Vorrichtung zur elastischen Verbindung zweier gegeneinander beweglicher Bauteile Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur elastischen Verbindung zweier gegeneinander be weglicher Bauteile, von denen mindestens einer ein unter Innendruck stehender Hohlkörper ist, unter Verwendung von axial zusammendrückbaren und/ oder krümmbaren gewellten Rohren oder Faltenbäl- gen, wobei die Bälge bzw. Rohre ausser der gegen seitigen Verschiebung der Bauteile auch hohe Druck differenzen aufzunehmen haben.
Solche Vorrichtungen zur elastischen Verbindung werden auf vielen Gebieten der Technik in weitem Umfang benutzt. Als Beispiel sei hier die Verwen dung einer solchen Vorrichtung als Wärmedehnungs- kompensator bei Heissdampfleitungen genannt. Ein anderer Anwendungsfall betrifft beispielsweise die längsverschiebbare und stopfbüchsenlose Lagerung des Ventilträgers eines Hochdruckventils. Darüber hinaus gibt es noch eine Reihe weiterer bekannter Anwendungsmöglichkeiten für solche Ausgleichs vorrichtungen zur elastischen Verbindung zweier gegeneinander beweglicher Bauteile.
Es ist bekannt, für eine solche Verbindung axial zusammendrückbare und/oder krümmbare gewellte Rohre oder Faltenbälge zu verwenden, weil diese Rohre oder Bälge sowohl die axialen Verschiebun gen und/oder die Winkelbewegungen der mitein ander verbundenen Teile elastisch aufnehmen kön nen als auch durch ihre röhrenförmige Gestalt in der Lage sind, hohe Druckdifferenzen zwischen in nen und aussen aufzunehmen. Meist werden solche Rohre oder Bälge ausserdem thermisch sehr hoch beansprucht.
Bei sehr grossen Nennweiten solcher Bälge kann man die Wand mehrschichtig ausbilden und damit erreichen, dass ein solcher Balg ausser der Aufnahme elastischer Formänderungen auch sehr hohe Druck- differenzen und Temperaturdifferenzen zwischen in nen und aussen aushalten kann. Bei mittleren und kleineren Nennweiten dagegen ergeben sich Schwie rigkeiten, weil solche Bälge nur für begrenzte Druck- und Temperaturdifferenzen gebaut werden können.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist es bereits be kannt, zwei solche Bälge koaxial zueinander anzu ordnen, den zwischen den beiden Bälgen gebildeten ringförmigen Hohlraum beidseitig zu schliessen und mit einem Druckmittel zu füllen, dessen Druck so bemessen ist, dass die Druckdifferenz sowohl zum Innenraum des Doppelbalges als auch zur äusseren Umgebung das zulässige Mass nicht überschreitet. Da sich jedoch beim Zusammendrücken des Doppel- balges das eingeschlossene Volumen zwischen den beiden Bälgen verkleinert, ist es unmöglich, diesen Hohlraum mit einer Flüssigkeit zu füllen, weil dann ein sehr starker Druckanstieg des Druckmittels die Folge wäre.
Aber auch bei Füllung dieses Hohl raumes mit einem gasförmigenDruckmittel steigt der Druck des eingeschlossenen Gases bei Verkleinerung des Volumens beträchtlich an, so dass auch hier die Grenze der Beansprachbarkeit der Bälge sehr rasch erreicht wird.
Durch die vorliegende Erfindung sollen die ge schilderten Nachteile beseitigt und eine Vorrichtung zur elastischen Verbindung zweier gegeneinander be weglicher Bauteile angegeben werden, die in der Lage ist, wesentlich höhere Druckdifferenzen zwi schen innen und aussen bei gleicher Elastizität der Verbindung zu überbrücken. Dabei werden zum Ausgleich der Druckdifferenzen ebenfalls abgeschlos sene Hohlräume mit Hilfe von Rohren oder Bälgen gebildet und diese Hohlräume mit einem Druckmit tel gefüllt, dessen Druck jeweils so bemessen ist, dass die Druckdifferenz zur Umgebung das maximal zu- lässige Mass nicht überschreitet.
