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Die Erfindung betrifft einen in-eine Rohrleitung eingefügten Kompensator,
der durch Wärmedehnungen verursachte unzulässige Beanspruchungen der an beiden Enden
mit ortsfesten Bauteilen verbundenen Rohrleitung verhindert, bei dem zwischen zwei
Rohrabschnitten mindestens ein als Leitung für das Strömungsmittel ausgebildetes
elastisches Dehnglied eingefügt ist und die beiden Rohrabschnitte gekoppelt sind
mittels am Mantel der Rohrabschnitte angeordneter, über den Außenmantel der Rohrabschnitte
und über die Dehnglieder vorstehender, quer zur Achse des zugehörigen Rohrabschnittes
gerichteter Vorsprünge und mindestens zweier Zugglieder, welche jeweils einen Vorsprung
des einen Rohrabschnitts mit einem Vorsprung des anderen Rohrabschnittes gelenkig
verbinden.
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Beim Bau von Rohrleitungen für erwärmte oder abgekühlte Strömungsmittel,
beispielsweise Dampf, Warmwasser oder Kältemittel, muß dem Umstand Rechnung getragen
werden, daß die Länge des Rohres mit der Temperatur des Rohres schwankt. Da solche
Rohre mindestens an den Enden mit ortsfesten Bauteilen verbunden sind, würden sie
ausbiegen oder ausknicken, mindestens aber unzulässig beansprucht werden, falls
die Wärmedehnungen unberücksichtigt blieben.
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Durch den Einbau von Kompensatoren werden daran angrenzende Abschnitte
der Rohrleitung derart miteinander verbunden, daß Längenänderungen der Rohrabschnitte
zugelassen, dagegen unzulässige Beanspruchungen, vor allem auf Biegen und Knickung,
vermieden werden.
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Bei einem bekannten Kompensator der eingangs genannten Gattung sind
die Vorsprünge jeweils durch Schweißen an dem Außenmantel der Rohrabschnitte befestigt
(USA.-Patentschrift 2 335 478).
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Die Vorsprünge werden durch die Zugkräfte in den an den Enden der
Vorsprünge angelenkten Zuggliedern auf Biegung und die Rohrabschnitte an den Schweißstellen
durch die Momente in den Vorsprüngen auf Torsion beansprucht. Durch die Torsionsbeanspruchung
neigen die Rohrabschnitte zum Einbeulen.
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Der bekannte Kompensator braucht daher in den beiden Rohrabschnitten
eine Wandstärke, die wesentlich dicker, nämlich etwa 4- bis 6mal so dick wie diejenige
des Rohres ist. Er ist daher sehr schwer und, wenn die lichte Weite die Größenordnung
von z. B. 1 m hat, auch sehr teuer.
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Bei einem anderen bekannten Kompensator, der sich von demjenigen der
eingangs genannten Art dadurch unterscheidet, daß die Vorsprünge nur über den Außenmantel,
nicht aber auch über die Dehnglieder vorstehen, sind die Vorsprünge vier einzelne,
in die Wandungen der Rohrabschuitte eingreifende kurze nietähnliche Bolzen mit Kopf,
und die Zugglieder zwei über das wellenförmige Dehnglied hinweg wellenförmig stark
gebogene dünne Blechstreifen (schweizerische Patentschrift 128 531, Fig.11 und 12).
Infolge der starken Krümmung federn die Blechstreifen in Richtung der Achse des
Kompensators und sind daher als Zugglieder unbrauchbar.
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Würde man auf die starke Krümmung der Zugglieder verzichten wollen,
so müßten die kurzen, in den Mantel der Rohrabschnitte eingesteckten nietähnlichen
Bolzen um die halbe Differenz der Außendurchmesser von Rohrabschnitt und Dehnglied
verlängert werden. Dadurch würde aber das Moment aus Zugkraft und Hebelarm unzulässig
vergrößert, und die Rohrabschnitte würden im Bereich der Vorsprünge eingebeult werden,
da sie nicht verstärkt sind.
