DE2830185A1

DE2830185A1 - Anordnung zur verbindung von rohren

Info

Publication number: DE2830185A1
Application number: DE19782830185
Authority: DE
Inventors: Alan Stuart Lee
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1977-07-11
Filing date: 1978-07-10
Publication date: 1979-01-25
Also published as: NL7807411A; FR2397587A1; US4218078A; GB1581278A

Description

THE ENGLISH ELECTRIC COMPANY LIMITED, London, England

Anordnung zur Verbindung von Rohren

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für Rohre, insbesondere solche aus brüchigem Material, wie sie zum Beispiel für die Fortleicung von Flüssigkeiten dienen, die wegen ihrer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften nicht durch Rohre aus streckbarem bzw. plastischem Material geleitet werden können.

So sind die einzigen bekannten Werkstoffe, die sich zum Beispiel für den Transport von geschmolzenem Aluminium eignen, Keramikwerkstoffe, die sämtlich einen kleinen elastischen und nur einen zu vernachlässigenden plastischen Beanspruchungsbereich haben, bevor sie brechen. Hohe Spannungen oder Spannungskonzentrationen erhöhen die Gefahr des Versagens dieser Werkstoffe. Keramische Rohre können nur in begrenzten Längen gefertigt werden, und da sie nicht geschweißt werden können, sind Hilfsmittel zu ihrer Verbindung erforderlich, die nur geringe Spannungen erzeugen und frei von Spannungskonzentrationen sind. So sind herkömmliche Mittel, wie Gewindeverbindungen ungeeignet, während einfache verschraubte Flanschverbindungen daran kranken, daß sie zwecks Herabsetzung der Spannungskonzentration breite Flansche und große Übergangsradien zwischen Rohr und Flansch erfordern, wobei diese größeren Flansche und Bolzengewindekreise ihrerseits die Flanschbiegungsmomente und

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Bolzenkräfte erhöhen, die sich aus dem inneren Druck ergeben, der auf den vergrößerten Gewindeteilkreis wirkt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Rohrverbindung, die geringe Spannungen erzeugt und zugleich hohe Spannungskonzentrationen vermeidet.

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Verbindung der Endabschnitte eines Rohrs und eines anderen Rohrkorpers, die nach dem Grundgedanken der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß ein hohlzylindrisches Zentrierglied über den Endabschnitt des Rohrs und des anderen Rohrkorpers greift und eine Mehrzahl von Spanngliedern lösbar an dem Zentrierglied um das Rohr herum befestigt ist, wobei Jedes der Spannglieder wenigstens mit einer Berührungsfläche an einer entsprechenden Anlagefläche nahe dem Endabschnitt des Rohrs anliegt und das Rohr mit der Stirnseite seines Endabschnitts an eine Gegenfläche des anderen Rohrkörpers preßt, derart, daß eine dichtende Verbindung zwischen dem Rohr und dem Rohrkörper hergestellt wird. Hierbei dient das Zentrierglied auch dazu, die seitliche Lage des Rohrs festzulegen und es in Bezug auf die Spannglieder und die Anschlußfläche des anderen Rohrkorpers fluchtend auszurichten.

Vorzugsweise ist am Endabschnitt des Rohrs ein Flansch mit im wesentlichen konischer Rückseite als Anlagefläche für die Spannglieder ausgebildet. Auf diese Weise kann ein großer Übergangsradius zwischen dem Flansch und dem angrenzenden Teil des Rohrs vorgesehen werden, ohne daß die Größe der Berührungsfläche merklich verringert wird.

Zweckmäßig sind als Spannglieder Futterstücke vorgesehen, die gleichmäßig am Umfang des Zentriergliedes gleichachsig

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zu diesem angeordnet sind.

Die Spannglieder können am Zentrierglied mittels axial gerichteter, einen Absatz aufweisender Gewindebolzen in Verbindung mit Federscheiben für die Übertragung des ausgeübten Drucks auf die Spannglieder befestigt sein. Die abgesetzten Bolzen sind besonders vorteilhaft, weil sie beim Zusammenbau ein übermäßiges Anziehen der Bolzen und damit eine Beschädigung der Rohrkupplung verhindern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Rohrkupplung weist das Zentrierglied einen dünnen schalenartigen Ringfortsatz auf, der wenigstens teilweise über die Spannglieder vorspringt und der durch axiale Einschnitte in Ringsegmente unterteilt sein kann, die nach Art von radial biegsamen Federzungen nach innen auf die Spannglieder drücken.

