DE69200443T2

DE69200443T2 - Bewegliches Verbindungsstück.

Info

Publication number: DE69200443T2
Application number: DE69200443T
Authority: DE
Inventors: John L Highlen; William G Thelen
Original assignee: Aeroquip Corp
Current assignee: Eaton Aeroquip LLC
Priority date: 1991-12-09
Filing date: 1992-06-05
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2012-06-06
Also published as: ES2065110T3; CA2070115A1; KR930013547A; JP2740076B2; US5127681A; CA2070115C; KR100251290B1; EP0546242A1; DE69200443D1; EP0546242B1; JPH06137473A; HK1005752A1; MX9202923A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Verbindungsstücke zum Aneinanderbefestigen von Längen von Rohrleitungen und betrifft insbesondere ein kugelförmiges Kugelverbindungsstück, das große winkelmäßige Biege- und Verdrillungsbewegungen aufnehmen kann, und eine Dichtung, die hochwiderstandsfähig gegenüber Leckage ist, und ein Mittel zum Dämpfen von Vibrationen und Lärm aufweist.

STAND DER TECHNIK

Die vorliegenden Patente wurden bei der Erstellung dieser Anmeldungberücksichtigt: U.S.-Patente Nr. 2,154,077; 2,836,436; 3,680,895; 4,068,868; 4,480,857; 4,606,559; 4,706,998; 4,906,027; und 5,048,873.
Fluidtransportsysteme, die starre Längen von Rohrleitungen, wie beispielsweise Kupfer-, Stahl oder Aluminium-Rohrleitungen, verwenden, werden oft mechanischen Vibrationen unterworfen, die, falls sie nicht absorbiert oder gedämpft werden, Rohrleitungsausfälle aufgrund von Metallermüdung, Dichtungsausfälle und unerwünschten Lärm verursachen können. Dies trifft insbesondere auf Fluidtransportsysteme zu, wie sie in Automobilen und anderen Fahrzeugen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung schafft ein flexibles Verbindungsstück, das eine Konstruktion hat, die die Bewegung zwischen verbundenen Komponenten während des Betriebs des Fluidtransportsystems absorbiert, den Systemlärm und die Vibrationen dämpft und die eine einfache Installation trotz einer gewissen Fehlausrichtung zwischen benachbarten, zu verbindenden Enden erlaubt. O-Ringdichtungen sind in eine Führungs-/Überwurfringvorrichtung eingelassen, um eine Dichtung gegen Leckage des durchfließenden Fluids zu schaffen, während sie sowohl eine winkelmäßige Bewegung als auch eine Verdrillung oder Drehbewegung zwischen benachbarten Längen der Rohrleitungen ermöglichen. Lärm- und Vibrationsdämpfungen werden durch ein elastomeres Polstermittel mit ungleichmäßiger Dicke erreicht, das zwischen einer kugelförmigen Schale und einer weiteren inneren Schale geklebt ist.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flexibles Verbindungsstück für Rohrleitungen des Typs zu schaffen, wie sie in Fluidtransportsystemen für Automobile und andere Verwendungen verwendet werden, das winkelmäßige Biege- und Verdrillbewegungen zwischen den benachbarten Längen der Rohrleitungen ermöglicht und dies in einer Weise tut, die den Lärm und die Vibration dämpft.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flexibles Verbindungsstück zu schaffen, das ohne weiteres benachbarte Längen von Rohrleitungen ohne Berücksichtigung der Tatsache verbindet, daß es eine gewisse Fehlausrichtung der Längen der Rohrleitungen gibt.
Diese Aufgaben werden von einem Verbindungsstück gemäß den Ansprüchen 1 und 10 gelöst.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindungen werden sich ohne weiteres aus den beigefügten Zeichnungen und der folgenden Beschreibung ergeben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Querschnitt entlang der Längsachse des flexiblen Verbindungsstücks der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht ähnlich der der Fig. 1, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 3 ist eine Ansicht, die mittels eines finiten Elementennetzes die Deformation des elastomeren Polstermittelabschnitts des flexiblen Verbindungsstücks als Ergebnis von Spannungen zeigt, die aufgrund des Innendruckes auf das System einwirken.
Die Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 wird dort eine Form eines Verbindungsstückes 10 der vorliegenden Erfindung zum miteinander Verbinden des Endes einer ersten Länge einer Rohrleitung 11 und des Endes einer zweiten Länge einer Rohrleitung 12 gezeigt. Wie dargestellt, erstrecken sich die ersten und zweiten Längen der Rohrleitungen entlang einer Achse A und jede der Längen der Rohrleitungen 11 und 12 definiert einen Durchlaß P für den Transport von sowohl flüssigem als auch gasförmigem Fluid. Es ist möglich, daß das flexible Verbindungsstück der vorliegenden Erfindung in einem Automobilklimaanlagensystem zum Transport eines Kühlmittels wie Freon verwendet werden kann. Es ist jedoch ohne weiteres klar, daß viele Arten von Fluiden, gasförmig oder flüssig, in zufriedenstellender Weise durch das flexible Verbindungsstücksystem der vorliegenden Erfindung fließen könnten.
Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, wurde das erste Ende der Rohrleitung 11 durch bekannte Verfahren vergrößert, um eine kugelförmige Vergrößerung 13 zu bilden, die sich von einer Verbindungslinie 13A mit dem Hauptkörper der Rohrleitung 11 zu einem offenen Ende 13B hin erstreckt. Die kugelförmige Vergrößerung 13 hat einen Radius R1 einer vorbestimmten Länge von einem Mittelpunkt 16 aus zu ihrer äußeren Oberfläche hin. Die zweite Länge der Rohrleitung 12 ist zu einem wesentlich größeren Maß zum Bilden eines Endabschnittes 14 mit einer zylindrischen Konfiguration und einem Zwischenabschnitt 15 erweitert, der den Hauptabschnitt der zweiten Länge der Rohrleitung 12 und den zylindrischen Endabschnitt 14 verbindet. Wie dargestellt, hat der Zwischenabschnitt 15 die Form eines Kegelschnittes; es können jedoch auch andere Formen für einen derartigen Zwischenabschnitt 15 verwendet werden.