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Bei Kompensatoren, deren Gelenke und Zugglieder innerhalb der Rohrabschnitte
und Dehnglieder angeordnet sind, ist es ferner bekannt, die Zugglieder an Traversen
angreifen zu lassen, welche den Rohrabschnitt quer zu seiner Achse durchragen, und
die Enden der Traversen am Innenmantel der Rohrabschnitte - durch Schweißen - zu
befestigen.
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Das erfordert Schweißnähte hoher Festigkeit an schlecht zugänglichen
Stellen und ist deshalb nur für Rohre mit größerem Durchmesser anwendbar: (Unterlagen
des deutschen Gebrauchsmusters 1877 310, britische Patentschrift 848 085 und USA.-Patentschrift
1958 260.) Aus den Unterlagen des genannten Gebrauchsmusters ist es ferner noch
bekannt, als Traversen hohe, d. h. in Achsrichtung des Kompensators biegesteife
Blechstücke zu verwenden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompensator der eingangs
genannten Gattung zu schaffen, der wesentlich leichter und mithin billiger als die
bekannten ist und bei dem die ungünstige Beanspruchung der beiden Rohrabschnitte
auf Torsion und mithin das Einbeulen vermieden ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens
zwei am Mantel eines Rohrabschnittes angeordnete Vorsprünge Endabschnitte eines
an sich bekannten, den Rohrabschnitt quer zu dessen Achse durchragenden, gegen Biegung
widerstandsfähigen Trägers sind und daß der Träger die Wandungen des Rohrabschnittes
in dem Querschnitt des Trägers entsprechenden Ausnehmungen durchdringt.
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Dadurch wird die Torsionsbeanspruchung und ein Einbeulen der Rohrabschnitte
vermieden.
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Dadurch können nun statt der bisher verwendeten dickwandigen schweren,
in Sonderfertigung hergestellten Rohrabschnitte vorteilhafterweise wesentlich dünnwandigere
Rohrabschnitte verwendet werden, deren Wandstärke gleich ist wie diejenige der Rohrleitung,
in welche der Kompensator eingefügt werden soll. Das bedeutet, daß die Rohrabschnitte
aus handelsüblichen (geschweißten) Rohren - durch Abtrennen - hergestellt werden
können.
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Außerdem wird das bei dickwandigen Rohrabschnitten übliche spanabhebende
Bearbeiten der über die angeschweißten Rohre vorstehenden Wan. dungsabschnitte eingespart.
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Die Folge dieser Maßnahme sind Gewichtsersparnisse bis zu 50% und
Kostenersparnisse bis zu 25%. Das Hindurchstecken der Träger durch die Wandungen
der Rohrabschnitte erspart eine hochfeste Verbindung zwischen Träger und Rohrabschnitt,
die üblicherweise durch Schweißen hergestellt wird. Die Schweißung ist bedeutend
geringer belastet, sie hat nur die Träger gegen seitliche Verschiebung zu halten
und die Fugen abzudichten.
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Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Kompensator
in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, F i g. 2 in Draufsicht, F i g. 3 eine Rohrleitung
mit einem eingefügten Kompensator nach den F i g. 1 und 2,
F i g.
4 eine zweite Ausführungsform eines Kompensators in Seitenansicht, teilweise im
Schnitt, F i g. 5 in Draufsicht, F i g. 6 eine dritte Ausführungsform eines Kompensators
in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, F i g. 7 in Draufsicht, F i g. 8 eine Rohrleitung
mit drei eingefügten Kompensatoren nach den F i g. 6 und 7, F i g. 9 einen Kompensator
in einer vierten Ausführungsform in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, F i g.
10 in Draufsicht.
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In den F i g. 1 und 2 sind zwei Rohrabschnitte eines Kompensators
1 mit 2 und 3 bezeichnet. Die äußeren Enden der beiden Rohrabschnitte 2, 3 werden
durch Schweißen mit einer hier nicht dargestellten Rohrleitung, in die der Kompensator
1 eingefügt werden soll, verbunden.
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An das innere Ende eines jeden Rohrabschnittes 2, 3 sind zwei federnde,
im Querschnitt wellenförmige Dehnglieder 4 angeschweißt, die als Leitung für das
Strömungsmittel ausgebildet sind. Ein Zwischenrohr 5 verbindet die beiden inneren
Dehnglieder 4 miteinander.
