DE4417994A1 - Rohrdrehgelenk für hohe Temperaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rohrdrehgelenk für hohe Temperaturen zur gegeneinander verdrehbaren Verbindung eines ersten Rohrendes und eines zweiten Rohrendes mit einer Dichtungseinrichtung, die zwischen den beiden Rohrenden ange­ ordnet ist, und einem Gleitlager, das zwischen der Innen­ fläche des ersten Rohrendes und der Außenfläche des zweiten Rohrendes angeordnet ist.

An derartige Rohrdrehgelenke werden besondere Anforderungen gestellt, da derartige Drehgelenke wechselnden Temperaturen unterworfen werden, zum Beispiel beim Einsatz an Mehretagen- Heißpressen. Die Betriebstemperaturen können in der Regel zwischen 180 Grad C und 220 Grad C liegen. In Stillstands­ phasen kühlt die gesamte Anlage und damit auch das Rohrdreh­ gelenk jedoch bis auf Raumtemperatur ab. Auch in diesem Ruhe­ zustand muß das Rohrdrehgelenk nach absolut dicht sein.

Hieraus ergeben sich hohe Anforderungen an die einzelnen Elemente der zwischen den beiden Rohrenden vorgesehenen Dichtungseinrichtungen. Da darüber hinaus eine Relativbe­ wegung zwischen den beiden Rohrenden stattfindet, sind ent­ weder für derartige Dichtungselemente ausschließlich sehr kostenintensive hochwertige Werkstoffe erforderlich, oder derartige Dichtungselemente müssen vergleichsweise häufig ausgewechselt werden, um sicherzustellen, daß unerwünschte Medienaustritte aus den Rohrleitungen nicht auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Rohrdrehgelenk für hohe Temperaturen derart weiterzubilden, daß bei einfacher konstruktiv-mechanischer Ausgestaltung die Dichtungseinrichtung und andere zur Ausgestaltung des Rohrdrehgelenks erforderliche Elemente weniger aufwendig ge­ staltet werden müssen, wobei zugleich ein verringerter Wartungsaufwand erzielt werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtungseinrichtung einen inneren Dichtungsring und einen äußeren Dichtungsring aufweist, die in Radialrichtung zu­ einander versetzt und mit Abstand zueinander in einem Radial­ spalt angeordnet sind, der zwischen einer radialen Stirn­ fläche des ersten Rohrendes und einer dieser gegenüber­ liegenden radialen Stirnfläche des zweiten Rohrendes ausge­ bildet ist. Erfindungsgemäß ist die Dichtungseinrichtung quasi zweigeteilt. Ein erster, innerer Dichtungsring ist praktisch derjenigen Temperatur ausgesetzt, die innerhalb der durch das Rohrdrehgelenk verbundenen Rohrleitungen herrscht. Dementsprechend ist dieser Dichtungsring vorteil­ haft als Feder, insbesondere als Edelstahlfeder ausgebildet, die von einem Mantel aus einem Werkstoff mit einem niedrigen Reibbeiwert, insbesondere aus Polytetrafluorethylen (PTFE), umgeben ist. Zum einen ist dieser Dichtungsring mechanisch und werkstoffmäßig somit so ausgestaltet, daß er den inner­ halb der Rohrleitung herrschenden Temperaturen widersteht. Aufgrund der Ausgestaltung mit einem Mantel aus dem genannten Werkstoff ergibt sich bei Bewegungen der Rohrleitungen zuein­ ander ein vergleichsweise geringer bzw. nahezu kein Abrieb.

Des weiteren ist die Beanspruchung des derart gestalteten inneren Dichtungsrings bei Drehbewegungen der durch das Rohr­ drehgelenk miteinander verbundenen Rohrenden vergleichsweise gering.

Aufgrund der radial äußeren Anordnung des zweiten, äußeren Dichtungsrings wird dieser mit erheblich geringeren Temperaturen beaufschlagt wie der erste, innere Dichtungs­ ring. Demgemäß kann er vorteilhaft aus einem Elastomer - zum Beispiel Kautschuk, Ethylenpropylendien (EPDM) ausge­ bildet werden, wobei - aus Gründen der Verringerung des Reibungswiderstands - auch dieser Dichtungsring einen Mantel aus einem Werkstoff mit einem niedrigeren Reibbeiwert, ins­ besondere PTFE, aufweist. Die Ausgestaltung dieses zweiten, äußeren Dichtungsrings kann so gewählt werden, daß auch im auf Raumtemperatur abgekühlten Zustand des Rohrdrehgelenks aufgrund seiner elastomeren Ausgestaltung eine absolut dichte Abdichtung des Rohrdrehgelenks gewährleistet ist.