Die kugelförmige Vergrößerung 13 der ersten Länge der Rohrleitung 11 wird von einer kugelförmigen Schale 18 umfaßt, die ein Ausschnitt einer Kugel mit einem Radius R2 ist, der sich von einem Zentrum 19 aus zu ihrer inneren Oberfläche hin erstreckt. Der Radius R2 ist größer als der Radius R1 der kugelförmigen Vergrößerung 13, so daß sich ein Raum zwischen der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Vergrößerung 13 und der inneren Oberfläche der kugelförmigen Schale 18 ergibt. Die kugelförmige Schale 18 erstreckt sich von einem ersten Ende 18A zu einem zweiten Ende 18B und ist so angeordnet, daß ihr Mittelpunkt 19 weiter von der Verbindungslinie 13A als von ihrem Mittelpunkt 16 entfernt ist. Als ein Ergebnis davon, daß der Mittelpunkt 19 weiter von der Verbindungslinie 13A entfernt ist als der Abstand von dem Mittelpunkt 16 der kugelförmigen Vergrößerung 13 zur derartigen Verbindungslinie 13A beträgt, ist der Raum zwischen der inneren Oberfläche der kugelförmigen Schale 18 und der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Vergrößerung 13 von einer nicht gleichmäßigen Dicke und ist daher dünner an dem Ende 18A benachbart zu der Verbindungslinie 13A (d.h. der in der Fig. 1 dargestellten rechten Seite) und größer an dem zu dem offenen Ende 13B benachbarten Ende 18B. Falls die Durchmesser der Öffnungen an den Enden 18A und 18B kleiner sind als der äußere Durchmesser der kugelförmigen Vergrößerung 13, kann die kugelförmige Schale 18 vor dem Ausbilden der kugelförmigen Vergrößerung über dem Ende der Länge der Rohrleitung 11 positioniert werden. Mit der so positionierten kugelförmigen Schale 18 kann die kugelförmige Vergrößerung 13 unter Verwendung von bekannten Verfahren ausgebildet werden.
Innerhalb des Raumes zwischen der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Vergrößerung 13 und der inneren Oberfläche der kugelförmigen Schale 18 ist ein elastomeres Polstermittel 13 von ungleichmäßiger Dicke angeordnet. Abhängig von der Art des für das Polstermittel 23 verwendeten elastomeren Materials kann es wünschenswert sein, ein zweites elastomeres Polstermittel 24 unter Verwendung einer zweiten Art von elastomerem Material zu verwenden, das speziell geschneidert ist, um als eine Barriere zu wirken und einer Durchdringung und Abnutzung durch das Fluid zu widerstehen, das durch den Durchlaßweg P der verbundenen ersten Länge der Rohrleitung 11 und der zweiten Länge der Rohrleitung 12 fließen soll. Beispielsweise kann das erste elastomere Polstermittel 23 aus einem geeigneten Plastik oder einem gummiähnlichen Material wie beispielsweise einem SBR-synthetischen Gummi, natürlichem Gummi, Neopren oder einem Urethanmaterial gebildet werden. Ein geeignetes elastomeres Material wird unter dem Namen Tornac , hergestellt von Polysar, Sarnia, Ontario, Kanada, vertrieben. Die zweite Schicht des elastomeren Materiales 24 kann ein Material sein, das unter dem Namen SelarOH von DuPont Chemical, Wilmington, Delaware, vertrieben wird, falls das durch den Durchlaßweg P fließende Fluid ein Kühlmittel wie Freon ist; andere Materialien können jedoch in Abhängigkeit von den Charakteristiken des vorgesehenen Fluids verwendet werden. Falls das Material, aus dem das erste elastomere Polstermittel 23 hergestellt ist, genügenden Durchdringungsund Abnutzungswiderstand gegenüber dem durch den Durchlaß P fließenden Fluids hat, ist nur ein einziges elastomeres Polstermittel 23 notwendig.
Die elastomeren Polstermittel 23, 24 sind an die äußere Oberfläche der kugelförmigen Vergrößerung 13 und an die innere Oberfläche der kugelförmigen Schale 18 geklebt. Dies kann durch das Zusammensetzen der kugelförmigen Schale 18 um die kugelförmige Vergrößerung 13 herum und das Einspritzen von erhitztem und plastifiziertem elastomeren Material in den Raum, um das elastomere Polstermittel 23 zu bilden, bewerkstelligt werden. Anstelle des Einspritzens von plastifiziertem elastomeren Material in den Raum kann ein vorgeformtes Polstermittel aus elastomerem Material in diesen Raum angeordnet und an die äußere Oberfläche der kugelförmigen Oberfläche 13 und die innere Oberfläche der kugelförmigen Schale 18 geklebt werden. Falls gewünscht wird, ein anderes elastomeres Material für das zweite elastomere Polstermittel 24 zu verwenden, kann ein zweiter Einspritzgießschritt angewendet werden, um ein derartiges zweites elastomeres Material in Position zu bringen. Ein Klebstoff kann zur Sicherstellung einer guten Verbindung zwischen den elastomeren Polstermitteln 23 und 24 und der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Vergrößerung 13 auf der einen Seite und der inneren Oberfläche der kugelförmigen Schale 18 auf der anderen Seite verwendet werden. Ein derartiger Klebstoff wird unter dem Namen ChemLok 205/220 von der Lord Corporation, Erie, PA vertrieben.
Der äußere Durchmesser der kugelförmigen Schale 18 entlang einer Ebene senkrecht zu der Achse A ist kleiner als der innere Durchmesser des zylindrischen Endabschnittes 14, was ergibt, daß die kugelförmige Schale 18 in einem Abstandsverhältnis zu der inneren Oberfläche des zylindrischen Endabschnittes 14 ist.