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Jeder Rohrabschnitt 2, 3 hat zwei diametral gerichtete, miteinander
fluchtende Schlitze 6 mit schmalem Rechteckquerschnitt. Durch die beiden Schlitze
6 eines Rohrabschnitts ist jeweils ein Träger 7 mit einem in die Schlitze passenden
Querschnitt so weit eingeschoben, daß seine Enden gleich weit radial über den Außenmantel
des Rohrabschnitts vorstehen.
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Die Spalte zwischen den Trägern 7 und den Schlitzen 6 sind am Innen-
und Außenmantel der Rohrabschnitte durch Schweißen dicht verschlossen, außerdem
ist durch die Schweißung jeder Träger 7 mit dem zugehörigen Rohrabschnitt 2, 3 fest
verbunden.
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Zwei Zugglieder 8 gleicher Länge sind an jedem Ende mittels eines
Bolzens 9 jeweils an einem Ende eines Trägers 7 schwenkbar gelagert. Jedes Zugglied
8 besteht aus zwei Stäben 10 mit L-Querschnitt. Die beiden Stäbe 10 eines Zuggliedes
8 liegen - jeweils an ihren Enden - mit der Außenfläche eines Schenkels an den Seitenflächen
der Trägerenden an und sind an beiden Enden durch die Bolzen 9 und zwei jeweils
in eine Ringnut am Bolzen eingerastete ringförmige Sicherungsscheiben 11 miteinander
verbunden.
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Die beiden Träger 7 und die beiden Zugglieder 8 bilden einen Parallelogramm-Lenker,
dessen Gelenke die vier Bolzen 9 sind. Dadurch sind die beiden Rohrabschnitte 2,
3 des Kompensators 1 parallel zueinander geführt, und zwar so, daß ihre Achsen in
der durch die beiden Zugglieder 8 bestimmten Ebene stets parallel bleiben.
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Die zwischen die Rohrabschnitte 2, 3 eingefügten Dehnglieder 4 halten
die beiden Rohrabschnitte federnd in der in F i g. 1 dargestellten koaxialen Lage,
wo Träger 7 und Zugglieder 8 ein Rechteck bilden.
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Gegen den Verformungswiderstand der federnden Dehnglieder
4 läßt sich das Rechteck in ein Parallelogramm umformen und der Achsabstand
der beiden parallel geführten Rohrabschnitte 2, 3 entsprechend den Winkeländerungen
zwischen Trägern 2, 3 und Zuggliedern 8 verändern.
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Die F i g. 3 zeigt den Kompensator 1 nach den F i g. 1 und 2 eingefügt
in eine Rohrleitung 12, die an beiden Enden mit ortsfesten Bauteilen 13 verbunden
ist. Die Rohrleitung besteht aus einem langen geraden Abschnitt, einem kurzen 90°-Bogen
und einem kurzen geraden Abschnitt. Der Kompensator 1 ist in den kurzen geraden
Abschnitt eingefügt.
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Die ausgezogenen Linien zeigen die Rohrleitung 12 und den Kompensator
1 bei nicht erwärmter Rohrleitung. Dabei bilden die Träger 7 und die beiden Zugglieder
8 ein Rechteck, dessen Ecken die Achsen der vier Bolzen 9 sind. Die vier wellenförmigen
Dehnglieder 4 sind unverformt, und die Achsen der beiden Rohrabschnitte liegen auf
einer Geraden.
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Die gestrichelten Linien zeigen die Veränderungen der Rohrleitung
und des Kompensators 1, nachdem durch Temperaturerhöhung der lange gerade Abschnitt
sich um das Maß d L gedehnt hat.
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Durch diese Dehnung ist der eine Träger 7 des Kompensators (in der
F i g. 3 oben) gegen den verhältnismäßig kleinen Verformungswiderstand der Dehnglieder
4 um das Maß d L aus der Ruhelage nach rechts ausgelenkt worden. Die beiden
Träger 7 und die beiden Zugglieder 8 bilden nun ein Parallelogramm, die beiden Rohrabschnitte
haben nun den Achsabstand d L, und die Dehnglieder 4 sind, wie aus F i g.
