DE3201316A1

DE3201316A1 - Flexible, eine fluessigkeit fuehrende kupplung fuer fluessigkeits-transportsysteme

Info

Publication number: DE3201316A1
Application number: DE19823201316
Authority: DE
Inventors: Richard S. 01803 Burlington Mass. Gureghian
Original assignee: Barry Wright Corp
Current assignee: Hutchinson Aerospace and Industry Inc
Priority date: 1981-01-19
Filing date: 1982-01-18
Publication date: 1982-08-26
Also published as: IT8247571A0; IT1147655B; US4398755A; GB2091366A; JPS57140991A; FR2498288A1

Description

- ¹I -

Beschreibung

Flexible, eine Flüssigkeit führende Kupplung für Flüssigkeits-Trans portsy sterne

■

Die Erfindung betrifft eine Kupplung der im Patentanspruch 1 angegebenen Gattung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Flüssigkeit führende Kupplung, die flexibel, d.h. anpassungsfähig oder verstellbar, ist und ohne Beschädigung sowohl lineare wie auch winklige Verlagerungen zwischen den gegenüberliegenden Enden der durch sie verbundenen Leitungen aufnehmen kann.

_1P- Derartige flexible, eine Flüssigkeit führende Kupplungen sind bekannt und werden in einer Reihe von verschiedenartigen Anwendungsfällen eingesetzt, wobei es erwünscht ist, Rohr- oder Leitungsabschnitte eines Flüssigkeitstransportsystems so zu verbinden, daß eine Verlagerung oder Abwei-

2Q chung in der Ausrichtung der Rohrabschnitte relativ zueinander zulässig oder möglich ist. Typische Anwendungsfälle liegen in Systemen vor, in denen eine fluchtende Ausrichtung der Rohrabschnitte in Anbetracht von mechanischen Toleranzen und einer Relativbewegung zwischen den Abschnitten, die z.B. durch Wärmedehnung, Schwingung, Betrieb des Systems od.dgl. hervorgerufen werden, nicht sichergestellt werden kann.

Eine Kupplung, der man allgemein begegnet, insbesondere in Systemen, in denen ein großes Drehmoment von einem Rohrabschnitt auf einen anderen übertragen werden muß, wie beispielsweise bei Tiefbohrgeräten, oder in denen der innere Flüssigkeitsdruck zum äußeren Druck stark unterschiedlich ist, ist eine Kugelgelenkkupplung, die eine verdrehbare Kombination aus abwechselnden Lagen eines federnden sowie eines starren Materials als Dichtungs- und

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Anlagefläche aufweist, wie in den USA-Patentschriften 3 680 895 und 4 068 868 beschrieben ist. Derartige Verbindungen sind jedoch auf der Grundlage der Größe der verbundenen Leitung dimensioniert, der Radius des Kugelgelenks ist nur geringfügig größer als derjenige der Leitung, und deshalb bilden diese gezwungenermaßen durch die■geschichtete Dichtung keine optimale Drehmomentkupplung. Wenn ferner derartige Verbindungen allein verwendet werden, so nehmen sie nur eine seitliche Winkelfehlausrichtung der verbundenen Rohrabschnitte auf. Um auch eine lineare seitliche Bewegung oder Fehlausrichtung eines Paares von Rohrabschnitten aufzunehmen, kann eine zusammengesetzte Kupplung (Verbundkupplung) aus einem Paar von solchen Kugelgelenken, die durch einen dritten Rohrabschnitt getrennt sind, angewendet werden. Alternativ können sowohl lineare wie auch winklige seitliche Bewegungen oder Verlagerungen durch eine Kupplung aufgenommen werden, die einen Abschnitt mit flexiblen Leitungen enthält.

Die flexible Kupplung der zusammengesetzten Bauart (Verbundkupplung) nimmt eine lineare Relativbewegung zwischen den Rohrabschnitten, die sie verbindet, auf, indem sie um eine zur Bew.egung rechtwinklige Achse dreht. Wenn das geschieht, so erzeugt die Verbundkupplung eine entgegenwirkende Verbindung, d.h. eine lineare Relativbewegung zwischen ihren Enden rechtwinklig sowohl zur aufzunehmenden ursprünglichen Linearbewegung und zu der Drehachse, und die geschichteten Dichtungen der Kugelgelenke müssen bei dieser entgegenwirkenden Verbindung dann dafür sorgen, daß eine Spannung an

SO der Leitung oder den Verbindungen oder eine Trennung der Dichtung vermieden werden. Um die entgegenwirkend gekuppelte Linearbewegung auf ein Minimum zu bringen, soll sich die Verbundkupplung zwischen den zu verbindenden Rohrleitungen in einer Richtung erstrecken, die im wesentlichen recht-

°° winklig zu der aufzunehmenden Bewegung ist, und sie soll eine Abmessung haben, die größer als die Bewegung ist, und

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zwar um einen Faktor so groß wie möglich. Diese räumlichen Erfordernisse einer flexiblen Verbundkupplung stellen einen wesentlichen Nachteil dar, da sie in Konflikt mit anderen Erfordernissen des Flüssigkeitstransportsystems, z.B. kurze Leitungsführung, kompaktes System usw., stehen.

