DE2834136C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine biegsame Dehnungsverbindung für nicht biegsame Rohre, mit einem im wesentlichen schlauchförmi­ gen oder rohrförmigen Körper aus ein Verstärkungsgebilde enthal­ tendem elastomeren Material, wobei der Körper eine radial nach außen gewandte Wellung, zwei symmetrisch zur Wellung an­ geordnete zylindrische Teile und zwei Endteile aufweist, die radial nach außen frei vorragen und von denen je einer an je­ dem Ende des Körpers angeordnet ist und zwischen zwei Flanschen eingeklemmt werden kann, um eine arbeitsmitteldichte Verbindung der anzuschließenden Rohre zu schaffen.

Es sind biegsame Dehnungsverbindungen für nicht biegsame Rohre bekannt, die einen Körper aus elastomerem Material aufweisen, der eine radial nach außen gewandte Wellung, zwei zylindrische Teile, die mit Bezug auf die Wellung symmetrisch angeordnet sind, und zwei Endteile besitzt, die radial nach außen frei vorragen und von denen je einer an jedem Ende des Körpers aus elastomerem Material angeordnet ist und zwischen einem Flansch des anzuschließenden nicht biegsamen Rohres und einem Gegen­ flansch eingeklemmt werden kann. In dem Körper aus elastomerem Material sind Verstärkungsgebilde verschiedener Art angeordnet. Diese Verstärkungsgebilde, die in den bekannten biegsamen Dehnungsverbindungen für nicht biegsame Rohre enthalten sind, bestehen, abgesehen davon, daß sie eine oder mehrere Schnur­ stofflagen aufweisen, deren Schnüre Metallschnüre oder Textil­ schnüre sind, aus einer weiteren Verstärkung, die in jedem zy­ lindrischen Teil oder auf der Außenseite des zylindrischen Tei­ les angeordnet ist. Diese Verstärkung war zuerst aus einem Stahldraht gebildet (US-PS 29 98 986), der schraubenlinien­ förmig rund um den zylindrischen Teil gewickelt und in diesen eingebettet wurde. Die Erhöhung der Arbeitsdrücke in den Rohren, in Verbindung mit denen die Dehnungsverbindungen verwendet werden, und die Ermüdungsbeanspruchungen zufolge von Druckänderungen bewirken jedoch ein Öffnen der Stahldrahtwendel in den Dehnungs­ verbindungen, die mit Verstärkungen dieser Art versehen sind, woraus sich ein Versagen der Kautschuk-Metall-Verbindung ergab, was bereits nach einer kurzen Zeitdauer zu einem Brechen der Dehnungsverbindung führte.

Eine Verbesserung wurde dadurch erhalten, daß in den zylindri­ schen Teil an Stelle eines schraubenlinienförmig um den zylin­ drischen Teil gewickelten Stahldrahtes geschlossene Metallringe kreisförmigen Querschnitts eingesetzt wurden. Mit solchen Ringen ergab sich kein Öffnen der Verbindungen, jedoch ergab es sich als Folge der wiederholten Beanspruchungen als Ergebnis von Druckänderungen in den Rohren, daß die Ringe von dem zylin­ drischen Teil in Richtung gegen die beiden Endteile an den Enden der Dehnungsverbindung wanderten, woraus sich ein Brechen der Dehnungsverbindung ergab. Um das Problem des Wanderns der Ringe zu beseitigen, wurden Versuche gemacht, die geschlossenen Metallringe kreisförmigen Querschnitts durch geschlossene Me­ tallringe rechteckigen Querschnitts zu ersetzen und zwischen ei­ nem Ring und dem nächsten Ring sehr harte Kautschukeinsätze an­ zuordnen. Jedoch wurden auch mit dieser Lösung die gewünschten Ergebnisse nicht erhalten, da durch sie das Wandern der Ringe in Richtung gegen die Endteile der Dehnungsverbindung nicht verhindert werden konnte. Weiterhin hatte diese Lösung für die Ringe einen Nachteil, die zufolge der Herstellungsarbeitsvor­ gänge, denen sie unterworfen werden mußten, nicht aus sehr wi­ derstandsfähigem Material gebildet werden konnten. Demgemäß konnten solche Dehnungsverbindungen nicht sehr hohen Arbeits­ drücken unterworfen werden.