Sofern im Radialspalt zwischen dem inneren Dichtungsring und dem äußeren Dichtungsring ein mit dem ersten Rohrende oder dem zweiten Rohrende fest verbundener, vorzugsweise einstückiger Stützring vorgesehen ist, kann zuverlässig ver­ hindert werden, das aufgrund der auf den inneren Dichtungs­ ring ausgewirkten Zentrifugalkräfte eine Spaltextrusion auf­ tritt.

Wenn gegen den Außenumfang des äußeren Dichtungsring das freie Ende eines Schenkels eines im Querschnitt U-förmigen Ab­ schnitts des Gleitlagers anliegt, wobei der im Querschnitt U-förmige Abschnitt des Gleitlagers ein Radialflansch des zweiten Rohrendes rittlings übergreift, ist es möglich, das Gleitlager sowohl als Axial- als auch als Radiallager zu nutzen.

Eine axiale Fixierung der beiden Rohrenden aneinander bei gleichzeitiger relativer Verdrehbarkeit der beiden Rohrenden ist in konstruktiv einfacher Weise erreichbar, wenn am Außen­ abschnitt der Stirnseite des ersten Rohrendes mittels Ver­ schraubung ein Anschlußstück befestigt ist, dessen dem Radial­ flansch des zweiten Rohrendes gegenüberliegende Außenfläche gegen die Außenfläche des anderen Schenkels des den Radial­ flansch des zweiten Rohrendes rittlings übergreifenden, im Querschnitt U-förmigen Abschnitts des Gleitlagers anliegt. Eine je Flächeneinheit geringere Belastung des Gleitlagers wird erreicht, wenn die Innenumfangsfläche des Anschluß­ stücks gegen die Außenfläche eines mit dem radial inneren Ende des anderen Schenkels des U-förmigen Abschnitts des Gleitlagers verbundenen Axialabschnitts des Gleitlagers an­ liegt.

Ein Ausgleich des bei Betrieb des Rohrdrehgelenks zwangs­ läufig auftretenden Abriebs am Gleitlager ist in konstruktiv einfacher Weise erreichbar, wenn auf der Außenmantelfläche des zweiten Rohrendes ein Vorspannungsring angeordnet ist, der das Anschlußstück in Richtung auf den Radialflansch des zweiten Rohrendes vorspannt.

Sofern in der Innenumfangsfläche des zweiten Rohrendes in dem vom Gleitlager überdeckten Bereich eine Hohlkammer ausge­ bildet ist, wird die Wärmeübertragung aus dem Inneren des Rohrdrehgelenks in Richtung auf das Gleitlager soweit unter­ drückt, daß das Gleitlager quasi als Kaltlager ausgebildet werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in deren einziger Figur das erfindungsgemäße Rohrdrehgelenk teilweise im Schnitt dargestellt ist.

Ein in der einzigen Figur dargestelltes Rohrdrehgelenk für hohe Temperaturen dient dazu, ein erstes Rohrende 1 mit einem zweiten Rohrende 2 so zu verbinden, daß Drehbewegungen der beiden Rohrenden 1, 2 zueinander möglich sind, wohingegen eine axiale Fixierung der beiden Rohrenden 1, 2 zueinander gewährleistet sein soll.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das zweite Rohrende 2 in das erste Rohrende 1 eingesetzt.

Das zweite Rohrende 2 weist einen Radialflansch 3 auf, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurch­ messer des Endabschnitts des ersten Rohrendes 1. Zur axialen Fixierung des ersten Rohrendes 1 und des zweiten Rohrendes 2 ist das erste Rohrende 1 mittels einer Verschraubung 4 mit einem Anschlußstück 5 verbunden. Das Anschlußstück 5 hat einen Innendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Außen­ durchmesser des zweiten Rohrendes 2 abgesehen von dessen Radialflansch 3. Der Radialflansch 3 des zweiten Rohrendes ist somit zwischen der ihm zugewandten Außenfläche 6 des Anschlußstücks 5 und einem inneren Abschnitt der Stirnfläche 7 des ersten Rohrendes 1 aufgenommen.

Zwischen der Stirnfläche 7 des ersten Rohrendes 1 und der dieser gegenüberliegenden Stirnfläche 8 des zweiten Rohr­ endes 2 ist ein Radialspalt 9 ausgebildet, in dem eine Dichtungseinrichtung in Form eines inneren Dichtungsrings 10 und eines äußeren Dichtungsrings 11 angeordnet ist.

Der innere Dichtungsring 10 ist als Edelstahlfeder ausge­ staltet und von einem Mantel aus Polytetrafluorethylen (PTFE) umgeben. Der genannte Werkstoff hat einen besonders niedrigen Reibbeiwert, so daß sich bei der Relativverdrehung des ersten Rohrendes 1 in Bezug auf das zweite Rohrende 2 am inneren Dichtungsring 10 nur geringe Beanspruchungen ergeben.

