DE4438139A1 - Thermisch heizbare Leitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf solch eine thermisch heizbare Leitung wie z. B. ein Metallrohr, das von einer Ummantelung umgeben ist, die ein Heiz­ medium enthält.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere, obgleich nicht ausschließlich, auf eine thermisch heizbare Leitung, die ein Metallrohr für das Fließen von geschmolzener Legierung umfaßt und von einer ringförmigen Kammer umge­ ben ist, die erhitztes Öl enthält, um sicherzustellen, daß die Legierung geschmolzen bleibt, wenn sie durch die Leitung fließt.

Eine thermisch heizbare Leitung der im vorstehenden Absatz beschriebenen Art wird repräsentativ in einer Einrichtung für die Herstellung eines Ar­ tikels durch eine "Verlorener-Kern"-Verfahrensart verwendet, in der z. B. Plastikmaterial mit der Hilfe eines schmelzflüssigen Ausschmelzens von Kernmaterial geformt wird, das dem Formen folgend durch Erhitzen des Form­ kerngliedes in einen geschmolzenen Zustand versetzt wird, in welchem es nach außen in einen Hohlraum fließen kann, der von dem geformten Plastik­ material festgelegt ist. Das geschmolzene Kernmaterial, in repräsentativer Weise eine Legierung, die so von dem hergestellten Artikel entfernt wird, wird in einem geschmolzenen Zustand zur Zufuhr zurück zu einer Arbeitssta­ tion gehalten, in welcher sie umgeschmolzen wird, um einen anderen Formkern zu bilden.

Um sicherzustellen, daß das schmelzflüssige Ausschmelzen des Kernmaterials nicht erstarrt, wenn es durch eine Leitung zurück zur Arbeitsstation geführt wird, an der es umgeformt wird, wird die Leitung von einer Ummantelung um­ geben, durch welche hindurch erhitztes Öl umgewälzt wird. In repräsentativer Weise umfaßt die Leitung eine Anzahl von gegliederten Abschnitten und nicht­ linearen Bereichen. Infolgedessen besteht die Ölummantelung in einer Anzahl von einzelnen Abschnitten, und die Leitung erfordert deshalb, zur Außenumman­ telung an einer Anzahl von einzelnen Positionen entlang seiner Länge abgedich­ tet zu werden. Üblicherweise wird die Abdichtung zwischen der Außenfläche der Leitung und einem Metallrohr, das die Außengrenze der Ölummantelung festlegt, von einem ringförmigen Endflansch erzielt, der an der Außenfläche der Leitung und an einem Ende des Ummantelungsrohres angeschweißt ist.

Die zuvor beschriebene Konstruktion arbeitet bei kontinuierlicher Betätigung zufriedenstellend. Sie arbeitet jedoch nicht zufriedenstellend bei Verwendung in Einrichtungen, die sukzessive ein- und ausgeschaltet werden und in denen deshalb thermische Spannungen der Schweißverbindungen wegen der unterschiedli­ chen Ausdehnung und Kontraktion des Ummantelungsrohres und der Leitung ent­ stehen. Das heißt, bei normaler kontinuierlicher Betätigung wird die Legierungs­ temperatur etwas unter der des erhitzten Öls liegen, und eine konstante, aber kleine Kraft wird an den Schweißverbindungen infolge einer geringen relativ unterschiedlichen Ausdehnung des Ummantelungsrohres und der Leitung verglichen mit ihren zugehörigen Längen ausgeübt, wenn sie bei Umgebungstemperatur ge­ schweißt wurden. Während der Startphase, in der das Öl durch die Ummantelung hindurch umläuft, wird die Leitung entweder leer sein oder - gewöhnlicher - wird sie eine erstarrte Legierung enthalten. Während der Erhitzung, um die erstarrte Legierung zu schmelzen, wird das Ummantelungsrohr schnell aufgeheizt, aber die Temperatur der Leitung wird viel weniger schnell ansteigen wegen des Hitzesenkeffekts der erstarrten Legierung. Deshalb werden wesentliche unter­ schiedliche Ausdehnungskräfte von den Schweißverbindungen an den Flanschsäu­ men ausgeübt werden.

Wenn umgekehrt die Einrichtung abgeschaltet wird, um den Fluß von Öl und Le­ gierung durch die Ummantelung bzw. die Leitung hindurch einzustellen, wird das äußere Ummantelungsrohr, das der Umgebungstemperatur ausgesetzt ist, schneller kalt als das Leitungsrohr. Infolgedessen werden unterschiedliche Ausdehnungs­ kräfte an den Schweißverbindungen ausgeübt, wenn auch nicht so große wie die unterschiedlichen Ausdehnungskräfte, die während einer relativ schnellen Start­ phase entstehen.