Ein zusätzlicher Nachteil der flexiblen Verbundkupplung liegt in ihrer Kompliziertheit, da sie ein Paar von Kugelgelenken, von denen jedes eine geschichtete Dichtung hat, erfordert. Das hat nicht nur höhere Herstellungs-, Einbau- und Wartungskosten zur Folge, sondern schlägt auch auf die Zuverlässigkeit der Kupplung durch. Insofern, als die Dichtung eine Quelle eines potentiellen Ausfalls des Flüssigkeitstransportsystems darstellt, ist die Anwendung von Kupplungen, die eine Vielzahl von verdrehbaren Dichtungen erfordern, in kritischen Situationen, d.h. in solchen, da der Zugang zu den Dichtungen für Wartung und Austausch schwierig ist oder wenn ein Verlust bzw. eine Verschmutzung (Kontamination) der Flüssigkeit eine sehr hohe Gefahr oder einen Schaden zur Folge hat, nicht erwünscht.

Diese Nachteile können teilweise durch eine Kupplung überwunden werden, in die ein flexibler Leitungsabschnitt eingegliedert ist, der eindeutig sicher mit den zu verbindenden Abschnitten des Flüssigkeitstransportsystems verbunden ist. Eine derartige flexible Kupplung nimmt eine Relativbewegung zwischen den Rohrabschnitten, die sie verbindet, durch die nachgiebige Verdrehung ihrer Wände auf und sie kann ohne eine unangebracht entgegenwirkende Verbindung so-

wohl eine lineare wie eine drehende Bewegung aufnehmen.

Ferner kann eine solche flexible Kupplung die Probleme der Kompliziertheit und der Unversehrtheit der Dichtungseigenschaften der zusammengesetzten Kugelgelenkkupplung vermeiden. Obwohl sie möglicherweise kürzer ist als die Verbund-35

Kugelgelenkkupplung, und zwar aufgrund ihrer geringeren entgegenwirkenden Verbindung, ist jedoch die Erstreckung der

flexiblen Leitung in Richtung der Flüssigkeitsströmung noch sehr beträchtlich. Ferner ist die flexible Leitung selbst ein schwaches Glied im Flüssigkeitstransportsystem, das eine hönere Empfindlichkeit für einen Schaden oder Ausfall bei extremen Drücken hat und eine geringere Fähigkeit zur Drehmomentübertragung aufweist, als das für die Kugelgelenkkupplung der Fall ist.

Sowohl bei der Verbund-Kugelgelenkkupplung wie bei der flexiblen Kupplung mit biegsamer Leitung ist das am meisten einem Ausfall ausgesetzte Bauteil, d.h. die geschichtete Dichtung oder die nachgiebige Wand, nicht nur mechanischen Eelastungen, z.B. Vibration und Kraftübertragung, und zwar sowohl translatorisch wie rotatorisch, sowie Flüssigkeits-¹^ druck unterworfen, sondern ist allgemein - wenigstens zum Teil - der Flüssigkeitsströmung ausgesetzt. Das kann einen übermäßigen Abrieb und Verschleiß an den kritischen Teilen zur Folge haben, wenn der Flüssigkeitsstrom Feststoffpartikel enthält.
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Es ist demzufolge ein Ziel der Erfindung, eine flexible, eine Flüssigkeit führende Kupplung zum Einsatz in Flüssigkeitstransportsystemen zu schaffen, die sowohl lineare -wie winklige Verlagerungen der durch sie verbundenen Leitungs-

abschnitte aufnehmen kann, die eine geringe entgegenwirkende Verbindung liefert und die doch extremen Drücken widerstehen kann, relativ kompakt ist sowie eine nur geringe Länge im Flüssigkeitstransportsystem beansprucht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, eine flexible, eine Flüssigkeit führende Kupplung für Flüssigkeitstransportsysteme zu schaffen, die lineare sowie winklige Verlagerungen der durch sie verbundenen Leitungen aufnehmen kann

und die so ausgebildet .werden kann, daß sie ein maximales 35

Drehmoment überträgt.

Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist, eine solche

flexible Kupplung zu schaffen, die lediglich eine einzige Dichtverbindung benötigt und relativ einfach herzustellen, einzubauen und zu warten ist.
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Schließlich ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, eine flexible, eine Flüssigkeit führende Kupplung zum Einsatz in einem Flüssigkeitstransportsystem zu schaffen, wobei die federnde Dichtung gegen den Flüssigkeitsstrom abgeschirmt ist, um der Kupplung eine längere Lebensdauer bei Flüssigkeitstransportsystemen, deren Flüssigkeit Feststoffpartikel enthält, zu vermitteln.