Innerhalb dieses Raumes sind ein Paar von sich auf dem Umfang befindenden Nylonlagern 26 und 27 angeordnet, die als Lagerstützen innerhalb des zylindrischen Endabschnittes 14 dienen, wobei die Vorrichtung aus der kugelförmigen Vergrößerung 13, den Polstermitteln 23, 24 und der kugelförmigen Schale 18 besteht. Das dem offenen Ende 13B der kugelförmigen Vergrößerung 13 benachbarte Lager 28 umfaßt eine erste Oberfläche 26A, die mit einer kugelförmigen Form versehen ist, die der äußeren kugelförmigen Oberfläche der kugelförmigen Schale entspricht und mit ihr in Eingriff ist, und eine im allgemeinen gegenüberliegende Oberfläche 26B mit einer im wesentlichen zylindrischen Konfiguration, die der inneren Oberfläche des zylindrischen Endabschnittes 14 entspricht. Das Lager 26 ist weiterhin mit einer vorderen Oberfläche 26C, einer hinteren bzw. nachlaufenden Oberfläche 26D und einer inneren Oberfläche 26E dargestellt, die sich zwischen den kugelförmigen Oberflächen 26A und der vorderen Oberfläche 26C erstreckt.
Gleichermaßen hat das Lager 27 eine erste Oberfläche 27A, die mit einer kugelförmigen Form versehen ist, die der äußeren kugelförmigen Oberfläche der kugelförmigen Schale 18 entspricht und mit ihr in Eingriff ist, eine zylindrische Oberfläche 27B, die geformt ist, um mit der inneren Oberfläche des zylindrischen Endabschnittes 14 übereinzustimmen und mit ihr in Eingriff zu kommen, eine hintere bzw. nachlaufende Oberfläche 27C, eine vordere Oberfläche 27D und eine innere Oberfläche 27E, die die kugelförmige Oberfläche 27A mit der hinteren Oberfläche 27C verbindet. Die Lager 26 und 27 sind vorzugsweise aus Nylon gefertigt, können aber aus einem anderen Material bestehen, das die chemische Widerstandsfähigkeit gegenüber dem zu transportierenden Fluid aufweist und genügend Festigkeit besitzt, um die Glieder in einer abgedichteten Position zu tragen, während eine Dreh- und Schwenkbewegung zwischen der ersten Länge der Rohrleitung 11 und der zweiten Länge der Rohrleitung 12 ermöglicht wird. Andere geeignete Materialien umfassen verschiedene Metalle, Keramiken und andere Thermoplaste.
Zwischen den Lagern 26 und 27 sind ein Paar von O-Ringdichtungen 28 angeordnet, die voneinander mit einem dazwischen angeordneten Abstandshalter 29 aus Nylon oder anderem geeigneten Material beabstandet sind. Andere Dichtungen mit einer anderen Ausführung können anstelle der O-Ringe verwendet werden. Die O-Ringdichtungen 28 sind vorzugsweise aus einem widerstandsfähigen, chemisch stabilen Polymermaterial, wie einem Fluorsilikonpolymer, bekannt als Neopren W, gebildet. Abhängig von dem zu transportierenden Fluid können andere Arten von Materialien für die O-Ringdichtung 28 und für die Umfangsabstandshalter 29 verwendet werden. Die O-Ringdichtungen 28 werden dazwischen zusammengedrückt und bilden eine flüssigkeits- und vakuumdichte Dichtung zwischen der äußeren kugelförmigen Oberfläche der kugelförmigen Schale 18 und der inneren Oberfläche des zylindrischen Endabschnittes 14. Die O- Ringdichtungen 28 können ebenfalls die benachbarten Lager 26 oder 27 und den Abstandshalter 29 kontaktieren; jedoch ist ein derartiger Kontakt nicht für eine flüssigkeits- und vakuumdichte Dichtung notwendig.
Ein Kragen 30 ist vorgesehen, um die aus der kugelförmigen Vergrößerung 13, den Polstermitteln 23 und der kugelförmigen Schale 18 innerhalb des zylindrischen Endabschnittes 14 bestehende Vorrichtung mit den Lagern 26 und 27, O-Ringdichtungen 28 und dazwischen angeordneten Abstandshaltern 29 aneinander zu fixieren. Der Kragen 30 weist einen zentralen zylindrischen Abschnitt 30A, der eine Größe hat, um genau passend mit der äußeren Oberfläche des vergrößerten zylindrischen Endabschnittes 14 der zweiten Länge der Rohrleitung 12 in Eingriff zu sein, und einen konisch verlaufenden Endabschnitt 30B auf, der sich nach innen zu einer Stelle verjüngt, um mit dem Zwischenabschnitt 15 der zweiten Länge der Rohrleitung 12 in Eingriff zu sein. Das den konisch verlaufenden Endabschnittes 30B bildende Ende des Kragens 30 ist ursprünglich zylindrisch und erstreckt sich über den zylindrischen Endabschnitt 14 hinaus, wie es in den gestrichelten Linien mit der Bezeichnung X in der Fig. 1 dargestellt ist. Nachdem die entsprechenden Komponenten zu der in der Fig. 1 dargestellten Position verbunden sind, wobei sich der zylindrische Abschnitt 30A des Kragens 30 in longitudinaler Richtung über den zylindrischen Endabschnitt 14 zu der Position X hinaus erstreckt, dargestellt in unterbrochenen Linien, wird ein derartiger Endabschnitt zum Bilden des konisch verlaufenden Endabschnitts 30B deformiert, der genau passend den konisch verlaufenden Zwischenabschnitt 15 in Eingriff nimmt. Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, verursacht ein derartiges Deformieren des Kragens 30 zur Bildung des konisch verlaufenden Endabschnittes 30B, daß der Flansch 30C die Lager 26 und 27 innerhalb des Raums zwischen der kugelförmigen Schale 18 und der inneren Oberfläche des zylindrischen Endabschnittes 14 fest in Eingriff nimmt, wobei die vordere Oberfläche 26C des Lagers 26 durch die Verbindung des Zwischenabschnittes 15 der zweiten Länge der Rohrleitung 12 mit dem zylindrischen Endabschnitt 14 an ihrem Platz gehalten wird. Falls gewünscht, kann der konisch verlaufende Endabschnitt 30B vorgeformt sein, wobei in diesem Falle das den Flansch 30C bildende andere Ende anfänglich eine zylindrische Verlängerung des zylindrischen Abschnittes 30A sein würde und während des Zusammenbaus deformiert werden würde, um den Flansch 30C zu bilden.
Der Betrachtung der Fig. 1 kann entnommen werden, daß der Abschnitt der kugelförmigen Schale 18, der mit dem Abstandshalter 29 ausgerichtet ist, als der Scheitelpunkt betrachtet werden kann, der näher an der inneren Oberfläche des zylindrischen Endabschnittes 14 ist als an irgendwelchen anderen Abschnitten der kugelförmigen Schale 18, und daß die Lager 26 und 27 an gegenüberliegenden Seiten des Scheitelpunktes angeordnet sind, wodurch die Positionierung der Anordnung bestehend aus der kugelförmigen Schale 18, den Polstermitteln 23 und 24 und der kugelförmigen Vergrößerung 13 der ersten Länge der Rohrleitung 11 gesichert ist, wobei eine Schwenk- und Drehbewegung zwischen der Vorrichtung und der zweiten Länge der Rohrleitung 12 ermöglicht wird.
Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, endet der Flansch 30C des Kragens 30 an einem Ende 30D, das in radialer Richtung von der kugelförmigen Schale 18 beabstandet ist, so daß ein Spalt 31 zwischen dem Flanschende 30D und der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Schale 18 gelassen wird. Die Anwesenheit des Spalts 31, der mit der kugelförmigen Konfiguration der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Schale 18 gekoppelt ist, die gleitbar in Eingriff mit den kugelförmigen Oberflächen 26A und 27A der entsprechenden Lager 26 und 27 ist, erlaubt es der kugelförmigen Schale 18 und der dazu durch die Polstermittel 23 und 24 angeklebten ersten Länge der Rohrleitung 11, sich schwenkbar innerhalb des zylindrischen Endabschnittes 14 der zweiten Länge der Rohrleitung 12 zu bewegen. Wie deutlich wird, erlaubt es eine derartige Konstruktion der kugelförmigen Schale 18 und der daran angeklebten ersten Länge der Rohrleitung 11 weiterhin, sich drehbar relativ zu der zweiten Länge der Rohrleitung 12 zu bewegen.
Falls gewünscht, kann die äußere Oberfläche der kugelförmigen Schale 18 mit einer Teflonbeschichtung versehen werden, die dazu dient, den Reibungsverschleiß auf den Lagern 26 und 27 und den Dichtungen 28 zu verringern, wodurch ihre Nutzlebensdauer vergrößert wird. Andere reibungsverringernde Beschichtungen können anstelle der Teflonbeschichtung verwendet werden.
Wie im vorangegangenen erörtert, ist der Raum zwischen der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Vergrößerung 13 und der inneren Oberfläche der kugelförmigen Schale 18, und daher das elastomere Polstermittel 23, das dazwischen geklebt ist, von einer ungleichmäßigen Dicke. Daher ist die Dicke des elastomeren Polstermittels 23 benachbart dem offenen Ende 13B der kugelförmigen Vergrößerung 13 wesentlich dicker als der zur Verbindungslinie 13A der kugelförmigen Vergrößerung 13 benachbarte Abschnitt des elastomeren Polstermittels 23. Die ungleichmäßige Dicke des Polstermittels 23 ist ein kritisches und signifikantes Merkmal der vorliegenden Erfindung und es sollte immer an dem dem offenen Ende 13B benachbarten Ende dicker sein.
Wie aus einer Beschreibung der Ausführungsformen der Figuren 2 und 4 hervorgeht, ist es nicht notwendig, daß das vergrößerte Ende der ersten Länge der Rohrleitung 11 eine kugelförmige Konfiguration hat. Vielmehr könnte eine derartige erste Länge der Rohrleitung 11 eine Vergrößerung aufweisen, die aus einer großen Vielzahl von Konfigurationen stammt. Es ist jedoch wichtig, daß die äußere Oberfläche der kugelförmigen Schale 18 eine kugelförmige Konfiguration hat, um es ihr zu gestatten, sich winkelmäßig und drehend hinsichtlich des zylindrischen Endabschnittes 14 und der Lager 26 und 27 zu bewegen.
In der Ausführungsform der Figur 2 wird eine erste Länge einer Rohrleitung 32 mit einer Vergrößerung 33 geschaffen, die irgendeine aus einer großen Vielzahl von Konfigurationen sein kann, einschließlich, aber nicht ausschließlich, ellipsoider oder solcher, die im Querschnitt parallel zu der Achse A eine parabolische oder eine andere gekrümmte Bahn aufweisen. Die Vergrößerung 33 erstreckt sich von einer Verbindungslinie 33A über den Hauptkörper der Rohrleitung 32 zu einem offenen Ende 33B hin.
Weiterhin wird eine kugelförmige Schale 35 geschaffen, die die Vergrößerung 33 in einem Abstandverhältnis umfaßt, so daß der Raum zwischen der inneren Oberfläche der kugelförmigen Schale 35 und der äußeren Oberfläche der Vergrößerung 33 an dem dem offenen Ende 33B benachbarten Ende 35B größer ist als an dem Ende 35A, das der Verbindungslinie 33A benachbart ist. Innerhalb dieses Raumes ist ein einziges elastomeres Polstermittel 36 mit einer ungleichmäßigen Dicke angeordnet, was an dem Ende 36B, das dem offenen Ende 33B benachbart ist, dicker ist als an dem Ende 36A, das der Verbindungslinie 33A benachbart ist. Das Polstermittel 36 ist auf die äußere Oberfläche der Vergrößerung 33 und die innere Oberfläche der kugelförmigen Schale 35 geklebt.
Weiterhin wird ebenfalls eine zweite Länge der Rohrleitung 42 mit einem vergrößerten zylindrischen Endabschnitt 44 geschaffen, der mit dem Hauptrohrleitungsabschnitt 42 durch einen nach außen konisch verlaufenden Zwischenabschnitt 43 verbunden ist. Der zylindrische Endabschnitt 44 und der Zwischenabschnitt 43 umfassen die Anordnung bestehend aus der kugelförmigen Schale 35, dem Polstermittel 36 und der Vergrößerung 33 in einem Abstandsverhältnis mit der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Schale 35.
Innerhalb des Raumes zwischen der kugelförmigen Schale 35 und dem zylindrischen Endabschnitt 44 sind ein Paar von O-Ringdichtungen 28, ein auf dem Umfang angeordneter Abstandshalter 29 und ein Paar von Universallagern 45 angeordnet. Im Gegensatz zu der Ausführungsform der Fig. 1, in der die Lager 26 und 27 mit nicht symmetrischen Querschnitten verwendet werden, sind die in dieser Ausführungsform verwendeten Lager 45 einander gleich und benötigen daher keine Aufmerksamkeit beim Zusammenbau, wie dies für die Ausführungsform der Fig. 1 benötigt wird.
Ein Flansch 46 erstreckt sich von dem zylindrischen Endabschnitt 44 radial nach innen und ist in Eingriff mit dem benachbarten Universallager 45. Das andere Universallager ist in Eingriff mit den inneren Oberflächen des Zwischenabschnittes 43 und des zylindrischen Endabschnittes 44.
