders
6 entgegenkommt, wenn der erfindungsgemäße Torsionskompensator einen Verdrehwinkel
aufzunehmen hat. Er kommt vor allem auch insofern der Verdrehbewegung des Hohlzylinders
6 in einer Drehrichtung entgegen, als er sich bei Verdrehung in Richtung auf eine
Erhöhung seiner Windungszahlen ebenfalls radial verjüngt. Daher muß sein Innendurchmesser
so bemessen werden, daß er im Bereich zulässigen Verdrehwinkels nicht auf dem gegebenenfalls
vorhandenen Rohr 2 zum Aufsitzen kommt. Andererseits kann man hiermit, wenn man
die nicht dargestellten Enden des Wickelschlauches 58 zusammen mit den Enden des
Hohlzylinders 6 festlegt, den Verdrehwinkel in eine Richtung beschränken, indem
nämlich dann bei entsprechender Innendurchmesserauslegung des Wickelschlauches dieser
auf dem Rohr 2 aufsitzt.
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Anstelle des Wickelschlauches 58 gemäß Fig. 14 kann auch, wie in Fig.
15 dargestellt, vorgesehen sein, daß die Stützringe durch eine schraubengangförmig
nach Art einer Feder gewickelte Drahtwendel 59 gebildet sind.
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Für diese gelten bezüglich des Innendurchmessers und der Drehwinkelbeschränkung
die gleichen Gesetzmäßigketens wie sie anhand der Fig. 14 erläutert sind.
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Wesentlich ist #ier, daß die Drahtwendel 59 möglichst enggewickelt
ist.
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Schließlich kann, wie dies in Fig. 16 dargestellt ist, die Wendel
gemäß Fig. 15 als in den Hohlzylinder 60 eingebettete Wendel 61 ausgebildet sein.
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Auch die Bauformen gemäß Fig. 14 bis 16 haben gemeinsam, daß die Reibkraft
zwischen Hohlzylinder und Stützkonstruktion erheblich herabgesetzt ist, wenn auch
andererseits die maximal aufnehmbare Druckbelastung nicht so hoch liegen kann, wie
dies bei den Beispielen gemäß den Fig. 3 bis 12 der Fall ist.
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