Die Stirnfläche des Endabschnitts wird häufig innerhalb des Zentriergliedes unmittelbar gegen die entsprechende Stirnfläche des anderen Rohrkörpers stoßen, obwohl in manchen Fällen eine Dichtung aus einem geeigneten, vorzugsweise elastischen Material zwischen diese Stirnflächen eingefügt sein kann.

Der erwähnte andere Rohrkörper kann ein weiteres Rohr, möglicherweise von gleichem Querschnitt und gleicher Form sein, so daß die Anordnung der Erfindung zwei zu kuppelnde Rohre und zwei Satz von Spanngliedern umfaßt, die beiderseits des Zentriergliedes um die Rohre herum lösbar befestigt sind.

Stattdessen kann der weitere Rohrkörper irgendein Teil eines anderen Flüssigkeit führenden Systems sein, etwa eines

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Tanks oder einer Pumpe, in welchem Fall die entsprechende Seite des Zentriergliedes eine geeignete Form, zum Beispiel einen Flansch besitzt, um an dem betreffenden Körper befestigt zu werden. Eine Ausführungsform der Erfindung kann dem Einlaß und/oder Auslaß einer Flüssigkeitspumpe zuge ordnet sein.

Einige oder alle Bestandteile der Kupplung können aus Metall sein, wobei eine nimonische Legierung sich für das Zentrierglied und die Spannglieder eignet, wenn die Anordnung unter hohen Temperaturen zur Anwendung kommt.

In einem bevorzugten Fall wird die Anordnung der Erfindung in einem Strömungssystem für Flüssigkeiten verwendet, das konzentrische Rohre aus Siliziumnitrid enthält und eine Einrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds in dem Spalt zwischen den Rohren einschließt, um zu bewirken, daß geschmolzenes Aluminium in dem Spalt vorangetrieben wird durch die Wechselwirkung von in dem Aluminium induzierten elektrischen Strömen mit dem Magnetfeld, wobei dieses Strömungssystem mit Einlaß- und Auslaßrohren in der oben beschriebenen Weise verbunden zu werden vermag.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:

Fig. 1 im Längsschnitt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zur Verbindung von drei identischen Rohren,

Fig. 2 im Längsschnitt eine ähnliche Anordnung, mit der ein Rohr an den Einlaß einer Flüssigkeitspumpe angeschlossen ist.

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Gemäß Fig. 1 sind zwei Keramikrohre 1 und 9 miteinander durch die Kupplungsanordnung 4 verbunden, die ein hohlzylindrisches Zentrierglied 16 aufweist, an dem mittels abgesetzter Bolzen 7 mehrere metallische Spann- bzw. Futterstücke 2 lösbar befestigt sind, die die Form von Ringsegmenten besitzen. An jedem der Rohre 1 und 9 ist ein flanschförmiger Endabschnitt 6 ausgebildet, an dessen konischer Rückseite 13 die die konischen Innenflächen 12 der Futterstücke 2 anliegen. Die zylindrischen Außenseiten 5 der Futterstücke 6 liegen an der Innenfläche des gemeinsamen Zentriergliedes 16 an. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Endabschnitte in der richtigen Lage in Bezug auf die Futterstücke und zueinander gehalten werden, damit die Rohrkanäle 10 fluchten.

Das Zentrierglied 16 enthält an jedem Ende mehrere axial gerichtete Gewindebohrungen 15» in die die Bolzen 7 eingeschraubt sind, um über Federn 19, die zwischen die Bolzenköpfe und die Futterstücke 2 eingefügt sind, eine die Stoßfuge dichtende Kraft auf die Futterstücke und damit auf die konischen Rückseiten der Endabschnitte 6 der Rohre 1 und auszuüben, wodurch deren Stirnflächen 14 aneinander oder, wie dargestellt, gegen einen Dichtungsring 20 gepreßt werden, die gemeinsam die Stoßstelle bilden.

Die Federn 19 sind scheibenförmig, da mit dieser Bauart Federn zur Verfügung stehen, die bei zulässiger Belastung eine zu vernachlässigende Steifigkeit besitzen, so daß keine nennenswerte Belastungsänderung auftritt, wenn die Temperatur der Stoßstelle sich ändert und eine unterschiedliche Ausdehnung zwischen der metallischen Kupplung 4 und den keramischen Rohren 1 und 9 auftritt.