Jedes der Universallager 45 umfaßt eine äußere Oberfläche 47, die im allgemeinen eine U-förmige Gestalt hat, wobei die Schenkel des U's sich nach außen neigen, und ein Paar identische innere Oberflächen 48, die eine kugelförmigen Gestalt ähnlich derjenigen der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Schale 35 haben. Als ein optionales Merkmal kann eine sich radial nach innen erstreckende Lippe 49 vorgesehen sein, die sich von den entsprechenden inneren Oberflächen 48 erstreckt und in einer Ebene liegt, die sich zentral durch die Lager 45 erstreckt. Während des Zusammenbaus der verschiedenen Elemente des Verbindungsstückes wird die Lippe 49 jeder der Universallager 45 unter Druck gebogen oder gefaltet werden, um als ein Staubwischer zu wirken, während sie sich gegen die äußere Oberfläche der kugelförmigen Schale 35 bewegt, und zwar bei deren Bewegung und derjenigen der ersten Länge der Rohrleitung 32 relativ zu der zweiten Länge der Rohrleitung 42.
Die Ausführungsform der Fig. 2 ist weniger teuer als die Ausführungsform der Fig. 1, da sie keinen Kragen verwendet. Die Modifikation des in der Fig. 2 gezeigten flexiblen Verbindungsstückes der vorliegenden Erfindung ist insbesondere zum miteinander verbinden von Längen von Rohrleitungen geeignet, die einem geringen inneren Druck unterworfen werden, beispielsweise ungefähr in der Größenordnung von weniger als 1586 kPa (230 psi). Daher ist, während die in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsform, die einen Kragen 30 zum Befestigen der verschiedenen Glieder untereinander verwendet, für Systeme verwendet werden kann, die unter einem Druck größer als 1586 kPa (230 psi) und bis hinauf zu 3447 kPa (500 psi) oder selbst höher betrieben werden, die Ausführungsform der Fig. 2 weniger teuer und für Niederdruckanwendungen geeignet.
Für einige Anwendungen, einschließlich denjenigen mit geringen Innendrücken, ist es möglich, nur eine einzige O-Ringdichtung 28 zu haben, wobei es in diesem Falle nicht notwendig ist, einen Abstandshalter 29 zu verwenden. Ein derartig abgewandeltes Verbindungsstück würde mindestens zwei Lager 26, 27 oder 45, 45 mit einer dazwischen angeordneten O-Ringdichtung 28 haben, die mit der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Schale 18 oder 35 in dem Gebiet des Scheitelpunkts und der inneren Oberfläche des zylindrischen Endabschnittes 14 oder 44 in dichtendem Eingriff sind.
Die Fig. 3 stellt ein finites Elementenetz dar, das den Effekt auf das elastomere Polstermittel 36 der Ausführungsform der Fig. 2 aufgrund des Innendruckes innerhalb der verbundenen Längen der Rohrleitung 32 und 42 demonstriert. Wie daraus hervorgeht, resultiert ein derartiger Innendruck in einer Bewegung der ersten Länge 32 in axialer Richtung relativ zu der zweiten Länge 42. Eine derartige Analyse zeigt, warum es notwendig ist, daß das elastomere Polstermittel 36 eine ungleichmäßige Dicke mit dem dickeren Ende 36B benachbart zu dem offenen Ende 33B der Vergrößerung 33 und dem dünneren Ende 36B beabstandet von dem derartigen offenen Ende 33B hat.
Das elastomere Polstermittel 36 ist, obwohl es einen wesentlichen Widerstand gegenüber Druckspannungen aufweist, gegenüber Zugspannungen wesentlich weniger widerstandsfähig. Wie klar wird und schematisch der Fig. 3 entnommen werden kann, verursacht die Aufbringung von Innendruck innerhalb des Durchlasses der ersten und zweiten Längen der Rohrleitungen 32 und 42, daß die erste Länge 32 mit der Vergrößerung 33 um eine geringe axiale Distanz bewegt wird, wodurch sie dann dazu neigt, sich von der zweiten Länge der Rohrleitungen 42 weg zu ziehen. Jedoch sind die Vergrößerungen 33 und die kugelförmige Schale 35 mit dem daran geklebten elastomeren Polstermittel 36 an einer derartigen axialen Bewegung wegen der Lager 45 gehindert, die, wie im vorangegangenen beschrieben, durch den Eingriff mit der äußeren Oberfläche der Vergrößerung 33 fest an Ort und Stelle gehalten werden. Als Ergebnis wird der Abschnitt des Polstermittels 36 in Richtung des Endes 36A einer Druckspannung unterworfen und beult sich als Resultat auf derartige Druckspannungen nach außen.
Im Gegensatz dazu werden die Abschnitte des Polstermittels 36 benachbart dem Ende 36B während derartiger axialer Bewegung der ersten Länge der Rohrleitung 32 wegen der gestiegenen Entfernung zwischen dem offenen Ende 33B der Vergrößerung 33 und dem Ende 35B der kugelförmigen Schale 35 einem Zug unterworfen.
In der Fig. 3 sind schematisch nur diejenigen Abschnitte des flexiblen Verbindungsstückes gezeigt, die benötigt werden, um die Spannungsanalyse zu illustrieren, nämlich die erste Länge der Rohrleitung 32, deren Vergrößerung 33, den kugelförmigen Abschnitt 35 und das Polstermittel 36 mit ungleichmäßiger Dicke. Jede der ersten Länge der Rohrleitung 32, deren Vergrößerung 33 und das Polstermittel 36 sind mit zwei Sätzen von Netzlinien gezeigt, wobei die erste gestrichelten Linien die Positionen der entsprechenden Glieder vor der Aufbringung des Innendruckes innerhalb des Durchlasses zeigt, und die zweiten durchgehend gezogenen Linien für jeden der Netzlinienabschnitte die Bewegung dieses Abschnittes als Reaktion auf den Innendruck innerhalb des Durchlasses von 3447 kPa (500 psi) zeigen. Die kugelförmige Schale 35 hat nur einen einzigen Satz Linien, da sie sich nicht in axialer Richtung bewegen kann.