Der in Bezug auf den inneren Dichtungsring 10 im Radialspalt 9 radial auswärts versetzt angeordnete äußere Dichtungsring 11 ist aus Ethylenpropylendien (EPDM) ausgebildet, wobei es sich um ein Elastomer handelt, und von einem Mantel aus Polytetra­ fluorethylen umgeben. Aufgrund des den elastomeren Werkstoff umgebenden Mantels aus PTFE, welches - wie oben erwähnt - einen besonders niedrigen Reibbeiwert hat, wird auch der äußere Dichtungsring 11 bei einer Relativdrehung des ersten Rohrendes 1 in Bezug auf das zweite Rohrende 2 allenfalls geringen Beanspruchungen unterzogen. Die Ausgestaltung des äußeren Dichtungsrings 11 aus dem elastomeren EPDM hat zur Folge, daß auch im Stillstand des Drehgelenks, bei dem Raum­ temperatur herrscht, eine sichere Abdichtung des Innenraums der beiden Rohrenden 1, 2 im Bezug auf die Umgebung ge­ währleistet ist.

Des weiteren ist im Radialspalt 9 ein Stützring 12 ausge­ staltet, der - im dargestellten Ausführungsbeispiel - ein­ stückig mit dem ersten Rohrende 1 ausgebildet ist. Der Stützring 12 ist in Radialrichtung des Rohrdrehgelenks zwischen dem inneren Dichtungsring 10 und dem äußeren Dichtungsring 11 angeordnet. Dieser Stützring 12 verhindert, daß der innere Dichtungsring 10 aufgrund von bei den Dreh­ bewegungen des ersten Rohrendes 1 bzw. des zweiten Rohrendes 2 auftretenden Zentrifugalkräften radial auswärts wandert.

Aufgrund der radial auswärts versetzten Anordnung des zweiten bzw. äußeren Dichtungsrings 11 kann dieser aus einem Werk­ stoff ausgestaltet werden, der bei den bei Stillstand auf­ tretenden Temperaturen eine zuverlässige Abdichtung des Inneren des Rohrdrehgelenks gegen die Umgebung sichert.

An den Außenumfang des äußeren Dichtungsrings 11 schließt sich ein Gleitlager 13 an. Das Gleitlager 13 hat einen im Querschnitt U-förmigen Abschnitt 14, der den Radialflansch 3 des zweiten Rohrendes 2 rittlings übergreift. An den im Querschnitt U-förmigen Abschnitt 14 des Gleitlagers 13 schließt sich ein Axialabschnitt 15 des Gleitlagers 13 an, wobei dieser Axialabschnitt 15 gegen den Außenumfang des zweiten Rohrendes 2 anliegt.

Das Gleitlager 13 liegt mit dem freien Ende des einen Schenkels 16 seines im Querschnitt U-förmigen Abschnitts 14 gegen den Außenumfang des äußeren Dichtungsrings 11 an. Der im Querschnitt U-förmige Abschnitt 14 des Gleitlagers 13 liegt mit seiner Innenfläche gegen den Radialflansch 3 des zweiten Rohrendes 2 an, wobei seine Außenfläche gegen die Innenfläche des ersten Rohrendes 1 anliegt. Die Außenfläche des anderen Schenkels des im Querschnitt U-förmigen Abschnitts 14 des Gleitlagers 13 liegt gegen eine radialen Innenfläche des Anschlußstücks 5 an. Die Außenfläche des Axialabschnitts 15 des Gleitlagers 13 liegt gegen die Innenumfangsfläche 18 des Anschlußstücks 5 an.

Durch das Zusammenwirken des Radialflansches 3 des zweiten Rohrendes, des ersten Rohrendes 1 und des Anschlußstücks 5 ergibt sich eine feste Fixierung des Gleitlagers 13 zwischen den sich zueinander bewegenden Flächen des ersten Rohrendes 1 bzw. des Anschlußstücks 5, welches fest mit dem ersten Rohrende 1 verbunden ist, und des zweiten Rohrendes 2. Das Gleitlager 13 kann aufgrund seiner körperlichen Ausgestaltung, die an den Radialflansch 3 des zweiten Rohrendes 2 angepaßt ist, sowohl als Axial- als auch als Radiallager dienen.

Zum Ausgleich des beim Betrieb des Rohrdrehgelenks zwangs­ läufig auftretenden Abriebs und Verschleißes des Gleitlagers 13 ist ein Vorspannungsring 19 vorgesehen, der auf der Außen­ umfangsfläche des zweiten Rohrendes 2 axial fixiert ange­ ordnet ist und das Anschlußstück 5 und damit das erste Rohr­ ende 1 in Richtung auf den Radialflansch 3 des zweiten Rohr­ endes 2 vorspannt. Hierdurch ergibt sich stets eine feste Anlage zwischen der Außenseite des Gleitlagers 13 und dem ersten Rohrende 1 bzw. dem Anschlußstück 5.