Diese und weitere Ziele werden erfindungsgemäß durch eine flexible, eine Flüssigkeit führende, in Flüssigkeitstransportsystemen einzusetzende Kupplung erreicht, wobei die zu verbindenden Leitungen in kurzen, zylindrischen, die Flüssigkeit leitenden Abschnitten enden, die unterschiedliche Durchmesser haben, welche so gewählt sind, daß der Abschnitt mit geringerem Durchmesser in denjenigen mit größerem Durchmesser vollkommen frei und ungehindert von diesem eingepasst werden kann. Am Ende bzw. nahe dem Ende des weiteren und des engeren Rohrabschnitts ist ein Paar von zusammenpassenden Außenflanschen vorgesehen, und ein kombiniertes, aus abwechselnden Lagen eines federnden und eines starren Materials bestehendes Kupplungs- und Dichtungsgefüge wird in komprimiertem Zustand zwischen diesen Flanschen festgehalten. Die einander zugewandten Flächen der Flansche (und der geschichteten Dichtung) sind 'so ge-

staltet, daß sie die gewünschte Bewegung oder Verlagerung ermöglichen. In einer bevorzugten Ausführung sind es Ausschnitte einer Kugel von großem Durchmesser, wodurch die Aufnahme von sowohl (kleinen) winkligen wie (mäßigen) linearen Bewegungen oder Verlagerungen der Leitungsachsen ermöglicht und das Ausmaß der Bewegung nur durch den Freiraum zwischen den beiden zylindrischen Rohrabschnitten be-

grenzt wird. * ^J

Die geringe Krümmung der Flansche läßt eine beträchtliche lineare Verlagerung mit geringer entgegenwirkender Verbindung zu. Die Anwendung einer geschichteten Dichtung führt zu einem System, das für einen Betrieb mit extremen Druckunterschieden geeignet ist. Die Abmessung der Flansche und der geschichteten Dichtung lassen eine federnde Dichtung zu, die für die Übertragung eines maximalen Drehmoments bemessen werden kann. Die geringe Erstreckung des kleineren zylindrischen Abschnitts in den größeren dient nicht nur als ein begrenzender Anschlag, der Behinderungen der Flüssigkeitsströmung durch eine zu große Verlagerung der beiden Rohrabschnitte verhindert, sondern schafft auch zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten einen Stagnationsbereich, wodurch die Dichtung gegen Abrieb geschützt wird, der durch im Flüssigkeitsstrom enthaltene Feststoffpartikel hervorgerufen werden kann; die Erstreckung braucht nur so lang zu sein, wie es erforderlich ist, um die Bewegung zu begrenzen und einen Stagnationsbereich zu schaffen. Demzufolge braucht die Länge der Kupplung in Richtung der Flüssigkeitsströmung lediglich die Abmessung der Flansche sowie der Dichtung um einen Betrag zu überschreiten, der notwendig ist, um den oder die Kegel zum Anschluß der zylindrischen Abschnitte an ihre jeweiligen Leitungen zu schaffen.

Weitere Ziele der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Die Erfindung umfaßt den Aufbau, den Zusammenschluß von Elementen und die Anordnung von Teilen, die nach-

folgend ohne Beschränkung nur beispielhaft erläutert bzw. dargestellt sind.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine verstellbare, flexible Kupplung in einer Flüssigkeitsleitung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Kupplung so ausgestaltet ist, daß sie eine seitliehe lineare und eine relative Winkelbewegung _zwischen den durch sie verbundenen Rohrabschnitten aufnehmen kann;

Fig. 2 einen zu Fig. 1 gleichartigen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplung in einer zweiten Ausführungsform.

Die in Fig. 1 gezeigte bevorzugte Ausführungsform einer flexiblen Kupplung 20 zur Führung einer Flüssigkeit ist in ein (nicht gezeigtes) Flüssigkeitstransportsystem eingegliedert und derart ausgestaltet, daß sie sowohl eine Winkelbewegung wie eine lineare relative Quer- oder Seitenbewegung zwischen einem Paar von im Sollzustand miteinander linearen Flüssigkeitsleitungen des Systems aufnehmen kann.

Die Kupplung 20 ist auch derart ausgestaltet, daß sie zwischen den Leitungen ein Drehmoment um die Leitungsachsen übertragen kann. Die Kupplung 20 weist Rohrabschnitte 22, 24 auf, die jeweils mit einander gegenüberliegenden radialen Außenflanschen 26, 28 versehen sind, zwischen denen ein ringförmiger Anlage- und Dichtungssatz 30 angeordnet ist.