Im Gegensatz zu der bisher bekannten Lösung ist jedoch dafür ge sorgt, dass diese Hohlräume ihr Volumen nicht ver ändern, wenn die Verschiebung der beiden mitein ander verbundenen Bauteile von den an der Bildung dieser Hohlräume beteiligten Bälgen bzw. Rohren elastisch aufgenommen wird. Die Volumenkonstanz der abgeschlossenen Hohlräume ermöglicht es dann auch, Flüssigkeiten als Druckmittel zu verwenden, da keine Rücksicht auf Drucksteigerungen durch die gegenseitige Verschiebung der Bauteile in den abge schlossenen Hohlräumen genommen werden muss. Auch bei Verwendung von Gasen als Druckmittel ergibt sich eine bessere Ausnutzung der Beanspru chungsgrenzen der verwendeten Rohre oder Bälge.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass auf dem ersten Bauteil und diesen umschliessend wenigstens ein Paar in axialer Richtung hinterein ander geschalteter Faltbälge bzw. Wellrohre ange ordnet ist, deren einander entgegengesetzt liegende Enden geschlossen und fest mit diesem Bauteil ver bunden sind, während ihre einander zugewendeten offenen Enden miteinander und mit dem zweiten Bauteil fest verbunden sind, dass durch den zweiten, als Hohlkörper ausgebildeten Bauteil wenigstens eine Druckkammer gebildet ist,
welche ein Rohr bzw. einen Balg eines Paares und gegebenenfalls den anschliessenden Balg bzw. das anschliessende Rohr des nächsten Paares umschliesst und dass in dem aus den Bälgen bzw. Rohren<B>je</B> eines Paares und dem ersten Bauteil gebildeten geschlossenen Hohl raum und der Druckkammer<B>je</B> ein Druckmittel ein geschlossen ist, wobei der Druck dieser eingeschlos senen Druckmittel so bemessen ist, dass der Differenz druck zwischen den durch die Bälge bzw. Rohre voneinander getrennten HQhlräumen und Druckkam mern das maximal zulässige Mass nicht überschreitet.
Sofern die Vorrichtung eine Druckkammer aufweist, die nur einen Balg bzw. ein Rohr eines Paares über greift, kann diese Druckkammer nach dem Innen raum des zweiten Bauteiles offen sein und damit unmittelbar unter dem im Innem des zweiten Bau teiles herrschenden Druckes stehen. Diese nur einen Balg bzw. ein Rohr eines Paares übergreifende Druck kammer kann aber auch gegen den Innenraum des zweiten Bauteiles durch einen weiteren Balg bzw. ein weiteres Rohr abgeschlossen sein, der bzw. das mit seinen Enden an den gegeneinander beweglichen Bauteilen befestigt ist.
IXie Vorrichtung gemäss der Erfindung lässt sich in besonders vorteilhafter Weise als Wärmedehnungs- kompensator für Hochdruckleitungen, insbesondere für Heissdampfleitungen und als längsverschiebbare stopfbüchsenlose Lagerung des Ventilträgers eines Hochdruckventils verwenden.
Auf den Zeichnungsblättern sind Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Die Fig. <B>1</B> bis 4 zeigen im Längsschnitt in schematischer Darstellung das Prinzip der Anordnung der Bälge und der durch sie gebildeten Hohlräume, und Druck- kammern. Fig. <B>5</B> zeigt die Anwendung der Vorrich tung als Axialkompensator für eine Heissdampflei- tung. Fig. <B>6</B> zeigt ein Anwendungsbeispiel für die stopfbüchsenlose längsverschiebbare Lagerung des Ventilträgers eines Hochdruckventils anhand eines Längsschnittes durch ein solches Hochdruckventil.
Fig. <B>1</B> und 2 zeigen die einfachste Ausführungs form der Vorrichtung mit nur einem abgeschlossenen Hohlraum und einer gegen den Innenraum des zwei ten Bauteiles offenen Druckkammer.
Fig. <B>3</B> zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung mit einem abgeschlossenen Hohlraum und einer gegen den Innenraum des zweiten Bauteiles abge schlossenen Druckkammer, während Fig. 4 eine Vorrichtung mit zwei abgeschlossenen Hohlräumen, einer abgeschlossenen und einer offenen Druckkammer zeigt.