Die Wirkung der unterschiedlichen Ausdehnungskräfte führt wegen der zyklischen Start- und Abschaltphase zu vorzeitigem Ausfall der Schweißverbindungen. Die Größe der unterschiedlichen Ausdehnungskräfte könnte, um die Dauerhaltbarkeit der Schweißverbindungen zu vergrößern, durch langsameres Betätigen der Ein­ richtung verringert werden, so daß das Öl während der Startphase mehr schritt­ weise erhitzt wird und während des Abschaltens ein Ölfluß in einem teilweise erhitzten Zustand durch die Ummantelung für eine ausreichende Zeitperiode auf­ rechterhalten wird, um der Legierungstemperatur zu gestatten, bedeutend nie­ driger zu werden. Jedoch würde solcher Kniff in unerwünschter Weise an Betäti­ gungszeit und Kosten zusetzen.

Die vorliegende Erfindung sucht als eines von ihren Zielen, eine thermisch heizbare Leitung vorzusehen, die eine wesentlich verbesserte Dauerhaltbarkeit hat. Die Erfindung sucht auch das Ziel zu erreichen, ohne nach kostspieligen Verfahren zu greifen.

Gemäß einem ihrer Aspekte sieht die vorliegende Erfindung eine thermisch heiz­ bare Leitung vor, die eine Leitung umfaßt, ein Ummantelungsrohr, das sich rund um die Leitung und im Abstand von deren Außenfläche erstreckt, um dazwischen einen Raum für ein Heizfluid festzulegen, ein erstes festes Abdichtteil, das mit dem Ummantelungsrohr verbunden ist, ein zweites Abdichtteil, das mit der Leitung verbunden ist, wobei das eine der ersten und zweiten Abdichtteile eine zylindrische Abdichtfläche definiert und das andere dieser Abdichtteile eine elastomere Dichtung hat, die angeordnet ist, elastisch gegen die zylindrische Abdichtfläche zu drücken und an ihr gleitbar zu sein, um eine Fluiddichtung zwischen den Abdichtteilen vorzusehen und diese Dichtung während einer relati­ ven axialen Gleitbewegung der Abdichtteile aufrechtzuerhalten.

Das Ummantelungsrohr und/oder die Leitung können ein Abdichtteil definieren. Vorzugsweise jedoch werden die Abdichtteile durch Komponenten definiert, die relativ zum Ummantelungsrohr bzw. zur Leitung sicher befestigt sind.

Das mit der Leitung verbundene Abdichtteil kann als Teil eines Endflansches definiert sein, durch welchen ein Ende der Leitung an einer anderen Leitung oder einem Verteiler sicher befestigt ist. In dieser Konstruktion kann der Endflansch in üblicher Weise, z. B. durch Schweißen, am Leitungsrohr sicher befestigt sein.

Das andere Abdichtteil kann die Gestalt einer Muffe aufweisen, die an einer Außenfläche des Ummantelungsrohres angeschweißt und angeordnet ist, sich axial über ein Ende des Ummantelungsrohres zu erstrecken, z. B. sich über einen zy­ lindrischen Abschnitt eines Endflansches zu erstrecken, der am Ende des Lei­ tungsrohres angeschweißt ist. Diese Muffe kann am Ummantelungsrohr durch üb­ liche Mittel, z. B. durch Schweißen, sicher befestigt sein.

Die im vorhergehenden Absatz beschriebene Muffe kann im Innern abgesetzt sein. Sie kann im Innern abgesetzt sein, um als Abdichtungsort eine Nut vor­ zusehen. Sie kann im Innern abgesetzt sein, um einen sich radial nach innen erstreckenden Flansch vorzusehen, gegen welchen ein Ende des Ummantelungs­ rohres anstoßen kann.

Die elastomere Abdichtung wird ausgewählt, um widerstandsfähig gegen das Fluidmedium zu sein, das innerhalb des Ummantelungsrohres enthalten ist. Ein Beispiel einer geeigneten elastomeren Abdichtung ist eine O-Ring-Abdichtung, die z. B. aus Viton (Handelsmarke) hergestellt ist.

Das Ummantelungsrohr kann abgedichtet sein, in welchem Fall ein Heizelement wie z. B. ein elektrisches Heizelement, innerhalb des Ummantelungsrohres ent­ halten sein kann, um das Fluidmedium zu erhitzen. Vorzugsweise ist jedoch das Ummantelungsrohr mit Öffnungen für den Fluß eines Heizfluids zu und von der Ummantelung ausgestattet, so daß außen befindliche Heizmittel verwendet werden können, um die Temperatur des Fluids zu erhöhen. In den beigefügten Zeichnungen zeigt Fig. 1 im Längsquerschnitt den Teil einer üblichen ther­ misch heizbaren Leitung mit einem Flanschende.