Es wurden auch Versuche unternommen, den zylindrischen Teil mit einem rohrförmigen Metallgebilde zu umgeben, und zwar außerhalb des aus elastomerem Material gebildeten Körpers der Dehnungsverbindung, wobei dieses rohrförmige Metallgebilde mit dem Gegenflansch verbunden wurde. Bei dieser Lösung ist je­ doch keine Abstützung für den zylindrischen Teil geschaffen, wenn das Rohr unter Unterdruck steht. Weiterhin schafft dieses Gebilde, da es frei vorragend angeschlossen ist, keine große Ab­ stützung, wenn die Rohre sich unter hohen Drücken befinden, da die nicht angeschlossenen Enden verformt werden können.

Es ist schließlich auch eine biegsame Dehnungsverbindung für nicht biegsame Rohre bekannt (FR-ZP 21 09 081), bei welcher die zylindrischen Teile der Verbindung durch eine innen ange­ ordnete starre Hülse abgestützt sind. Zum radialen Festlegen der zylindrischen Teile der Verbindung an der starren Hülse sind eine das Verstärkungsgebilde der Verbindung radial ein­ wärts drückende Stahldrahtwendel und axial weiter einwärts ein gelochter Metallring vorgesehen, der sich nur über einen Teil der Länge der zylindrischen Teile der Verbindung erstreckt. Bei dieser Dehnungsverbindung sind die Probleme hinsichtlich des Aufnehmens und Übertragens insbesondere der axialen Bean­ spruchungen bei Druckänderungen und bei Auftreten von Unter­ druck, die sich daraus ergeben, daß die zylindrischen Teile der Verbindung innen nicht abgestützt sind, nicht vorhanden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dehnungsverbindung der ein­ leitend genannten Art derart auszuführen, daß die bei hohen Drücken und Unterdrücken und bei Druckänderungen auftretenden radialen und axialen Beanspruchungen nicht zu einer Lageverän­ derung und zu einem vorzeitigen Versagen des Verstärkungsge­ bildes führen. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß in jedem zylindrischen Teil des im wesentlichen schlauchförmigen oder rohrförmigen Körpers das darin einge­ bettete Verstärkungsgebilde eine starre Hülse aufweist, die sich axial im wesentlichen über die gesamte Länge des zylindri­ schen Teiles erstreckt und die eine Spirale oder Wendel auf­ weist, die aus einem kontinuierlichen Rand aus biegsamem, un­ dehnbarem Material gebildet ist, welches derart gewickelt ist, daß die Windungen sich in Berührung miteinander befinden, und daß Mittel vorgesehen sind, welche relative axiale Bewegungen zwischen den Windungen der Spirale verhindern, die aus bieg­ samem und undehnbarem Material gebildet ist.

Eine Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung hat, gleiche Be­ triebsbedingungen vorausgesetzt, eine längere Lebensdauer als die bekannten Dehnungsverbindungen. Weiterhin ist eine Dehnungs­ verbindung gemäß der Erfindung einfach herzustellen.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispiels­ weise erläutert.

Fig. 1 ist eine Halbquerschnittsansicht einer Dehnungsverbin­ dung gemäß der Erfindung, mittels welcher zwei nicht biegsame Rohre verbunden sind, wobei die Schnittebene durch die Achse der Verbindung verläuft.

Fig. 2 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilansicht einer konstruktiven Besonderheit einer Verbindung gemäß der Erfindung.