In den Fig. <B>1, 3</B> und 4 ist der erste Bauteil als Rohr dargestellt und mit<B>1</B> bezeichnet, während in Fig. 2 dieser erste Bauteil als starrer Körper dar gestellt und mit la bezeichnet ist. Der zweite als Hohlkörper ausgebildete Bauteil ist in allen vier Figu ren mit 2 bezeichnet.
Auf dem ersten Bauteil<B>1</B> bzw. la in Fig. <B>1</B> und 2 sind in axialer Richtung hintereinander zwei Bälge <B>3</B> und 4 angeordnet, die den Bauteil<B>1</B> bzw. la umschliessen. An ihren einander entgegengesetzten Enden<B>5</B> und<B>6</B> sind die Bälge<B>3</B> und 4 geschlossen und fest und druckdicht mit dem ersten Bauteil<B>1</B> bzw. la verbunden. An ihren einander zugewende ten offenen Enden<B>7</B> und<B>8</B> sind die beiden Bälge <B>3</B> und 4 miteinander und mit einem Flansch<B>9</B> des Bauteiles 2 verbunden.
Dadurch ist durch den Bau teil<B>1</B> bzw. la und die beiden Bälge<B>3</B> und 4 ein den ersten Bauteil umschliessender Hohlraum a gebildet. An den Flansch<B>9</B> des Bauteiles 2 schliesst sich ein rohrförmiges Stück<B>10</B> an, welches den zweiten Balg 4 übergreift. Dadurch ist eine Druckkammer<B>b</B> gebildet, die in unmittelbarer Verbindung mit dem Innenraum des zweiten Bauteiles 2 steht.
Werden die Bauteile<B>1</B> bzw. la und 2 in axialer Richtung gegeneinander bewegt, dann wird einer der Bälge des Balgpaares 34 in axialer Richtung zusam mengedrückt, während gleichzeitig der andere Balg um das gleiche Mass gedehnt wird. Das von den Bälgen<B>3</B> und 4 und dem ersten Bauteil<B>1</B> bzw. la eingeschlossene Volumen des Hohlraumes a bleibt daher konstant. Es sei angenommen, dass die verwen deten Bälge<B>3</B> und 4 eine Druckdifferenz von<B>100</B> atü aushalten können.
Wird nun bei der beschriebenen Anordnung der Hohlraum a mit einem Druckmittel von<B>100</B> atü Druck gefüllt, dann ergibt sich eine Druckdifferenz nach aussen, die von dem Balg<B>3</B> aufgenommen werden muss, von<B>100</B> atü. Wird der Innenraum c des Bauteiles 2 mit einem Druck von 200 atü beaufschlagt, dann ergibt sich zwischen dem Hohlraum a und der in den Innenraum c des zwei ten Bauteiles 2 mündenden Druckkammer<B>b</B> eben falls nur eine Druckdifferenz von<B>100</B> atü, die vom Balg 4 aufgenommen wird. Die Beanspruchung des Balges 4 erreicht auch dann keine höheren Werte, wenn der Druck im Innenraum des Bauteiles 2 von 200 atü auf<B>0</B> atü fällt.
Die Bauteile<B>1</B> bzw. la und 2 können in axialer Richtung und/oder auch winklig zueinander bewegt werden, weil die Verschiebungen von denBälgen elastisch aufgenommen werden. Da sich aber das Volumen des Hohlraumes a trotz der Ver schiebung der Bauteile nicht ändert, bleiben die oben geschilderten Druckdifferenzen unverändert erhalten.
Fig. <B>3</B> zeigt eine Weiterentwicklung des oben beschriebenen Anordnungsprinzips mit dem Ziel, ins gesamt eine Druckdifferenz zu überbrücken, die drei mal so hoch ist wie die für den einzelnen Balg zu gelassene Druckdifferenz. Hier sind in gleicher Weise wie oben beschrieben auf den Bauteil<B>1</B> zwei Bälge <B>3</B> und 4 angeordnet, deren geschlossene Enden<B>5</B> und<B>6</B> mit dem Bauteil<B>1</B> und deren offene Enden <B>7</B> und<B>8</B> miteinander und mit einem Flansch<B>9</B> des Bauteiles 2 fest verbunden sind. Hierdurch ist wie der ein geschlossener Hohlraum a gebildet.