Fig. 2 zeigt im Längsquerschnitt eine thermisch heizbare Leitung in Über­ einstimmung mit der vorliegenden Erfindung und außerdem mit einem Flanschende.

Im Stand der Technik hat eine Konstruktion gemäß Fig. 1 eine Stahlleitung 10 zum Fließen von geschmolzener Legierung an seinem Ende einen ringförmigen Flansch 11 angeschweißt. Die Leitung 10 wird entlang einem größeren Teil sei­ ner Länge von einem Ummantelungsrohr 12 umgeben, das mit Abstand um die Außen­ fläche des Leitungsrohres durch ringförmige Metall-Endabdichtungen 13 (nur eine ist in Fig. 1 dargestellt) gehalten wird. Die Endabdichtungen 13 sind durch Schweißverbindungen 14 sicher an der Leitung 10 bzw. am Ummantelungs­ rohr 12 befestigt. Die Baugruppe aus Ummantelungsrohr 12, Leitung 10 und End­ ringen 13 legt eine ringförmige Kammer 15 fest, durch welche erhitztes Öl über (nicht dargestellte) Öffnungen umgewälzt werden kann.

In einer Konstruktion, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, ist festgestellt worden, daß eine zyklische Betätigung, in der erhitztes Öl durch die Kammer 15 mit erstarrter Legierung in der Leitung 10 umgewälzt wird und in der später der Fluß von erhitztem Öl angehalten wird, wogegen geschmolzene Legierung im Rohr 10 zurückbleibt, sich nach einer nicht bedeutenden Anzahl von Betätigungs­ zyklen in Ermüdungsbruch der Schweißverbindungen 14 auswirkt. Infolgedessen ergibt sich dort ein Verlust an Öl, der nicht nur Vergießprobleme verursacht, sondern, oft wichtiger, die Erstarrung der Legierung in der Leitung 10, so daß das gesamte Kernformverfahren in dem Fall gestoppt werden muß, wo die Einrich­ tung gemäß Fig. 1 als Teil einer "Verlorener-Kern"-Formtechnik verwendet wird, wie oben in dieser Abhandlung beschrieben wurde.

In der Konstruktion von Fig. 2 ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung an einer Stahlleitung 20 von 20 mm Durchmesser an ihrem einen Ende ein ringförmiger Flansch 21 von derselben Art sicher befestigt, der zusätzlich einen integralen zylindrischen Körperabschnitt 22 umfaßt, der sich dicht rund um das Ende der Leitung 20 erstreckt. Der Endflansch 21 ist mit einer ringför­ migen Schweißnaht 23 an dem Ende der Leitung 20 sicher befestigt.

Die Leitung 20 wird entlang einem Teil ihrer Länge von einem Ummantelungsrohr 24 umgeben, an dessen Außenfläche an jedem Ende eine Metall-Abdichtmuffe 25 durch eine einzige Schweißverbindung 26 (dargestellt in Fig. 2) sicher befe­ stigt ist.

Die Muffe 25 erstreckt sich axial jenseits vom Ende des Ummantelungsrohres , um den Körperabschnitt 22 des Endflansches 21 zu umgeben.

Der Körperabschnitt 22 des Flansches bildet ein erstes Abdichtteil, und die radiale Außenfläche dieses Körpers wirkt als eine ringförmige Abdichtfläche, über der eine Viton-O-Ringdichtung 26, die von einer Nut in einer Innenfläche der Muffe getragen wird, gleiten kann, um eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Abdichtteil 25 und der Abdichtoberfläche des Teils 22 vorzusehen und auf­ rechtzuerhalten.

Die Viton-O-Ringdichtung wird ausgewählt, um fähig zu sein, einem Qualitätsver­ lust durch erhitztes Öl zu widerstehen, das durch die Kammer 27 hindurch um­ läuft, die zwischen dem Ummantelungsrohr 24 und der Leitung 20 festgelegt ist, wobei das Öl in repräsentativer Weise bei einer Temperatur von 200°C gehalten wird, um die Legierung in einem geschmolzenen Zustand in der Leitung zu halten, in repräsentativer Weise bei einer Temperatur von mindestens 137°C.

Das Ummantelungsrohr 24 ist mit (nicht dargestellten) Öffnungen ausgestattet, um das Öl zu befähigen, durch die Kammer 27 hindurch von und zu einer außen befindlichen Heizquelle umgewälzt zu werden.

Die Muffe 25 ist mit einer sich im Innern nach innen erstreckenden Rippe 28 ausgestattet, die nahe am Ende des Ummantelungsrohres 27 liegt. Die Innen­ fläche der Rippe 28 ist im Abstand von der Leitung 20, so daß Fluid in der Kammer 27 frei ist, zum Ende 29 des Flanschkörpers 22 hin zu fließen, wobei so eine maximal mögliche Länge von Hitzeummantelung rund um die Leitung vor­ gesehen ist.