Eine Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung zum Verbinden von nicht biegsamen Rohren gehört zu der Art von Verbindun­ gen, die einen Körper aus elastomerem Material aufweist, in welchem ein Verstärkungsgebilde angeordnet ist. Genauer gesagt umfaßt eine Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung einen im wesentlichen schlauchförmigen oder rohrförmigen Körper (nachstehend der Einfachheit halber als schlauch­ förmig bezeichnet), der eine radial nach außen gewandte Wellung, zwei symmetrisch zur Wellung angeordnete zylin­ drische Teile und zwei Endteile aufweist, die frei nach außen vorragen. Eine wesentliche Eigenschaft einer Verbin­ dung gemäß der Erfindung besteht darin, daß sie in jedem zylindrischen Teil als einen Bauteil des Verstärkungsgebil­ des eine starre Hülse aufweist. In Fig. 1 ist eine Dehnungs­ verbindung gemäß der Erfindung dargestellt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist eine Dehnungsverbindung ge­ mäß der Erfindung aus einem im wesentlichen schlauchförmi­ gen Körper 1 aus elastomerem Material gebildet, der mit nicht biegsamen Rohren 2 und 3 verbunden ist. Dieser Körper 1 aus elastomerem Material ist aus zwei zylindrischen Tei­ len 5, die zu der Wellung 4 symmetrisch angeordnet sind, und aus zwei Endteilen 6 gebildet, die radial nach außen frei vorragen. Jeder Endteil 6 ist zwischen einem Flansch 7 des betreffenden anzuschließenden Rohres 2 bzw. 3 und einem Gegenflansch 8 eingeklemmt. Der Klemmdruck ist durch eine Reihe von Bolzen 9 und Muttern 10 geschaffen, die auf einem Umfang in entsprechenden Löchern 11 angeordnet sind, die sowohl in dem Rohrflansch 7 als auch in dem Gegenflansch 8 und in dem betreffenden Endteil 6 gebildet sind.

Der Körper 1 aus elastomerem Material umfaßt gemäß Fig. 1 von innen nach außen eine Lage oder Schicht aus elastomerem Material 12, wenigstens zwei Lagen 13 aus verkautschuktem Schnurstoff, die sich von einem Endteil 6 der Dehnungsver­ bindung kontinuierlich zu dem anderen Endteil 6 erstrecken.

Der verkautschukte Schnurstoff kann Metallschnüre oder Tex­ tilschnüre enthalten. Beispiele für Textilschnüre sind Polyamidschnüre (beispielsweise "NYLON-66" oder "KEVLAR", welches ein aromatisches Polyamid von DU PONT ist). Die Schnüre jeder Lage 13 aus verkautschuktem Schnurstoff kreuzen die Schnüre der benachbarten Lagen, und sie bilden mit einer Erzeugenden des zylindrischen Teiles 5 gleiche Winkel. Vor­ zugsweise betragen die Winkel etwa 15°. Eine Spirale bzw. ein schraubenlinienförmiges Gebilde 14, welches wenigstens eine Windung aus biegsamem und undehnbaren Band aufweist, ist in jeden zylindrischen Teil 5 derart eingesetzt, daß es eine im wesentlichen starre Hülse bildet, die sich über die gesamte Länge des zylindrischen Teiles 5 erstreckt. Rund um die Spirale oder Wendel 14 befinden sich bekannte und nicht dargestellte Mittel, welche wenigstens die beiden radial äußersten Windungen der Spirale oder Wendel 14 in gegensei­ tiger Berührung halten. Diese Mittel können beispielsweise eine Schweißung, einen Draht, der ein oder mehrere Male um die Spirale oder Wendel 14 gewickelt ist, oder auch einen Streifen aus verkautschuktem Schnurstoff aufweisen, der entweder um die Spirale oder Wendel 14 gewickelt oder über der überragenden oder überstehenden Zone der beiden radial äußersten Windungen angeordnet ist. Der Spirale oder Wen­ del 14 sind weiterhin später beschriebene Mittel zugeordnet, die jede relative Axialbewegung zwischen den Windungen der Spirale oder Wendel 14 verhindern. Schließlich sind wenig­ stens zwei andere Lagen 15 aus verkautschuktem Schnurstoff, die wie die vorhergehenden Lagen angeordnet sind, und eine Abdecklage oder Abdeckschicht 16 aus elastomerem Material vorhanden.