Der sich an den Flansch<B>9</B> anschliessende röhrenförmige Teil <B>10</B> des Bauteils 2 übergreift wieder den Balg 4 und bildet damit eine Druckkammer<B>b.</B> Diese Druck kammer<B>b</B> ist aber gegen den Innenraum c des Bau teiles 2 durch einen weiteren Balg<B>11</B> abgeschlossen, der mit seinem einen Ende 12 am Bauteil<B>1</B> und mit seinem anderen Ende<B>13</B> am Bauteil 2 befestigt ist.
Wird wieder vorausgesetzt, dass die Bälge eine Druck differenz von<B>100</B> atü aushalten können, dann kann in diesem Fall die Kammer a mit einem Druck von <B>100</B> atü, die Kammer<B>b</B> mit einem Druck von 200 atü gefüllt werden, während der Innenraum c des Bauteiles 2 mit einem Druck von 200 bis<B>300</B> atü oder auch von<B>100</B> bis<B>300</B> atii beaufschlagt sein kann. Es tritt dann ebenfalls nirgendwo eine grö ssere Druckdifferenz als<B>100</B> atü auf, welche von den Bälgen aufgenommen werden müsste. Auch hier lassen sich die Bauteile<B>1</B> und 2 gegeneinander be wegen, ohne dass die Drücke in dem Hohlraum a und der Druckkammer<B>b</B> geändert würden.
In der beschriebenen Weise lassen sich noch be liebig viele weitere Hohlräume und Druckkammern hintereinanderschalten.
Fig. 4 veranschaulicht den nächsten Schritt. Wie der ist auf dem Bauteil<B>1</B> ein Hohlraum a durch das Balgpaar <B>3</B> und 4 gebildet, deren einander ent gegengesetzte Enden<B>5</B> und<B>6</B> am Bauteil<B>1</B> und deren gegeneinandergerichtete Enden<B>7</B> und<B>8</B> über den Flansch<B>9</B> mit dem Bauteil 2 verbunden sind. An schliessend an den Hohlraum a ist ein weiterer abge schlossener Hohlraum<B>d</B> in der gleichen Weise wie der Hohlraum a gebildet durch ein Balgpaar 14 und <B>15,</B> deren einander entgegengesetzte Enden<B>16</B> und <B>17</B> am Bauteil<B>1</B> und deren einander zugewendete offene Enden<B>18</B> und<B>19</B> mit einem weiteren Flansch 20 des Bauteiles 2 verbunden sind.
Durch den rohr- förmigen Teil<B>10</B> des Bauteiles 2 ist eine Druck kammer<B>b</B> gebildet, welche den Balg 4 des ersten Paares und den Balg 14 des zweiten Paares über greift. Die Fortsetzung 10a dieses rohrförmigen Tei- les des Bauteiles 2 bildet eine Druckkammer e, welche den zweiten Balg<B>15</B> des zweiten Paares über greift und in den Innenraum c des zweiten Bauteiles mündet.
Der nächste Schritt wäre, die Druckkammer e gegen den Innenraum c des Bauteiles 2 durch einen weiteren Balg abzuschliessen, wie dies in Fig. <B>3</B> ge zeigt ist.
Es sei wieder angenommen, dass alle Bälge eine Druckdifferenz von<B>100</B> atü aushalten können. Dann kann der Hohlraum a mit einem Druck von<B>100</B> atü, die Druckkammer<B>b</B> n-ät 200 atü, der Hohlraum<B>d</B> mit einem Druck von<B>300</B> atii gefüllt werden, und der Innenraum c des Bauteiles 2 und damit die Druckkammer e können dann mit einem Druck von 200 bis 400 atü beaufschlagt werden, ohne dass an irgendeiner Steille ein Balg eine, grössere Druck- cEfferenz als<B>100</B> atü auszuhalten hätte.
Durch die beschriebene Anordnung kann also eine elastische Verbindung zweier gegeneinander beweglicher Bauteile geschaffen werden, wobei die Gesamtdruckdifferenz zwischen innen und aussen ein Mehrfaches der zulässigen Druckbeanspruchung der verwendeten Bälge beträgt.