3 erkennbar, verformt. Der andere Träger 7 (in F i g. 2 unten) hat seine Lage nicht
geändert, weil er mittels des kurzen Endabschnittes der Rohrleitung 12 praktisch
starr mit dem ortsfesten Bauteil 13 verbunden ist.
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Der Kompensator 1 hat also die Wärmedehnung der Rohrleitung 12 zugelassen,
jedoch eine der Dehnung entsprechende unzulässige Spannung im Rohr verhindert.
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Bei dem Kompensator 1 können an Stelle von vier auch weniger (mindestens
zwei) oder mehr Dehnglieder 4 verwendet werden. Die zulässige Dehnung, die ein Kompensatorl
aufnehmen kann, ist um so größer, je größer die Zahl der Dehnglieder ist.
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Die F i g. 4 und 5 zeigen einen Kompensator 14, der sich von demjenigen
nach den F i g. 1 und 2 durch die doppelte Zahl von Vorsprüngen, Trägern, Schlitzen
und Zuggliedern sowie durch zwei weitere Gelenke in jedem Zugglied unterscheidet.
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Die zwischen die beiden Rohrabschnitte 15, 16 eingefügten Teile, vier
Dehnglieder 4 und das Zwischenrohr 5 sind dieselben Bauteile wie bei dem Kompensator
nach den F i g. 1 und 2.
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Die Träger 17 eines Rohrabschnitts bilden jeweils ein rechtwinkliges
Kreuz; sie sind an der Kreuzung durch Schweißen starr miteinander verbunden.
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Jedes der vier Zugglieder 18 besteht aus einer aus zwei Stäben
mit U-Profil gebildeten hohlen Stange 19 mit rechtwinkligem Querschnitt und zwei
U-förmigen Bügeln 20. Die letzteren sind jeweils schwenkbar an den Stangenenden
gelagert. Zu diesem Zweck sind an jedes Stangenende zwei ebene Laschen 21 angeschweißt,
welche einen Bolzen 22 tragen, auf dem ein U-förmiger Bügel 20 schwenkbar gelagert
ist. Die U-förmigen Bügel 20 haben jeweils nahe den Schenkelenden zwei miteinander
fluchtende Bohrungen für einen Bolzen 9 und sind mittels diesem schwenkbar am Ende
eines Trägers 17 gelagert. Die beiden Bolzen 9 und 22 kreuzen sich senkrecht und
bilden daher ein Kreuzgelenk.
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Dadurch sind die beiden Rohrabschnitte 15, 16 des Kompensators 14
- ebenso wie jene 2, 3 des Kompensators nach den F i g. 1 und 2 - parallel zu einander
geführt, jedoch im Unterschied zu jenen derart, daß ihre stets parallelen Achsen
nicht nur in einer Ebene, sondern in jeder durch die Achse eines
lZohrabschnitts
15, 16 gelegten Ebene beweglich sind, d. h. einen mehr oder weniger großen Abstand
voneinander einnehmen können.
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Die F i g. 6 und 7 zeigen einen Kompensator 23, bei dem zwischen den
beiden Rohrabschnitten 24 ein wellenförmiges Dehnglied 25 eingeschweißt ist und
die beiden Rohrabschnitte auf einer aus zwei miteinander fluchtenden Bolzen 26 gebildeten
Achse schwenkbar gelagert und durch die Bolzen miteinander verbunden sind. Die Schwenkachse
liegt in der Mittelebene des Dehngliedes 25 und schneidet die Achsen der Rohrabschnitte
lotrecht.
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Jeder Rohrabschnitt 24 hat zwei diametral gerichtete Schlitze 27 mit
schmalem Rechteckquerschnitt, in welche jeweils ein Träger 28, 29 mit den Schlitzen
entsprechendem Querschnitt so weit eingeschoben ist, daß seine Enden gleich weit
über den kohraußenmantel vorstehen. Die Fugen zwischen den Schlitzen 27 und den
Trägern 28, 29 sind durch Schweißungen verschlossen. Der Träger 28 (in F i g. 6
oben) ist etwas länger als der andere 29 (in F i g. 6 unten).