Eine ins einzelne gehende Beschreibung der Ausführung des zylindrischen Teiles 5 erfolgt in Verbindung mit der in vergrößertem Maßstab gehaltenen Darstellung der Fig. 2.

In dieser Figur ist neben den verschiedenen Schichten aus elastomerem Material und den Lagen aus verkautschuktem Schnurstoff gemäß vorstehender Beschreibung die Spirale 14 aus einem Band aus biegsamem und undehnbaren Material dar­ gestellt. Die Bandspirale ist beispielsweise aus drei Win­ dungen 14 a, 14 b und 14 c gebildet, die rund um die radial innere Ausführung des zylindrischen Teiles 5 gewickelt sind, d. h., über die beiden Lagen 13 aus verkautschuktem Schnur­ stoff. Jede Windung 14 a, 14 b, 14 c befindet sich in enger Berührung mit der nächsten Windung. Das Bandmaterial der Windung kann beispielsweise ein kontinuierliches Metall­ band oder ein kontinuierliches Kunststoffband sein. Die Auswahl des Metallmaterials erfolgt auf der Basis der Be­ anspruchungen, die an die Dehnungsverbindung angelegt wer­ den, d. h., praktisch auf der Basis der Betriebsdrücke und, noch wichtiger, auf der Basis der Änderungen der Drücke während des Betriebes. Beispielsweise kann für hohe Beanspruchungen während des Betriebes und bei großen Druck­ änderungen für das Band eine getemperte Stahllegierung ver­ wendet werden mit einer Bruchlast von höher als 140 kg/cm², wobei eine Wanddicke von 0,5 bis 0,8 mm verwendet werden kann.

Für geringere Beanspruchungen kann beispielsweise ein Band aus Kunststoffmaterial genügen. Es ist nicht erforderlich, obwohl es bevorzugt wird, eine Kautschuk-Metall-Verbindung bzw. eine Kunststoff-Kautschuk-Verbindung zwischen dem Band, welches die Spirale 14 bildet, und dem elastomeren Material zu bilden, welches die Spirale 14 umgibt, da die Reibung, die zwischen den sich berührenden Windungen der Spirale 14 hervorgerufen wird, ausreichend ist, um ein Aufwickeln der Windungen bzw. der Spirale 14 zu verhindern. Um diese Rei­ bung aufrechtzuerhalten, sind die Mittel ausreichend, die zuvor im Hinblick darauf beschrieben wurden, die Berührung der Windungen miteinander aufrechtzuerhalten, und zwar wenig­ stens die Berührung zwischen den beiden radial äußersten Windungen der Spirale 14.

In Fig. 2 ist eine besondere Ausführungsform der rund um die Spirale 14 angeordneten Mittel dargestellt, um zu verhindern, daß die Windungen 14 a, 14 b und 14 c der Spirale 14 sich rela­ tiv zueinander axial verschieben. Diese Mittel bestehen aus einer Wicklung aus verkautschuktem Schnurstoff 17, bei wel­ chem die Schnüre parallel zur Achse des zylindrischen Tei­ les 5 angeordnet sind. Die Schnüre des Schnurstoffs 17 sind vorzugsweise Metallschnüre, da diese einen größeren Wider­ stand gegen Scherbeanspruchungen oder Schneidbeanspruchungen haben, denen sie durch die Windungen der Spirale 14 unter­ worfen werden. Weiterhin haben die Schnüre des verkautschuk­ ten Schnurstoffes 17 die Funktion, zwischen sich die radial äußersten Windungen der Spirale 14 festzulegen.

Eine andere nicht dargestellte Ausführungsform der Mittel zum Verhindern jeder relativen axialen Verschiebung zwischen den Windungen umfaßt einen aus thermoplastischem Material gebildeten Streifen, der etwas größer als das Metallband ist und der zwischen den einzelnen aus dem kontinuierlichen Metallband gebildeten Windungen derart eingesetzt wird, daß während des Vulkanisierens der überflüssige Teil des Strei­ fens aus thermoplastischem Material zufolge Schmelzens die Windungen des Metallbandes, welche die Spirale 14 bildet, umhüllen und aneinander befestigt halten kann. Das Einset­ zen eines solchen thermoplastischen Streifens lediglich zwischen den radial äußersten Windungen der Spirale 14 aus dem Metallband stellt ein anderes Beispiel eines Mittels dar, welches in der Lage ist, wenigstens die beiden radial äußersten Windungen in gegenseitiger Berührung zu halten.