In der mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Konstruktion wird die relative, unterschiedliche Ausdehnung der Leitung 20 und des Ummantelungsrohres 24 durch Gleitbewegung der O-Ringdichtung 26 über die zylindrische Abdichtfläche des Körpers 22 angepaßt. So ist die Konstruktion nicht zum Ermüdungsbruch von Schweißverbindungen veranlagt.

Die Erfindung beabsichtigt, daß die gleiche gleitende Abdichtanordnung der Fig. 2 am andern Ende des Ummantelungsrohres 24 vorgesehen werden soll. In­ folgedessen ist das Ummantelungsrohr 24 frei, axial zwischen den Endflanschen des Rohres 20 zu schwimmen. Um sicherzustellen, daß die Dichtungen 26 in Kon­ takt mit den Abdichtflächen der Flanschabschnitte 22 an jedem Ende der Lei­ tung 20 bleiben, hat die ringförmige, sich nach innen erstreckende Rippe 28 der Muffe 25 eine axiale Länge, die ausgewählt ist, um sicherzustellen, daß bei jeder der extremen relativen Axialpositionen des Ummantelungsrohres 24 und der Leitung 20 die O-Ringdichtung 26 fortfährt, gegen eine zylindrische Abdichtfläche eines Flanschabschnitts 22 zu drücken.

Claims (12)

1. Thermisch heizbare Leitungs-Baugruppe, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Leitung (20) umfaßt, ein Ummantelungsrohr (24), das sich rund um die Leitung und mit Abstand von deren Außenfläche erstreckt, um dazwi­ schen eine Kammer (27) für ein Heizfluid festzulegen, ein erstes Abdicht­ teil (25), das mit dem Ummantelungsrohr verbunden ist, ein zweites Ab­ dichtteil (22), das mit der Leitung verbunden ist, wobei das eine der er­ sten und zweiten Abdichtteile (25, 22) eine zylindrische Abdichtfläche de­ finiert und das andere dieser Abdichtteile eine elastomere Dichtung (26) angeordnet hat, um elastisch gegen die zylindrische Abdichtfläche zu drüc­ ken und an ihr axial gleitbar zu sein, um eine Fluiddichtung zwischen den Abdichtteilen (22, 25) vorzusehen und diese Fluiddichtung während einer re­ lativen axialen Gleitbewegung der Abdichtteile aufrechtzuerhalten.

2. Leitungs-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das Ummantelungsrohr (24) oder die Leitung (20) ein Ab­ dichtteil definiert.

3. Leitungs-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtteile durch Komponenten (22, 25) definiert sind, die relativ zum Ummantelungsrohr bzw. zur Leitung sicher befestigt sind.

4. Leitungs-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Leitung verbundene Abdichtteil durch einen Teil eines End­ flansches (21) definiert ist.

5. Leitungs-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Ummantelung verbundene Abdichtteil eine Muffe (25) ist, die sich über ein Ende des Ummantelungsrohres erstreckt.

6. Leitungs-Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (25) an eine Außenfläche des Ummantelungsrohres angeschweißt ist und sich über einen zylindrischen Abschnitt (22) eines Endflansches (21) erstreckt, der am Ende des Leitungsrohres (20) angeschweißt ist.

7. Leitungs-Baugruppe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (25) im Innern abgesetzt ist.

8. Leitungs-Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (25) im Innern abgesetzt ist, um als Abdichtungsort eine Nut vorzusehen.

9. Muffe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (25) im Innern abgesetzt ist, um ein sich radial einwärts erstreckendes Widerlager (28) für das Ende des Ummantelungsrohres vorzusehen.

10. Leitungs-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ummantelungsrohr mit Öffnungen für den Fluß eines Heizfluids zu und von der Ummantelung ausgestattet ist.

11. Leitungs-Baugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (25) mit einer sich einwärts erstreckenden Rippe (28) ausge­ stattet ist, die nahe bei dem Ende des Ummantelungsrohres (24) liegt und an seiner anderen axialen Seite mit einem Halteteil (29) anstoßen kann, das fit der Leitung verbunden ist oder einen Teil von ihr bildet.

12. Leitungs-Baugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Muffen (25) vorgesehen sind, eine an jedem zugehörigen Ende des Ummantelungsrohres (24), und die sich einwärts erstreckenden Rippen (28) der Muffen eine ausgewählte axiale Länge haben, um sicherzustellen, daß an jeder der extremen relativen Axialpositionen des Ummantelungsrohres und der Leitung die elastomere Dichtung (26) fortfährt, nahe an einer zylin­ drischen Abdichtfläche zu liegen.