Die Rohrabschnitte 20, 24 sind als im wesentlichen völlig kreisförmige, zylindrische, dünnwandige, offenendige Rohre von ungleichem Durchmesser ausgebildet. Der kleinere der Innendurchmesser der Rohrabschnitte ist so gewählt, daß er wenigstens so groß ist, wie es für die Auslegungserfordernisse des Systems für den gewünschten Flüssigkeitstransport notwendig ist. Der größere der Rohrabschnitte, d.h. der Rohrabschnitt 24, hat einen Innendurchmesser, der größer ist als der des kleineren Rohrabschnitts, und zwar um einen

Betrag, welcher u.a. von der gesaraten aufzunehmenden Seitenbewegung abhängig ist, worauf noch eingegangen werden wird. Die Wandstärken der beiden Rohrabschnitte werden auf der Grundlage der Festigkeit des Konstruktionsmaterials gewählt, um sowohl die mechanische wie die vom Flüssigkeitsdruck herrührende Belastung der Rohrabschnitte auszuhalten, wie für den Fachmann klar ist. Die Rohrabschnitte 22, 24 sind letztlich im wesentlichen koaxiale Verlängerungen des zu verbindenden Leitungspaares, und sie können entweder einstückig an ihre jeweiligen Leitungen angeformt oder anfangs eigene Teile sein, die mit den Leitungen durch irgendein bekanntes Verfahren, z.B. Löten oder Schweißen, verbunden sind. Es ist klar, daß geeignete übergänge zwischen den Rohrabschnitten 22, 24 notwendig werden können, z.B. in dem Fall, wenn die zu verbindenden Leitungen gleichen Durchmesser haben.

Der Rohrabschnitt 22 mit geringerem Durchmesser ist mit einer Rohrverlängerung oder einem Ansatzrohr 32 in Form eines offenendigen, im wesentlichen völlig kreisrunden, zylindrischen, dünnwandigen Rohres versehen, das einen im wesentlichen dem Innendurchmesser des Rohrabschnitts 22 gleichen Innendurchmesser hat. Im Gebrauch ist das Ansatzrohr 32 in die im "Transportsystem geführte Flüssigkeit ein-

²^ getaucht und insofern ist es keiner Differenzbelastung aus dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt. Ferner ist der Rohransatz 32 kein Teil des das Drehmoment übertragenden Bauteilzuges und unterliegt normalerweise keinen nennenswerten mechanischen Beanspruchungen. Demzufolge können die Wand-

stärke und der Außendurchmesser des Rohransatzes 32 ".kleiner sein als diejenigen des Rohrabschnitts 22. Da der Innendurchmesser des Rohrabschnitts 24 größer sein muß als der ■ Außendurchmesser des Rohransatzes 32, und zwar um etwas mehr als die gesamte aufzunehmende seitliche Verlagerung, ist es

vorzuziehen, den Außendurchmesser - und damit die Wandstärke des Rohransatzes 32 auf das mögliche Mindestmaß herabzusetzen, um eine Kupplung 20 von kompakter Bauart sicherzu-

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stellen. Es ist jedoch klar, daß der Rohransatz 32 irgendeine gewünschte Wandstärke sowie jeden gewünschten Außendurchmesser haben kann und daß er insbesondere im Querschnitt dem Rohrabschnitt 22 gleich sein kann. Der Zweck des Rohransatzes ist, worauf noch eingegangen werden wird, in der durch die Kupplung geführten Flüssigkeit einen Stagnations- oder Staubereich zu schaffen, und insofern ist seine minimale Länge abhängig von den Eingenschaften der Flüssigkeitsströmung. Das Ansatzrohr 32 ist fest am Rohrabschnitt 22 angebracht, z.B. durch die Gewindeverbindung 34, so daß es koaxial vom Rohrabschnitt 22 vorragt; alternativ kann der Rohransatz 32 einstückig mit dem Rohrabschnitt 22 ausgebildet sein.

Der Flansch 26 ist außen am Rohrabschnitt 22 an der Verbindungsstelle zwischen diesem sowie dem Ansatzrohr 32 angebracht und hat vom Rohrabschnitt 22 eine Erstreckung in radialer Richtung, die vom zu übertragenden Drehmoment sowie von den aufzunehmenden seitlichen Verlagerungen abhängig 'ist, wie noch erläutert werden wird. Vorzugsweise ist der Flansch 26 mit einer Kugelfläche 36 sowie mit einer dazu beabstandeten Kegelfläche 38 versehen, obwohl, was noch erklärt werden wird, die Gestalt dieser Flächen für bestimmte Anwendungsfälle abgeändert werden kann. Die

²^ Kugelfläche 36 ist an der dem Rohransatz 32 zunächst, gelegenen Fläche des Flansches 26 ausgebildet, im wesentlichen zur Achse des Rohrabschnitts 22 zentriert und zum ■ Rohransatz 32 hin konkav. Der Krümmungsradius der Kugelfläche 36 wird auf der Basis der aufzunehmenden Relativ-

bewegung gewählt und für lineare Seitwärtsverlagerungen soll er wenigstens ein Mehrfaches des Durchmessers der Rohrleitungen haben. Aus Gründen des Spiels wird dieser Radius, was noch erläutert werden wird, gleichfalls grosser als die halbe axiale Länge des Rohransatzes 32 ge-

wählt. Die mit dem Rohrabschnitt 22 koaxiale Kegelfläche ist an der anderen radialen Fläche des Flansches 26 ausge-

Γη-

bildet. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Kegelfläche 38 steil zu ihrer Achse geneigt, z.B. in der Grössenordrung von wenigstens 60°, und sie entfernt sich mit Annäherung an ihren Scheitelpunkt weiter von der Kugelfläche 36. Die Stärke des Flansches 26, d.h. der Abstand zwischen den Flächen 36 und 38, wird auf der Basis der Festigkeit des Konstruktionsmaterials so gewählt, daß sie ausreichend ist, um die mechanischen Belastungen des Flansches aufzunehmen, wie dem Fachmann geläufig ist.