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Die Bolzen 7 sind abgesetzt, so daß sie beim Anziehen bei 3 gegen das Zentrierglied 16 stoßen, wobei die durch die Futterstücke 2 auf die Berührungsfläche 13 ausgeübte Kraft alsdann wesentlich unabhängig von der anfangs aufgebrachten Dichtungskraft ist.

Das Zentrierglied 16 dient ferner dazu, den Austritt der Flüssigkeit in der Leitung zu begrenzen, falls die Stoßstelle an den Stirnflächen sich zufällig öffnet.

Ein anderes wichtiges Merkmal der Kupplungsanordnung 4 ist der schalenartige Fortsatz 17, der von Jedem Ende des Zentrierstückes 16 vorspringt und als dünne Schale die Außenflächen der betreffenden Futterstücke 2 an diesen anliegend umgibt. Im allgemeinen haben die metallischen Bestandteile der Kupplungsanordnung 4 einen größeren Ausdehnungskoeffizient als die keramischen Rohre 1 und 9» und daher ergibt sich keine Schwierigkeit, wenn die Rohre 1 und 9 sich erhitzen, da in diesem Fall die Federn 19 nur die Futterstücke 2 zur Dichtungsstelle 21 hin drücken, während die Dichtungskraft bestehen bleibt. Falls dagegen die Temperatur abnehmen sollte, würden die Futterstücke 2 nicht normal in ihre Ausgangslagen zurückkehren, wenn der Grenzreibungswinkel zwischen den Futterstücken 2 und der Oberfläche 13 größer als der Kegelwinkel ü- ist, so daß die Zusammenziehung des Zentriergliedes 16 bewirkt, daß die Futterstücke stark auf das betreffende Rohr drücken und eine unkontrollierte Beanspruchung hervorrufen. Um dies zu vermeiden, sind die Fortsätze 17 axial unterbrochen an einer Anzahl von Stellen, derart, daß sie in Ringsegmente unterteilt sind, die als eine Reihe von ausladenden Federn die Futterstücke 2 in Bezug auf die Rohre 1 und 9 und das Zentrierglied 16 lokalisieren. Somit biegen sich die Federn beim Abkühlen um einen

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geregelten Betrag dadial aus und begrenzen dadurch die auf die Futterstücke 2 ausgeübte Belastung.

Durch die Verwendung der Futterstücke 2 wird nicht nur die dichtende Kraft verteilt, die auf die Flächen 13 der flanschförmigen Endabschnitte 6 ausgeübt wird, selbst mehr als dies mit der Einzelanlage herkömmlicher Flanschbolzen der Fall sein würde, sondern durch die Verwendung von Flanschen mit konischen Rückseiten 13 werden die konzentrierten Beanspruchungen an den Ecken 11 beachtlich herabgesetzt im Vergleich zu einem flachen Flansch und ferner die Ausbildung von großen Übergangsradien an den Ecken 11 ermöglicht, ohne die Breite der verfügbaren Berührungsfläche nennenswert zu reduzieren.

In Fig. 2, in der die Bestandteile mit gleichen Funktionen auch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 tragen, ist eine Anwendung der Erfindung bei einer Flüssigkeitspumpe veranschaulicht.

Die Pumpe 24, von der ein Einlaßende gezeigt ist, kann zum Beispiel von der Bauart sein, bei der auf eine Säule von leitender Flüssigkeit, etwa flüssigem Aluminium eingewirkt wird gemäß den Gesetzen magnetischer Induktion, indem ein magnetisches Wechselfeld quer zur Flüssigkeit erzeugt wird, das in der Flüssigkeit elektrische Ströme induziert, die in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld eine die Flüssigkeit vorantreibende Kraft erzeugen.

Das Rohr 26 ist gleich dem Rohr 29 in reaktionsgebundener Silikon-Nitrid-Keramik hergestellt. Das Rohr 29, das außen

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mit einem konischen Endabschnitt ähnlich demjenigen der Rohre 1 und 9 in Fig. 1 versehen ist, ist an dem Rohr 26 der Pumpe durch eine Kupplungsanordnung nach der Erfindung angesetzt. Das Ende des Rohrs 26 und das konische Ende des Rohrs 29 stoßen über einen Kohlefaser-Dichtungsring aneinander, wobei das Rohr 29 zum Rohr 26 hin durch die Futterstücke 2 gedrückt wird, die aus nimonischer Legierung gefertigt sind. Der Druck wird auf die Futterstücke 2 mittels der Federscheiben 19 ausgeübt, die durch abgesetzte Bolzen 7 zusammengedrückt werden, die in Gewindelöcher 22 im Zentrierglied 16a eingeschraubt sind, so daß der axiale Druck auf die Stoßstelle stets unter Kontrolle steht, wie im Falle der zuvor beschriebenen Rohrverbindung. Auch greifen über die Futterstücke 2 Fortsätze 17, indem das Zentrierglied 16a zu einer dünnen Schale ausgearbeitet ist, die durch axiale Einschnitte unterteilt ist, wie oben in Bezug auf Fig. 1 beschrieben.