Fig. <B>5</B> zeigt einen Axial-Kompensator für eine Heissdampfleitung <B>1,</B> 2, dessen Aufbau völlig dem Schema nach Fig. <B>3</B> entspricht.
Fig. <B>6</B> zeigt einen Längsschnitt durch ein Hoch druckventil als Beispiel für die Anwendung der in Fig. 2 schematisch dargestellten Vorrichtung. Im Ventilgehäuse 2, welches dem Bauteil 2 der Fig. 2 entspricht, ist in bekannter Weise ein Ventilsitz 21 angeordnet, mit dem ein Ventilkörper 22 zusam menarbeitet. Dieser Ventilkörper kann durch eine Gewindespindel<B>23</B> mit Handrad 24 auf den Ventil sitz 21 zu- undvon ihm wegbewegt werden, wodurch das Ventil geschlossen und geöffnet wird.
Die durch Drehung des Handrades 24 erzeugte Längsbewegung der Gewindespindel<B>23</B> wird auf einen starren stab- förmigen Ventilträger la übertragen, der dem Bau teil la der Fig. 2 entspricht und am einen Ende einen Flansch<B>25</B> und am anderen Ende den Ventil körper 22 trägt. Am Flansch<B>25</B> und am Ventil körper 22 ist das Ende<B>5</B> bzw. <B>6 je</B> eines Balges<B>3</B> bzw. 4 starr und druckdicht befestigt.
Die beiden einander zugewendeten Enden<B>7</B> und <B>8</B> der beiden Bälge sind untereinander und mit dem Ventilgehäuse 2 durch einen ringförnügen Körper <B>26</B> verbunden, der zugleich den unteren Teil des Ventilgehäuses 2 druckdicht gegen den Oberteil 2a des Gehäuses abschliesst. Die Bälge<B>3</B> und 4 bilden zusammen mit dem Flansch<B>25</B> und dem Ventilkör per 22 einen Hohlraum a, dessen Volumenkonstanz durch den starren Ventilträger la gesichert ist. Die äussere Seite des Balges 4 steht unter dem Druck des durch das Ventil strömenden Mediums, während die äussere Seite des Balges<B>3</B> unter dem Druck der Aussenluft steht.
Wird wieder angenommen, dass die Bälge <B>3</B> und 4 eine Druckdifferenz von<B>100</B> atü überbrücken können, dann kann das durch das Ventil strömende Medium einen Druck von<B>0</B> bis 200 atü haben, wenn der von den beiden Bälgen, dem Flansch<B>25</B> und dem Ventilkörper 22 einge schlossene Hohlraum a mit einem Druckmittel ge füllt wird, dessen Druck<B>100</B> atü beträgt. Bei der Längsverschiebung des Ventilträgers la zum<B>Öff-</B> nen und zum Schliessen des Ventils dehnt sich der eine Balg um das gleiche Mass, um das der andere Balg zusammengedrückt wird.
Der Hohlraum a be hält deshalb immer das gleiche Volumen, so dass das im Hohlraum a eingeschlossene Druckmittel bei der Verschiebung des Ventilträgers la keinerlei Druck änderung erfährt. Der Hohlraum a kann also bei spielsweise mit einer Druckflüssigkeit gefüllt werden.
Die Anwendung der erfindungsgemässen Vorrich tung ist nicht auf die beiden in Fig. <B>5</B> und<B>6</B> dar gestellten Anwendungsbeispiele beschränkt. Vielmehr lässt sich die erfindungsgemässe Vorrichtung überall dort einsetzen, wo Bälge als elastische Verbindung zweier gegeneinander beweglicher und durch Druck beaufschlagte Bauteile Verwendung finden können. In vielen Fällen lassen sich einfache, aber sehr hoch beanspruchte Bälge durch die erfindungsgemässe Vor richtung ersetzen. An die Stelle eines hochbean spruchten Balges treten dann zwei oder mehr hinter einander geschaltete, aber geringer beanspruchte Bälge. Dadurch lässt sich der Preis verringern und,( oder der Sicherheitsfaktor erhöhen.
Die erfindungs gemässe Vorrichtung schafft auch dort Abhilfe, wo bisher die einfachen Bälge die auftretenden Druck differenzen nicht überbrücken konnten.