Der Rohrabschnitt 24 ist mit einem radialen Außenflansch 28 versehen, der an das freie Ende des Rohrabschnitts angrenzt und einen zum Flansch 26 gleichen Außendurchmesser hat. Der Flansch 28 hat eine Kugelfläche 40 und eine dazu beabstandete Planfläche 42. Die Kugelfläche 40 ist an der an das offene Ende des Rohrabschnitts 24 angrenzenden Fläche des Flansches 28 ausgebildet, im wesentlichen zentrisch zur Achse des Rohrabschnitts 24 und von diesem weggerichtet konvex gestaltet. Der Krümmungsradius der Kugelfläche 40 wird so gewählt, daß er geringer ist als derjenige der Kugelfläche 36, und zwar um einen der Stärke des Anlage- und Dichtungssatzes 30 gleichen Betrag, wie erläutert werden wird. Die Planfläche 42 liegt rechtwinklig zur Achse des Rohrabschnitts 24 und hat zur Kugelfläche einen Abstand, der ausreichend ist, um die mechanische Unversehrtheit des Flansches 28 zu gewährleisten.

Der Anlage- und Dichtungssatz 30 hat die Form eines ringartigen Kugelsegments, wobei der Innen- und Außendurchmes-

ser des Kreisringes dem Innen- bzw. Außendurchmesser des Rohrabschnitts 24 bzw. des Flansches 28 entsprechen. Die Kugelflächen des Anlage- und Dichtungssatzes 30 sind so gestaltet, daß sie den Kugelflächen 36 und 40 angepaßt sind. Der Anlage- und Dichtungssatz 30 ist ein geschichtetes Gefüge aus abwechselnder. Lagen 3OA, 30B eines federnden bzw. relativ starren Materials. Jede Lage hat die Gestalt

eines hohlen Kugelsegments, wobei die Krümmungen der Lagen abgestuft sind, so daß ein Schichtengefüge von konzentrischen Segmenten gebildet wird. Die außenliegenden Lagen 30A bestehen aus federndem Material. Der Anlage- und Dichtungssatz 30 kann, wie in der einschlägigen Technik bekannt ist, durch Gießen eines Elastomeren in eine Form, in der starre Elemente 3OB angeordnet worden sind, wobei das Elastomere zur Bildung der federnden Lagen 3OA erstarrt, gefertigt werden. Die starren Elemente 30B bestehen vorzugsweise aus einem geeigneten Metall oder einer geeigneten Legierung.

Die Kupplung 20 wird zusammengebaut, indem die konvexe Fläche des Anlage- und Dichtungssatzes 30 in Gegenüberlage zur Kugelfläche 36 des Flansches 26 angeordnet wird, das Ansatzrohr 32 in den Rohrabschnitt 24 eingesetzt wird, die Flansche 26, 28 in Berührung mit dem einander gegenüberliegenden äußeren federnden Lagen 30A des Satzes 30 gebracht und dann die äußeren Lagen 30A mit den Flanschen 26, 28 verbunden werden. In einem typischen Anwendungsfall wird die Kupplung 20, wobei der Anlage- und Dichtungssatz 30 zusammengepreßt ist, durch gegenüberliegende (nicht gezeigte) Axial- oder Schublager, die auf die Kegelfläche 38 des Flansches 26 sowie die Planfläche 42 des Flansches 28 wirken,.gehalten. Dem Fachmann ist klar, daß ein auf die Kegelfläche 38 wirkendes Kegel-Schublager nicht nur zum Aufbringen eines Teils dieser Kompressionskraft, sondern auch zum Zentrieren des Rohrabschnitts 22 verwendet werden kann. Auch ist klar, daß ein einfaches Kugel- und Laufring-³^ Schublager dazu dienen kann, eine entgegengesetzte Kompressionskraft auf die Planfläche 42 auszuüben, während dem Rohrabschnitt 24 eine Seitwärtsbewegung gestattet wird.