Bei dieser zweiten Ausführungsform ist an dem Zentrierglied 16a ein radialer Flansch 28 ausgebildet, der an der Endplatte 27 der Pumpe angeschraubt ist, an seinem inneren Umfang mit einem ringförmigen Fortsatz 30 in eine entsprechende Nut 31 der Abschlußplatte 27 eingreift und eine Abstützung für das betreffende Ende des Rohrs 26 bildet.

Eine gleiche Anordnung kann auch am Auslaßende der Pumpe vorgesehen sein.

Rei/Neu/pi.

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Claims

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THE ENGLISH ELECTRIC COMPANY LIMITED, London, England

Patentansprüche:

) Anordnung zur Verbindung der Endabschnitte eines Rohrs und eines anderen Rohrkörpers,

dadurch gekennzeichnet, daß ein hohlzylindrisches Zentrierglied (16, 16a) über den die Endabschnitte (6, 26) des Rohrs (1, 29) und des anderen Rohrkörpers (9» 24) greift und eine Mehrzahl von Spanngliedern (2) lösbar an dem Zentrierglied (16, 16a) um das Rohr (1, 29) herum befestigt ist, wobei jedes der Spannglieder (2) wenigstens mit einer Berührungsfläche (12) an einer entsprechenden Anlagefläche (13) nahe dem Endabschnitt (6) des Rohrs (1, 29) anliegt und das Rohr (1, 29) mit der Stirnfläche seines Endabschnitts (6) an eine Gegenfläche (14) des anderen Rohrkörpers (9, 24) preßt, derart, daß eine dichtende Verbindung zwischen dem Rohr (1, 29) und dem Rohrkörper hergestellt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß am Endabschnitt des Rohrs (1, 29) ein Flansch mit im wesentlichen konischer Rückseite als Anlagefläche (13) für die Spannglieder (2) ausgebildet ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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3- Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannglieder (2) Futterstücke vorgesehen sind, die gleichmäßig am Umfang des Zentriergliedes (16, 16a) gleichachsig zu diesem angeordnet sind.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglieder (2) am Zentrierglied (16, 16a) mittels axial gerichteter abgesetzter Bolzen (7) in Verbindung mit Federscheiben (19) für die Übertragung des ausgeübten Drucks auf die Spannglieder befestigt sind.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrierglied (16, 16a) einen dünnen schalenartigen Ringfortsatz (17) aufweist, der wenigstens teilweise über die Spannglieder (2) vorspringt und durch axiale Einschnitte in Ringsegmente unterteilt ist, die nach Art von radial biegsamen Federzungen nach innen auf die Spannglieder (2) drücken.
6. Anordnung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Ringsegmente in Bezug auf die Spannglieder (2) so angeordnet sind, daß eine radiale Ausbiegung der Ringsegmente infolge von unterschiedlicher Wärmeausdehnung oder -zusammenziehung zwischen den Bestandteilen der Anordnung sowie dem Rohr und/oder dem anderen Rohrkörper den Druck auf die Spannglieder zu begrenzen bestrebt ist.

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7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (21) aus elastischem Material zwischen der Stirnfläche des Rohrs (1, 29) und der Gegenfläche des anderen Rohrkörpers angeordnet ist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h gekennzeichnet, daß das Zentrierglied (16, 16a) und/oder die Spannglieder (2) aus nimonischer Legierung bestehen.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Rohrkörper ein zweites Rohr ist und um jedes der Rohre (1, 9) herum eine Mehrzahl von Spanngliedern (2) lösbar an dem über beide Rohre greifenden Zentrierglied (16) befestigt ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Rohrkörper der Einlaß oder Auslaß einer Flüssigkeitspumpe (24) ist und das zugleich über ein entsprechendes Rohrende der Pumpe greifende Zentrierglied (I6a) an seinem der Pumpe zugekehrten Ende einen Flansch (28) zur Befestigung der Anordnung an der Pumpe aufweist.

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