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Auf jeden Trägervorsprung ist ein zweimal abgebogener Blechstreifen
30, 31 so angeschweißt, daß der Querschnitt durch Blechstreifen und Trägervorsprung
T-förmig ist. Die Blechstreifen 30, 31 stehen jeweils über die inneren Kanten der
zugehörigen Träger 28, 29 vor und haben jeweils eine Bohrung zur Lagerung der Bolzen
26.
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An jeden Vorsprung des längeren Trägers 28 ist noch ein ebener Blechstreifen
32 mit einem U-förmigen Schlitz und einer Bohrung so angeschweißt, daß er parallel
zum freien Ende des gebogenen Blechstreifens 30 gerichtet ist und daß zwischen ihn
und das freie Ende des gebogenen Blechstreifens 30 das freie Ende des am anderen
Rohrabschnitt befestigten gebogenen Blechstreifens 31 paßt. Der Schlitz dient zum
Aufstecken des ebenen Blechstreifens 32 auf den Trägervorsprung und die Bohrung
als Lager für einen der Bolzen 26. Letztere sind jeweils mittels zweier in Ringnuten
des Bolzens 26 eingerasteten Sicherungsscheiben 33 gegen Axialverschiebung gesichert.
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Die F i g. 8 zeigt drei Kompensatoren 23 nach den F i g. 6 und 7 eingefügt
in eine Rohrleitung 34, die an beiden Enden mit ortsfesten Bauteilen 35 verbunden
ist. Sie besteht aus zwei langen Abschnitten und einem kurzen 90°-Bogen. Letzterer
liegt zwischen den beiden langen Abschnitten. Zwei Kompensatoren 23 sind nahe den
ortsfesten Bauteilen 35, der dritte nahe dem Bogen in das Rohrleitungsstück eingefügt.
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Die ausgezogenen Linien zeigen das Rohrleitungsstück 34 bei nicht
erwärmtem Rohr; die gestrichelten bei erwärmtem Rohr.
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Die Kompensatoren 23 lassen durch ihre Gelenke Wärmedehnungen der
Rohrleitung 34 zu und verhindern eine unzulässige Beanspruchung in der Rohrleitung.
Dabei ändern sich die Winkellagen der beiderseits eines Kompensators liegenden Abschnitte
der Rohrleitung entsprechend der Verformung des Kompensatordehngliedes; ein unzulässiges
Verbiegen der einzelnen RohrIeitungsabschnitte wird jedoch verhindert. Die F i g.
9 und 10 zeigen einen Kompensator 36 mit einem wellenförmigen Dehnglied 25, bei
dem die beiden Rohrabschnitte 24 mittels eines das Dehnglied umgebenden Ringes 37
und vier Bolzen 38 kardanisch miteinander verbunden sind.
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Gegenüber dem Kompensator 23 nach den F i g. 6 und 7 hat der Kompensator
36 außer dem Ring 37 und zwei weiteren Bolzengelenken noch die folgenden Unterschiede:
Die beiden durch den Ring 37 verbundenen Hälften des Kompensators sind zwei gleiche
Bauteile und so angeordnet, daß ihre Träger 39 rechtwinklig zueinander stehen. An
jedes Trägerende ist ein geschlitzter ebener Blechstreifen 32 mit einer Bohrung
für die Bolzen 38 angeschweißt. Der Abstand des ebenen Blechstreifens 32 vom freien
Ende des gebogenen Blechstreifens 40 ist mit Rücksicht auf die Schwenkbewegungen
des jeweils zwischen den vier Blechstreifenpaaren 32, 40 angeordneten Ringes 37
entsprechend größer als die Dicke des Ringes.
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Der eine Rohrabschnitt 24 (in F i g. 9 oben) ist schwenkbar um die
in F i g. 9 in der Zeichenebene liegende Achse der beiden miteinander fluchtenden
Bolzen 38, der andere Rohrabschnitt 24 (in F i g. 9 unten) um die senkrecht zur
Zeichenebene gerichtete Achse der beiden miteinander fluchtenden Bolzen 38.