Wenn dj.e Kupplung 20 in der soweit beschriebenen Weise zusammengehalten ist, kann der Anlage- und Dichtungssatz 30

nicht nur als eine Flüssigkeitsdichtung, sondern auch als eine stoß- und schwingungsdärapfende mechanische Drehmomentkupplung eingesetzt werden. Im Hinblick auf die letztgenannte Verwendung kann das federnde Gleiten oder Schieben der Lagen 3OA dazu dienen, die beiden Rohrabschnitte 22, 24 voneinander in bezug auf sowohl winklige wie auch radiale Stöße und Schwingungen, bezogen auf die Rohrabschnittlängsachsen, zu trennen oder abzusondern, während zwischen diesen Rohrabschnitten eine mechanische Kupplung für eine relativ gleichförmige Winkelbewegung geschaffen wird. Es ist zu bemerken, daß aus diesem Grund die auf den Anlage- und Dichtungssatz 30 ausgeübte Kompressionskraft nur dazu ausreichend sein soll, eine gute mechanische Berührung zwischen dem Satz 30 sowie den gegenüberliegenden Kugelflächen 36, 40 sicherzustellen, so daß eine Flüssigkeitsabdichtung und ausreichende Reibungskräfte zwischen der Dichtung sowie den Flächen für die Bewegungsverbindung gewährleistet sind. Eine zu große Kompressionskraft, die ausgeübt wird, um beispielsweise die Abdichtung oder die Reibungskraft zwischen den Rohrabschnitten sowie dem Gefüge 30 zu erhöhen, wird die durch das Gefüge gebotene Trennung verschlechtern. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß die Außendurchmesser der Flansche 26, 28 und des Anlage- und Dichtungssatzes 30 abgewandelt werden können, um die in Berührung befindlichen Oberflächen zu verändern, wodurch der Grad der von der Kupplung unter einer gegebenen Kompressionsbelastung gebotenen Trennung sowie des gebotenen Drehmoments geändert werden.

Die auf großen Radien beruhende leichte Krümmung der Kugelflächen 36, 40 erlaubt eine beträchtliche seitliche Relativverlagerung zwischen den Rohrabschnitten ohne eine merkliche Änderung in der Kompressionskraft, die aufgebracht wird, um auf den Anlage- und Dichtungssatz 30 zu drücken.

Die auf diese Weise zusammengehaltene Kupplung 20 läßt eine Drehung der Rohrabschnitte 20, 24 um ihre Längsachsen zu,

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wobei der Rohrabschnitt 24 ferner frei ist, um sich seitwärts relativ zum Rohrabschnitt 22 zu bewegen, und den elastischen Rückstellkräften der federnden Lagen 3OA des Anlage- und Dichtungssatzes 30 unterworfen ist.

Das Ansatzrohr 32 schafft in der Nähe des Anlage- und Dichtungssatzes 30 einen Stagnationsbereich im Ström der fließenden Flüssigkeit. VfLe schon erwähnt wurde, bietet dieses Merkmal des Erfindungsgegenstandes einen Schutz gegen Abrieb an der Dichtungsanordnung, wenn die Flüssigkeit Feststoffteilchen enthält. Es ist klar, daß der Stagnationsbereich ohne Rücksicht auf die Richtung der Strömung vorhanden ist, obwohl die Strömung vorzugsweise vom Rohrabschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser zum Rohrabschnitt 24 mit größerem Durchmesser gerichtet ist. Wenn jedoch die Kupplung 20 nicht so eingesetzt wird, daß ihre Längsachse horizontal liegt, so soll vorzugsweise der weitere Abschnitt 24 der untenliegende sein, um zu verhindern, daß abgeschiedene Feststoffteilchen sich zwischen dem Ansatzrohr sowie dem Rohrabschnitt 24 ansammeln, wodurch eine Seitwärtsbewegung zwischen den beiden Rohrabschnitten unterbunden wird.

Das Ansatzrohr 32 begrenzt neben seiner Punktion in bezug auf einen Stagnationsbereich das Ausmaß der seitlichen Verlagerung zwischen den Rohrabschnitten 22, 24. Um eine Beschädigung des Ansatzrohrs 32 mit Sicherheit auszuschalten, soll seine axiale Erstreckung vorzugsweise geringer sein· als der Durchmesser der Kugelfläche 36, wobei.jegliche Berührung zwischen dem Ansatzrohr und dem Rohrabschnitt 24 auf den dem Flansch 26 zunächstliegenden Rohrbereich beschränkt wird. Es ist klar, daß diese einfache Vorsichtsmaßnahme die Scherbeanspruchung am Ansatzrohr 32 aufgrund

dessen Berührung mit dem Rohrabschnitt 24 vermindert. 35

Die beschriebene Ausführungsform kann klarerweise in verschiedener Art abgewandelt werden. So können die Kegelfläche 38 und die Planfläche 42 gegeneinander ausgetauscht werden oder beide Flächen können von gleichartiger Gestalt sein, z.B. können es Planflächen sein. Gleicherweise können die Kugelflächen 36, 40 - und damit der Anlage- und Dichtungssatz 30 - verschiedenartig geformte Rotationsflächen sein, um eine unterschiedliche Relativbewegung zwischen den Rohrabschnitten 22, 24 aufzunehmen. So können somit beispielsweise für eine reine seitliche Translationsbewegung zwischen den Rohrabschnitten die Flächen 36, 40 sowie der Anlage- und Dichtungssatz 30 von ebener Gestalt sein, während für axiale Verlagerungen zylindrische Flächen sowie Dichtungsgefüge verwendet werden können.

Eine Anordnung, die besonders für die Übertragung von großen Drehmomenten geeignet ist, wobei auch eine Anzahl von weiteren möglichen Abwandlungen gezeigt ist, ist in Fig. 2 dargestellt.