Die Arbeitsweise der biegsamen Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung ist wie folgt:

Die Beanspruchungen, die sich aus hohen Betriebsdrücken und insbesondere aus den Druckänderungen innerhalb der Rohre ergeben, können in ihre radialen und axialen Komponenten zerlegt werden. Rein radiale Beanspruchungen sind solche, die an die Innenseite der zylindrischen Teile 5 angelegt werden. Diesen Beanspruchungen wird durch die Spirale 14 sehr gut widerstanden, die einen praktisch gleichen Wider­ stand wie eine starre Hülse mit geringfügig kleinerer Dicke schafft. Die Beanspruchungen in der Wellung 4 können in radial wirkende und in axial wirkende Beanspruchungen zer­ legt werden. Die radiale Komponente dieser Benaspruchungen ist mäßig, und ihr wird durch den Körper der Wellung 4 widerstanden. Die axialen Beanspruchungen sind andererseits solche, die bisher die größten Probleme bei den bekannten biegsamen Dehnungsverbindungen hervorgerufen haben, da sie, insbesondere wenn sie wiederholt auftreten, ein Wandern des Verstärkungsgebildes, d. h., der Ringe, von dem zylindri­ schen Teil zu dem Endteil bewirken. Bei einer Dehnungsver­ bindung gemäß der Erfindung werden zufolge des Vorhanden­ seins der starren Hülse 14 diese Beanspruchungen direkt auf die Flansche 7 übertragen, von wo sie dann auf die nicht biegsamen Rohre übertragen werden, die mittels der Dehnungsverbindung miteinander verbunden sind. Es ist die besondere Ausführung der starren Hülse, die durch die Bandspirale 14 gebildet ist, die in ihrer Gesamtheit die gleichen Eigenschaften einer starren Hülse mit etwas klei­ nerer Dicke als die wirksame Dicke der Spirale hat, die es, wenn die Hülse 14 Knickbelastungen oder Auswölbebe­ lastungen aus den axialen Beanspruchungen unterworfen wird, der Ausführung gemäß der Erfindung ermöglicht, diesen Bean­ spruchungen angemessen zu widerstehen, da unter Berück­ sichtigung des gleichen Widerstandes die durch die Spirale 14 gebildete starre Hülse größere Dicke hat.

Dies kann in ähnlicher Weise auch für die Beanspruchungen gesagt werden, die sich ergeben, wenn die Rohre und demge­ mäß die Dehnungsverbindung unter Unterdruck stehen. In diesem Fall ist der Widerstand der Dehnungsverbindung gegen die in Richtung gegen die Achse der Verbindung ge­ richteten radialen Beanspruchungen, die das Bestreben ha­ ben, die Wellung und die benachbarten zylindrischen Teile in Richtung zur Innenseite der Verbindung zusammenfallen zu lassen, erhöht, da die zylindrischen Teile der Dehnungs­ verbindung sehr starr sind.

Eine biegsame Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung, wie sie zuvor beschrieben worden ist, ermöglicht es, die ein­ leitend genannten Zwecke zu erreichen. Tatsächlich ergibt sich für eine Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung da­ durch, daß sie in der Lage ist, die axialen Beanspruchun­ gen auf die nicht biegsamen Rohre, die durch eine Dehnungs­ verbindung miteinander verbunden sind, in der oben be­ schriebenen Weise zu übertragen, d. h., eine Knicklast oder Auswölbelast zu übertragen, die entlang des Umfanges der durch die Spirale 14 gebildeten Hülse gleichmäßig verteilt ist, eine längere Lebensdauer für die Dehnungsverbindung, da die Verstärkungsgebilde der Dehnungsverbindung weniger beansprucht sind. Außerdem wurde durch Prüftests mit Deh­ nungsverbindungen gemäß der Erfindung festgestellt, daß eine Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung wiederholten Druckänderungen - auch großer Werte - bei hohen Nennbe­ triebsdrücken widerstehen kann und weiterhin in noch wirk­ samerer Weise als die bekannten Dehnungsverbindungen Be­ triebsbedingungen widerstehen kann, bei denen die herr­ schenden Drücke im Inneren der Rohre beträchtlich niedri­ ger als die Drücke auf der Außenseite der Rohre sind.