Es kann ohne weiteres der Fig. 3 entnommen werden, daß das Ende 36A des Polstermittels 36 nach rechts außen hin gedrückt wird als Ergebnis der extremen Druckkräfte, die auf es durch die Bewegung der ersten Länge der Rohrleitung 32 und deren Vergrößerung 33 nach rechts hin ausgeübt wird, wodurch die Größe des Raumes für das Polstermittel 36 reduziert wird. Im Gegensatz dazu wird der Abschnitt des Polstermittels 36 benachbart dem Ende 36B einer Zugspannung ausgesetzt, als Ergebnis der voneinander weggerichteten Bewegung derjenigen Abschnitte der zwei Elemente, an die es geklebt ist, nämlich der inneren Oberfläche der kugelförmigen Schale 35 und der äußeren Oberfläche der Vergrößerung 33. Daher werden die entsprechenden Abschnitte des durch die Netzlinien dargestellten Polstermittels 35 gezwungen, sich von den durch die gestrichelten Linien dargestellten Positionen zu den in durchgezogenen Linien dargestellten Positionen zu bewegen. Als Ergebnis einer derartigen ungleichmäßigen Dicke des Polstermittels 36 kann das Verbindungsstück der vorliegenden Erfindung zufriedenstellend arbeiten, ohne daß die Bindungen zwischen dem Polstermittel 36 und (1) der äußeren Oberfläche der Vergrößerung 33 und (2) der inneren Oberfläche der kugelförmigen Schale 35 abgerissen werden. Eine derartige Konstruktion übt hohe Druckspannungen in dem dünnen Ende des Polstermittels 36A und wesentlich geringere Zugspannungen in dem dicken Ende 36B aus.
In der Ausführungsform der Fig. 4 wird eine erste Länge der Rohrleitung 51 mit einer Vergrößerung 43 geschaffen, die irgendeine aus einer großen Vielzahl von Konfigurationen, einschließlich, aber nicht ausschließlich, ellipsoider und solcher, die im Querschnitt parallel zu der Achse A eine parabolische oder anders gekrümmte Bahn haben, die sich von ihrer Verbindungslinie 53A über die Rohrleitung 51 mit festem Durchmesser zu dem offenen Ende 53B hin bewegt.
Wie in den vorangegangenen Ausführungsformen wird eine kugelförmige Schale 55 geschaffen, die die Vergrößerung 53 in einem Abstandsverhältnis umfaßt, und die sich von einem Ende 55A, benachbart der Verbindungslinie 53A, zu einem Ende 55B, benachbart dem offenen Ende 53B, erstreckt. Der Raum zwischen der inneren Oberfläche der kugelförmigen Schale 55 und der äußeren Oberfläche der Vergrößerung 53 ist an dem Ende 55B, benachbart dem offenen Ende 53B, größer als an dem Ende 55A. Innerhalb dieses Raumes ist ein elastomeres Polstermittel 56 von ungleichmäßiger Dicke angeordnet, welches an dem Ende 56B, benachbart dem offenen Ende 53B, dicker ist als an dem anderen Ende, benachbart der Verbindungslinie 53A. Ein zweites Polstermittel 57 eines elastomeren Materials, das speziell beschaffen ist, um der Durchdringung und Abnutzung durch das Fluid zu widerstehen, das durch den Durchlaß fließen soll, kann auf das Polstermittel 56 angeklebt werden. Die Polstermittel 56, 57 sollten an die äußere Oberfläche der Vergrößerung 53 und an die innere Oberfläche der kugelförmigen Schale 55 angeklebt werden.
Weiterhin wird eine zweite Länge der Rohrleitung 62 mit einem vergrößerten zylindrischen Endabschnitt 64 geschaffen, der mit dem Hauptrohrleitungsabschnitt 62 durch einen nach außen konisch verlaufenden Zwischenabschnitt 63 verbunden ist.
Der äußere Durchmesser der kugelförmigen Schale 55 ist kleiner als der innere Durchmesser des zylindrischen Endabschnittes 64, mit dem Ergebnis, daß die kugelförmige Schale 55 sich in einem Abstandverhältnis zur inneren Oberfläche des zylindrischen Endabschnittes 54 befindet. Innerhalb dieses Raumes sind ein Paar auf dem Umfang angeordneter Nylonlager 45 angeordnet, die als Lager wirken, die die Vorrichtung, bestehend aus der Vergrößerung 53, den Polstermitteln 56, 57 und der kugelförmigen Schale 58 innerhalb des zylindrischen Endabschnittes 64, stützen.
Innerhalb der Lager 45 sind ein Paar von O-Ringdichtungen 28 angeordnet, die voneinander mit einem auf dem Umfang angeordneten Nylonabstandshalter 29 beabstandet sind, der dazwischen angeordnet ist.
Ein Kragen 70 ist zum Zusammenhalten der Vorrichtung vorgesehen, die aus der Vergrößerung 53, den Polstermitteln 56, 57, und der kugelförmigen Schale 58 innerhalb des zylindrischen Endabschnittes 64 besteht, wobei die Lager 45, die O-Ringdichtungen 28 und der Abstandshalter 29 dazwischen angeordnet sind. Der Kragen 70 hat einen zentralen zylindrischen Abschnitt 70A, dessen Größe so ausgelegt ist, daß er eng anliegend an der äußeren Oberfläche des vergrößerten zylindrischen Endabschnittes 64 der zweiten Länge der Rohrleitung 62 in Eingriff ist, und hat einen konisch verlaufenden Endabschnitt 70B, der sich nach innen zu einer Stelle verjüngt, um mit dem Zwischenabschnitt 63 der zweiten Länge der Rohrleitung 62 in Eingriff zu sein. Das Ende des Kragens 70 gegenüber dem konisch verlaufenden Endabschnitt 70B ist ursprünglich zylindrisch, und nachdem die entsprechenden Komponenten zu der in der Fig. 4 gezeigten Position verbunden sind, wobei sich der zylindrische Abschnitt 70A des Kragens 70 in longitudinaler Richtung über die Endoberfläche des Lagers 45 erstreckt, wird ein derartiger Endabschnitt deformiert, um einen sich in radialer Richtung nach innen gerichteten Flansch 70C zu bilden, der die hintere Oberfläche des Lagers 45 eng anliegend in Eingriff nimmt, wodurch die Vorrichtung aus der kugelförmigen Schale 58, den Polstermitteln 56 und 57 und der Vergrößerung 53 an Ort und Stelle gesichert ist, während eine Schwenk- und eine Drehbewegung zwischen der Vorrichtung und der zweiten Länge der Rohrleitung 62 ermöglicht wird.
Andere Modifikationen werden Fachleuten ohne weiteres geläufig werden Beispielsweise kann das Verbindungsstück der vorliegenden Erfindung zum Verbinden von Längen von starren Rohrleitungen, die sowohl aus Plastik als auch aus Metall gebildet sind, oder von einer Länge gebildet aus Plastik mit einer Länge gebildet aus Metall, verwendet werden. Daher sollte der Rahmen der vorliegenden Anmeldung nur durch den Rahmen der beigefügten Ansprüche begrenzt sein.