Die eine Flüssigkeit führende Kupplung 120 weist Rohrabschnitte 122, 124 auf, die jeweils mit Außenflanschen 126, 128 versehen sind, zwischen welchen ein Anlage- und Dichtungssatz bzw. -gefüge 130 angeordnet ist. 25

Da die Kupplung 120 mit bestimmten Ausnahmen der Kupplung 20 von Fig. 1 weitgehend gleichartig ist, sind die Bezugszahlen der zu Fig. 1 gleichartigen Teile um 100 erweitert.

Die Rohrabschnitte 122, 124 sind zylindrisch und haben gleiche Durchmesser, wobei, wie erläutert werden wird, der Flansch 128 einen übergreifenden Teil am Rohrabschnitt 124 bildet. Bei dieser besonderen Ausführungsform bildet das Ansatzrohr (oder die Rohrverlängerung) 132 einen Teil des

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•das Drehmoment übertragenden Bauteilzuges, und demzufolge müssen sowohl seine Wandstärke wie auch die Art der Befe-

stigung des Rohrabschnitts im Einklang mit der Drehmomentbelastung, der es ausgesetzt sein wird, sein, wie für den Fachmann augenscheinlich ist. Deshalb ist das Ansatzrohr 132 vorzugsweise ein einheitlicher Teil des Rohrabschnitts 122, obwohl es auch ein eigener Teil sein kann, der z.B. durch Schweißen mit dem Ansatzrohr fest verbunden wird.

Mit Ausnahme der Fläche 136, die der Fläche 36 am Flansch 26 von Fig. 1 entspricht, ist der Flansch 126 dem Flansch 26 ähnlich. Die Fläche 136 hat die Form einer einflanschigen Garnrolle oder eines im Flansch 126 und am Ansatzrohr 132 ausgebildeten "Zylinderhuts", d.h., es ist eine ebene, kreisförmige Fläche vorhanden, die konzentrisch und rechtwinklig zur Achse des Rohrabschnitts 122 verläuft und glatt über eine viertelkreisförmige Kehle in die Außenfläche' des Ansatzrohres übergeht.

Der Rohrabschnitt 124 ist mit einem Außenflansch 128 in Form eines Trichters versehen, der konzentrisch zum Rohrabschnitt liegt und mit diesem in Verbindung ist. Der Flansch 128 endet in einer im wesentlichen ebenen Fläche 140, die vom Rohrabschnitt 124 entfernt liegt, und ist mit einer inneren zylindrischen Fläche 142 versehen, die der Fläche 140 benachbart ist und glatt in diese übergeht. Die Stirnfläche 140 liegt senkrecht sowie konzentrisch zur Achse des Rohrabschnitts 124 und hat einen Außendurchmesser, der dem des Flansches 126 gleich ist. Die zylindrische Fläche 142 ist zur Achse des Rohrabschnitts 124 konzentrisch und hat einen Durchmesser, der so gewählt ist, daß er gleich der Summe des Außendurchmessers des Ansatzrohres 132 plus der zweifachen Stärke des Anlage- und Dichtungssatzes 130, der noch erläutert werden wird, ist. Die axiale Erstreckung der Zylinderfläche 142 (und des Ansatzrohres 132) wird auf der Basis der erwünschten mechanischen Eigenschaften des Anlage- und Dichtungssatzes 130 ermittelt, wie noch beschrieben werden wird. Es ist klar, daß das Ausmaß des inneren Kegels des Flansches 128 zwischen der zylindrischen

Fläche 142 und der Mündung des Rohrabschnitts 124 so gewählt wird, daß er allmählich ausreichend sich erweitert, um das Ansatzrohr 132 frei und ungehindert aufzunehmen und einen vom Ansatzrohr 132, vom Anlage- und Dichtungssatz 130 sowie vom inneren des Flansches 128 begrenzten inneren Stagnationsbereich zu schaffen.

Der Anlage- und Dichtungssatz 130 hat die Form einer einflanschigen Spule, wobei der Innendurchmesser so bemessen ist, daß der Satz auf die Außenseite des Ansatzrohres 132 passt und der Fläche 136 angepaßt ist. Der Anlage- und Dichtungssatz 130 ist ein geschichtetes Gefüge aus im Durchmesser abgestuften, trommel- oder spulenartigen Lagen I3OA, I3OB aus federndem bzw. starrem Material, die miteinander abwechseln.