Auf der Innenumfangsfläche des zweiten Rohrendes 2 ist eine Hohlkammer 20 ausgebildet, welche die Wärmeübertragung aus dem Inneren der durch das Rohrdrehgelenk verbundenen Rohr­ leitungen in den Radialflansch 3 des zweiten Rohrendes und damit zum Gleitlager 13 reduziert. Demgemäß kann das Gleit­ lager 13 praktisch als Kaltlager ausgebildet werden.

Claims (9)

1. Rohrdrehgelenk für hohe Temperaturen zur gegeneinander verdrehbaren Verbindung eines ersten Rohrendes (1) und eines zweiten Rohrendes (2), mit einer Dichtungseinrichtung (10, 11), die zwischen den beiden Rohrenden (1, 2) angeordnet ist, und einem Gleitlager (13), das zwischen der Innenfläche des ersten Rohrendes (1) und der Außenfläche des zweiten Rohrendes (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet daß die Dichtungsein­ richtung (10, 11) einen inneren Dichtungsring (10) und einen äußeren Dichtungsring (11) aufweist, die in Radialrichtung zueinander versetzt und mit Abstand zueinander in einem Radialspalt (9) angeordnet sind, der zwischen einer radialen Stirnfläche (7) des ersten Rohrendes (1) und einer dieser gegenüberliegenden radialen Stirnfläche (8) des zweiten Rohr­ endes (2) ausgebildet ist.

2. Rohrdrehgelenk nach Anspruch 1, bei dem der innere Dichtungsring (10) als Feder, insbesondere als Edelstahlfeder, ausgebildet ist, die von einem Mantel aus einem Werkstoff mit einem niedrigen Reibbeiwert, insbesondere aus Polytetra­ fluorethylen (PTFE), umgeben ist.

3. Rohrdrehgelenk nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der äußere Dichtungsring (11) aus einem Elastomer, zum Beispiel Kautschuk, Ethylenpropylendien (EPDM) od. dgl. ausgebildet ist, und von einem Mantel aus einem Werkstoff mit einem niedrigen Reibbeiwert, insbesondere aus Polytetetrafluor­ ethylen (PTFE) umgeben ist.

4. Rohrdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem im Radialspalt (9) zwischen dem inneren Dichtungsring (10) und dem äußeren Dichtungsring (11) ein mit dem ersten Rohrende (1) oder dem zweiten Rohrende (2) fest verbundener, vorzugs­ weise einstückiger Stützring (12) vorgesehen ist.

5. Rohrdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem gegen den Außenumfang des äußeren Dichtungsrings (11) das freie Ende eines Schenkels (16) eines im Querschnitt U-förmigen Abschnitts (14) des Gleitlagers (13) anliegt, wobei der im Querschnitt U-förmige Abschnitt (14) des Gleitlagers (13) einen Radialflansch (3) des zweiten Rohrendes (2) ritt­ lings übergreift.

6. Rohrdrehgelenk nach Anspruch 5, bei dem am Außenabschnitt der Stirnseite des ersten Rohrendes (1) mittels Verschraubung (4) ein Anschlußstück (5) befestigt ist, dessen dem Radial­ flansch (3) des zweiten Rohrendes (2) gegenüberliegende Außenfläche (6) gegen die Außenfläche des anderen Schenkels (17) des den Radialflansch (3) des zweiten Rohrendes (2) ritt­ lings übergreifenden im Querschnitt U-förmigen Abschnitts (14) des Gleitlagers (13) anliegt.

7. Rohrdrehgelenk nach Anspruch 6, bei dem die Innenumfangs­ fläche (18) des Anschlußstücks (5) gegen die Außenfläche eines mit dem radial inneren Ende des anderen Schenkels (17) des U-förmigen Abschnitts (14) des Gleitlagers (13) verbundenen Axialabschnitts (15) des Gleitlagers (13) anliegt.

8. Rohrdrehgelenk nach Anspruch 6 oder 7, bei dem auf der Außenmantelfläche des zweiten Rohrendes (2) ein Vorspannungs­ ring (19) angeordnet ist, der das Anschlußstück (5) in Richtung auf den Radialflansch (3) des zweiten Rohrendes (2) vorspannt.

9. Rohrdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem in der Innenumfangsfläche des zweiten Rohrendes (2) in dem vom Gleitlager (13) überdeckten Bereich eine Hohlkammer (20) ausgebildet ist.