Claims

1. Verbindungsstück zum dichtenden Verbinden gegenüberstehender Enden von ersten und zweiten Längen starrer Rohrleitungen, das aufweist:

(a) eine innere Schale mit einem ersten Abschnitt, der sich von der ersten Länge entlang einer Achse erstreckt, und mit einem kugeligen Abschnitt, der sich nach außen bis zu einem radialen Ausmaß erstreckt, das größer ist als der erste Abschnitt, wobei der kugelige Abschnitt eine äußere Oberfläche folgend einer sich erweiternden Bahn in axialer Richtung und endend in einem offenen Ende hat;

(b) eine kugelförmige Schale, die den kugeligen Abschnitt umfaßt und mit ihm zusammenwirkt, um einen Raum zu definieren, wobei die Breite des Abschnitts des Raums, der dem offenen Ende benachbart ist, größer ist als die Breite des Raums an dem anderen Ende der kugeligen Schale, wobei die kugelige Schale eine äußere Oberfläche hat, die ein Segment einer Kugel bildet;

(c) elastomere Polstermittel in dem Raum, die an der kugelförmigen Schale und an dem kugeligen Abschnitt anhaften, wobei die elastomeren Polstermittel sich von einem relativ dickeren, zu dem offenen Ende benachbarten Abschnitt hin zu einem dünneren, zu dem anderen Ende benachbarten Abschnitt erstrecken;

(d) eine äußere Schale mit einem ersten Abschnitt, der sich von der zweiten Länge erstreckt, einem sich nach außen erweiternden Wandabschnitt und einem Gehäuseabschnitt mit einer inneren Oberfläche, die größenmäßig ausgelegt ist, um die kugelförmige Schale darin in einer beabstandeten Beziehung aufzunehmen;

(e) eine Vielzahl von voneinander beabstandeten, auf dem Umfang angeordneten Lagern in dem Raum zwischen der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Schale und der inneren Oberfläche des Gehäuses, wobei jedes der Lager eine mit der inneren Oberfläche des Gehäuses in Eingriff stehende erste Oberfläche und eine mit der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Schale in Eingriff stehende zweite Oberfläche hat;

(f) mindestens ein Dichtungsmittel zwischen den Lagern in dem Raum zwischen und dichtend in Eingriff mit der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Schale und der inneren Oberfläche des Gehäuses; und

(g) Flanschmittel zum Zurückhalten des verbundenen kuge-ligen Abschnitts der inneren Schale und der kugelförmigen Schale innerhalb des Gehäuseabschnitts der äußeren Schale.

2. Verbindungsstück nach Anspruch 1, worin das Flanschmittel einstückig mit dem Gehäuseabschnitts der äußeren Schale ist.

3. Verbindungsstück nach Anspruch 1, worin das Flanschmittel einstückig mit einem Kragen ist, wobei der Kragen die äußere Schale umschließt und in Eingriff mit dem sich nach außen erweiterten Wandabschnitt ist.

4. Verbindungsstück nach Anspruch 1, worin das Flanschmittel in Eingriff mit einem der Lager ist.

5. Verbindungsstück nach Anspruch 1, worin die äußere Oberfläche der kugelförmigen Schale einen Scheitel hat, der näher an der inneren Oberfläche ist als andere Abschnitte der kugelförmigen Schale, und wobei eines der Lager auf der einen Seite des Scheiteis und ein anderes der Lager auf der anderen Seite des Scheitels ist.