Es ist zu bemerken, daß die Berührungsbereiche zwischen dem Anlage- und Dichtungssatz 130 sowie den Flanschen 126, 128 nicht nur von den Außen- und Innendurchmessern der Flansche abhängen, sondern auch vom axialen Maß des An-■ satzrohres 132 und der Anlagefläche 142 des -Flansches. Das ist ein Unterschied zum Berührungsbereich zwischen dem Anlage- und Dichtungssatz 30 sowie den Flanschen 26, 28 (Fig. 1), der allein von den Außen- und Innendurchmessern abhängt. Insofern, als die Druck- und Drehmomentbelastung, die von den geschichteten Lagermaterialien aufgenommen werden kann, unter anderem vom Berührungsbereich abhängt, so folgt, daß die Ausbildung der Kupplung 120 durch Vergrößerung des Maßes des Ansatzrohres 132, der Flache 142

SQ sowie des zylindrischen Teils des Anlage- und Dichtungssatzes 130 an eine Aufnahme größerer bzw. an ein Standhalten gegenüber größeren Belastungen im Rahmen einer baulichen Umhüllung oder Ummantelung mit gegebenem Durchmesser vielseitiger angepaßt werden kann, als das mit einer Kupplung 20 von der Ausbildung nach Fig. 1 möglich ist. Es ist jedoch zu bemerken, daß die Kupplung 120 vom gezeigten

1 Aufbau keine gelenkige Verbindung schafft, wie das für die Kupplung 20 der Fall ist.

Claims

GRÜNECKER. KINKELDEY. STOCKMAlR & PARTNER

PATENTANWÄLTE

N »ATENT ATTOAF)CVS

A GRUNECKER. an. ~a D« H, KINKELDEY. zm- **> OR w. STOCKMAIR. d*v-Wl₁ OR K SCHUMANN. o*--t*n P H. JAKOB. MUI CW G. BEZOLD. c»*.-o«m W MEISTER.ο·ν·<· H HILGERS. Ot »«J Ο» H MEYEH-PLATH. ««..

8Ο0Ο MÜNCHEN 22

11.01 ,82 P 16 917

20 Barry Wright Corporation One Newton Executive Park Newton Lower Falls, MA 02162 U.S.A.

25 Flexible, eine Flüssigkeit führende Kupplung für Flüssigkeit s-Transportsysterne

Patentansprüche

M./Kupplung zum Zusammenschluß eines ersten Endes einer ersten Leitung sowie eines zweiten Endes einer zweiten Leitung, wobei die Kupplung eine erste, koaxial zur ersten Leitung nahe deren erstem Ende angeordnete Rotationsfläche, eine zweite, koaxial zur zweiten Leitung nahe

deren zweitem Ende angeordnete, für eine passende Gegenüberlage mit der ersten Rotationsfläche ausgebildete Rotationsfläche sowie einen ringförmigen Anlage- und Dichtungssatz aufweist, der aus abwechselnden Lagen von federnd verformbaren elastomeren und im wesentlichen starren Materialien aufgebaut sowie derart bemessen und gestaltet ist, daß er im komprimierten Zustand in genauer, passender Lage zwischen der ersten und zweiten Rotationsfläche einsetzbar ist, und wobei das Innere der ersten sowie zweiten Leitung in flüssigkeitsleitender Verbindung sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitung (22, 122) mit einem im wesentlichen koaxialen, eine Flüssigkeit führenden Ansatzrohr (32, 132) versehen ist, das vom ersten Ende auf einer vorbestimmten Strecke vorragt und mit dem Inneren der zweiten Leitung (24, 124) in Verbindung ist sowie einen vorbestimmten Außendurchmesser hat, und daß das zweite Ende der zweiten Leitung (24, 124) einen Innendurchmesser hat, der über eine größere Erstreckung als die vorbestimmte vorragende Strecke des Ansatzrohres um einen vorbestimmten Betrag größer ist als der Außendurchmesser des Ansatzrohres.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die erste sowie zweite Rotationsfläche (36, 136 bzw. 40, 142) an einem Paar von radialen, außerhalb der ersten und zweiten Leitung (22, 122 bzw. 24, 124) gelegenen Flanschen (26, 126 bzw. 28, 128) angeordnet sind.
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3- Kupplung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeic hnet, daß die erste sowie zweite Rotationsfläche (36 bzw. 40) Kugelsegmente mit Radien sind, die wenigstens ein Mehrfaches des Innendurchmessers des zweiten Endes der zweiten Leitung betragen.
4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Rotationsfläche (36) konkav ist.
5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der' radiale Außenflansch (26) der ersten Leitung (22) mit einer nach außen gerichteten Kegelfläche (38), die im wesentlichen zur ersten Leitung (22) koaxial liegt, versehen ist und daß die Kegelfläche sowie die konkave erste Rotationsfläche (36) am Flansch (26) zueinander beabstandet angeordnet sind.
6. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die vorbestimtnte vorragende Strek- ke des Ansatzrohres geringer ist als der zweifache Radius der Rotationsfläche.
7. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ansatzrohr (32) lösbar ange- ordnet ist.
8. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste sowie zweite Rotationsfläche (136, 140) als einflanschige Spulen mit im wesentliehen zylindrischen, koaxial zu ihren Leitungen (122, 124) liegenden sowie mit ebenen, kreisförmigen, zu den Leitungen konzentrischen und rechtwinkligen Teilen ausgebildet sind.

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9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der zylindrische Teil der ersten Fläche mit dem Außendurchmesser des Ansatzrohres zusammenfällt.