Schließlich ermöglicht die besondere Ausführung einer Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung leichte und be­ queme Herstellung.

Die Schnurstofflagen 15 entsprechen den Schnurstofflagen 13 insoweit, als auch bei ihnen die Schnüre der einen Lage die Schnüre der jeweils anderen Lage derart kreuzen, daß mit Bezug auf eine Erzeugende des zylindrischen Teiles 5 die Schnüre gleiche Winkel bilden.

Claims (5)

1. Biegsame Dehnungsverbindung für nicht biegsame Rohre, mit einem im wesentlichen schlauchförmigen oder rohrförmigen Körper aus ein Verstärkungsgebilde enthaltendem elastomeren Material, wobei der Körper eine radial nach außen gewandte Wellung, zwei symmetrisch zur Wellung angeordnete zylindri­ sche Teile und zwei Endteile aufweist, die radial nach außen frei vorragen und von denen je einer an jedem Ende des Kör­ pers angeordnet ist und zwischen zwei Flanschen eingeklemmt werden kann, um eine arbeitsmitteldichte Verbindung der an­ zuschließenden Rohre zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem zylindrischen Teil (5) des im wesentlichen schlauchförmigen oder rohrförmigen Körpers (1) das darin eingebettete Verstärkungsgebilde eine starre Hülse (14) aufweist, die sich axial im wesentlichen über die gesamte Länge des zylindrischen Teiles erstreckt und die eine Spi­ rale oder Wendel aufweist, die aus einem kontinuierlichen Band aus biegsamem, undehnbarem Material gebildet ist, wel­ ches derart gewickelt ist, daß die Windungen (14 a, 14 b, 14 c) sich in Berührung miteinander befinden, und daß Mittel (17) vorgesehen sind, welche relative axiale Bewegungen zwischen den Windungen der Spirale verhindern, die aus biegsamem und undehnbarem Material gebildet ist.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verhindern von relativen axialen Bewegungen zwischen den Windungen der Spirale (14) eine Wicklung (17) aus verkautschuktem Schnurstoff aufweisen, dessen Schnüre parallel zur Achse des zylindrischen Teiles (5) verlaufen und der rund um die aus dem biegsamen und undehnbaren Material gebildete Spirale gewickelt ist.

3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß sie von innen nach außen eine Lage (12) aus elasto­ merem Material, wenigstens zwei Lagen (13) aus verkautschuk­ tem Schnurstoff, bei denen die Schnüre jeder Lage die Schnüre der jeweils anderen Lage derart kreuzen, daß gleiche Winkel mit Bezug auf eine Erzeugende des zylindrischen Teiles (5) gebildet sind, eine Spirale (14) aus einem kontinuierlichen Band aus biegsamem und undehnbarem Material in jedem zylindri­ schen Teil, eine Wicklung (17) aus verkautschuktem Schnur­ stoff, dessen Schnüre parallel zur Achse des zylindrischen Teiles verlaufen und die um die Spirale aus biegsamem und undehnbarem Material gewickelt ist, zwei Lagen (15) aus ver­ kautschuktem Schnurstoff, bei denen die Schnüre jeder Lage die Schnüre der jeweils anderen Lage derart kreuzen, daß mit Bezug auf eine Erzeugende des zylindrischen Teiles gleiche Winkel gebildet sind, und eine Decklage (16) aus elastomerem Material aufweist.

4. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (14 a, 14 b, 14 c) der Spirale (14) aus Metall bestehen.

5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (14 a, 14 b, 14 c) der Spirale (14) aus Kunststoff bestehen.