6. Verbindungsstück nach Anspruch 5, weiter aufweisend einen mit dem Scheitel und der inneren Oberfläche in Eingriff stehenden Abstandshalter, und worin die Dichtungsmittel auf beiden Seiten des Abstandshalters angeordnet sind.

7. Verbindungsstück nach Anspruch 1, weiter aufweisend ein Beschichtungsmittel zur Reduzierung des Reibungswiderstands zwischen der äußeren Oberfläche der kugelförmigen Schale und den auf dem Umfang angeordneten Lagern.

8. Verbindungsstück nach Anspruch 1, worin der kugelige Abschnitt der inneren Schale, als Querschnitt entlang der Achse betrachtet, einer sich erweiternden Bahn folgt.

9. Verbindungsstück nach Anspruch 1, worin der kugelige Abschnitt der inneren Schale ein Segment einer Kugel ist, die ein von dem offenen Ende um einen Abstand beabstandetes Zentrum hat, der größer ist als der Abstand, den das Zentrum der kugelförmligen Schale von dem offenen Ende beabstandet ist.

10. Verbindungsstück zum Zusammenfügen eines Endes einer ersten Länge einer Rohrleitung und eines Endes einer zweiten Länge einer Rohrleitung, das aufweist:

(a) einen kugeligen Endabschnitt an der ersten Länge mit einem Durchlaß, der sich durch ihn hindurch erstreckt und in einem offenen Ende endet;

(b) eine kugelförmige Schale mit einer kugelförmigen äußeren Oberfläche eines vorbestimmten Durchmessers, die den kugeligen Endabschnitt in einer beabstandeten, einen Spalt definierender Weise umschließt, wobei die Größe des Spalts an dem offenen Ende größer ist als an anderen Abschnitten des kugeligen Endabschnitts;

(c) Polstermittel, angeordnet in dem Spalt, die an der kugelförmigen Schale und an dem kugeligen Abschnitt anhaften, wobei die Polstermittel sich von einem relativ dickeren, zu dem offenen Ende benachbarten Abschnitt hin zu einem dünneren, von dem offenen Ende beabstandeten Abschnitt erstrecken;

(d) ein vergrößertes Aufnahmeende an der zweiten Länge, wobei das vergrößerte Aufnahmeende aufweist ein Segment mit einer zylindrischen inneren Oberfläche mit einem Durchmesser größer als der vorbestimmte Durchmesser der kugelförmigen Schale, einem Zwischenabschnitt, der konisch von dem vergrößerten Aufnahmeende zu einer geringen Größe als der vorbestimmte Durchmesser verläuft, wobei die verbundene kugelförmige Schale und der kugelige Endabschnitt innnerhalb des vergrößerten Aufnahmeendes aufgenommen werden mit einem Raum zwischen der kugelfönnigen äußeren Oberfläche und der zylindrischen inneren Oberfläche und der inneren Oberfläche des konischen Zwischen abschnitts;

(e) Lagermittel in mindestens zwei Teilen des Raums, wobei jedes der Lagermittei eine mit der zylindrischen inneren Oberfläche in Eingriff stehende zylindrische Oberfläche und eine mit der kugelförmigen äußeren Oberfläche in Eingriff stehende kugelig geformte Oberfläche hat;

(f) Dichtungsmittel zwischen den Lagermitteln, die die kugelförmige Oberfläche in einer dichtenden Beziehung umfassen und die dichtend in Eingriff mit der zylindrischen inneren Oberfläche sind; und

(g) ein sich radial nach innen erstreckendes Flanschmittel, das in Eingriff mit einem der Lagermittel ist.

11. Verbindungsstück nach Anspruch 10, worin das sich radial nach innen erstreckende Flanschmittel einstückig mit der zweiten Länge ist.

12. Verbindungsstück nach Anspruch 10, weiter aufweisend einen Kragen, der das vergrößerte Aufnahmeende der zweiten Länge umfaßt und in Eingriff mit dem Zwischenabschnitt ist, wobei das Flanschmittel einstückig mit dem Kragen ist.

13. Verbindungsstück nach Anspruch 10, worin die kugelförmige äußere Oberfläche einen Scheitel hat, der näher an der zylindrischen inneren Oberfläche ist als andere Abschnitte der kugeligen äußeren Oberfläche und eines der Lagermittel auf der einen Seite des Scheitels und ein anderes der Lagermittel auf der anderen Seite des Scheitels ist.

14. Verbindungsstück nach Anspruch 13, weiter aufweisend einen mit dem Scheitel und der zylindrischen inneren Oberfläche in Eingriff stehenden Abstandshalter, und worin die Dichtungsmittel auf beiden Seiten des Abstandshalters angeordnet sind.

15. Verbindungsstück nach Anspruch 10, worin das Flanschmittel in Eingriff mit einem der Lagermittel ist.

16. Verbindungsstück nach Anspruch 10, weiter aufweisend ein Beschichtungsmittel zur Reduzierung des Reibungswiderstands zwischen der kugelförmigen äußeren Oberfläche und den Lagermitteln.

17. Verbindungsstück nach Anspruch 10, worin der kugelige Endabschnitt, als Querschnitt entlang der Achse betrachtet, einem krummlinigen Weg folgt.

18. Verbindungsstück nach Anspruch 10, worin der kugelige Endabschnitt ein Segment einer Kugel ist, die ein von dem offenen Ende um einen Abstand beabstandetes Zentrum hat, der größer ist als der Abstand, den das Zentrum der kugelförmigen Schale vom offenen Ende beabstandet ist.

19. Verbindungsstück nach Anspruch 1 oder 10, worin das Polstermittel an dem Ende benachbart zu dem offenen Ende ein Mittel angeheftet hat, das widerstandsfähig gegenüber der Durchdringung des Fluids ist, das durch die erste und zweite Länge der Rohrleitungen fließt.