DE2818952A1 - Fluessigkeitsgefuelltes flexibles abdichtgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gelenkaufbau zur Verbindung von zwei Leitungen, die zur Aufnahme von Fluid vorgesehen sind, dessen Druck sich vom äußeren, auf die Leitung wirkenden Umgebungsdruck unterscheidet.

Seit den letzten Jahren wurde die Suche nach neuen Brennstoffreserven und insbesondere nach neuen Lagerstätten von Öl und Gas auf den Meeresboden ausgedehnt. Als die Forschungsbemühungen auf die Küstengewässer verschiedener Länder abzielten, wurden die für den Einsatz an Land entwickelten Bdbrfcechniken so angepaßt, daß sie in Meeresumgebung eingesetzt werden konnten. Die anfänglichen Bemühungen, unter der Meeresoberfläche nach Öl und Gas zu bohren, begannen damit, daß stabile Plattformen errichtet wurden, von denen aus die Bohrtätigkeiten durchgeführt wurden. Die notwendige Stabilität wurde im allgemeinen dadurch erreicht, daß Plattformen, abgestützt auf massiven Pfeilern, die sich bis hinunter zum Meeresboden erstreckten, errichtet wurden. Bei der Aufnahme der Fördertätigkeit bei einem Bohrloch wurde das Öl oder Gas im allgemeinen nicht zur Wasseroberfläche gebracht. Stattdessen wurde das Öl oder Gas von einer fündigen Quelle längs des Meeresbodens durch eine Pipeline zu Verarbeitungseinrichtungen an der Küste geleitet.

Die Suche nach öl oder Gas auf dem Meer verlagert sich in immer tieferes Gewässer, das zunehmend weiter vom Land entfernt liegt. Die Technik, stabile Plattformen durch Absenken von Stützen auf den Meeresgrund zu errichten, wird jedoch bei zunehmender Wassertiefe immer kostspieliger und läßt sich weniger leicht durchführen. Auch wird es immer schwieriger und kostspieliger, von den Öl- oder Gas-Bohrlöchern Pipelines zu installieren und zu warten, wenn die Bohrlöcher bei Tiefen von mehreren Tausend Fuß unter der Wasseroberfläche gebohrt werden. Als Konsequenz davon konzentrierten sich mehrere Entwicklungen bei der Öl- und Gassuche auf die

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Konstruktion schwimmender Bohrplattformen und schwimmender Vorverarbeitungsexnrichtungen. Der Einsatz von schwimmenden Anlagen zog insbesondere die Notwendigkeit nach sich, daß geeignete und akzeptable Verfahren zur Stabilisierung derartiger schwimmender Anlagen entwickelt werden müssen und/ oder das sowohl Bohr- als auch Produktionssteigleitungen mit ausreichender Flexibilität ausgestattet werden müssen, damit sie sich den Bewegungen einer schwimmenden Plattform anpassen können.

Obwohl eine schwimmende Bohr- oder Verarbeitungsplattform bis zu einem gewissen Grade stabilisiert v/erden kann, bleibt sie im allgemeinen besonders auf Bewegungen aufgrund der Wellenwirkung empfindlich. Beispielsweise müssen bei einer von einer schwimmenden Plattform aus getätigten Bohrung sowohl seitliche als auch vertikale Bewegungen der Plattform ausgeglichen v/erden. Zur Anpassung an diese Bewegungen müssen Bohrstränge, Steigleitungen und ähnliche Rohre oder Leitungen, die sich von der Bohrplattform zum Meeresboden hinunter erstrecken, entweder mit gelenkigen Verbindungen ausgestattet sein oder in sich selbst einen Flexibilitätsgrad besitzen, der ausreichend groß ist, um einen Bruch oder Hiß der Leitungen zu vermeiden, wenn die Bohrplattform sich bewegt oder wenn Wellen oder Wasserströmungen direkt auf die Leitungen wirken. Beispielsweise ist das Rohr, das in einem Bohrstrang verwendet wird, typischerweise von ausreichend kleinem Durchmesser und mit ausreichender Festigkeit ausgestattet, so daß es sich zur Vermeidung einer Beschädigung genügend abbiegen kann, wenn eine zugeordnete Bohrplattform normalen vertikalen oder seitlichen Bewegungen ausgesetzt ist. Andererseits besitzt eine Steigleitung oder ein Meeresleitungsrohr einen relativ großen Durchmesser und ist folglich starrer als ein Bohrstrang. Deshalb muß ein Rohr von derartig großem Durchmesser ein oder mehrere Verbindungsoder Gelenkaufbauten besitzen, die sich leicht abbiegen

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lassen und ebenfalls großen inneren und äußeren Fluiddrücken widerstehen können.

Eine Bauforin eines flexiblen Gelenks, die bei Steigleitungen verwendet wird, besteht aus einem Kugelteil mit präzis bearbeiteter sphärischer Oberfläche und einem Pfannenteil, das eine komplementäre sphärische Oberfläche besitzt. Durch eine Gleitbewegung einer der sphärischen Oberfläche! relativ zur anderen wird das Gelenk abgebogen. Beim Zwischenbereich zwischen den Gleitflächen dienen elastische O-Ringe zur Abdichtung der Gelenkverbindung. Die Abbiegebewegung eines derartigen Kugelgelenks wird jedoch dann beeinträchtigt, wenn das Gelenk hohen Drücken ausgesetzt wird. Auch ist das Gelenk einem Reibungsverschleiß und einer Verschlechterung beider gleitender Oberflächen und der O-Ringabdichtungen unterworfen. Die Reibungsabnützung macht eine häufige Reparatur oder einen wiederholten Austausch des Gelenks erforderlich.

Ein anderer Bautyp eines flexiblen Gelenks für Fluidleitungen wie beispielsweise Seesteigleitungen benützt ringförmige flexible Elemente, die zwischen Flanschen eingesetzt sind, welche an benachbarten Enden unterschiedlicher Leitungsabschnitte befestigt sind. Die flexiblen Elemente umfassen im allgemeinen aufeinanderfolgende Schichten aus starren und elastischen Materialien, die normalerweise Metall und ein elastomerer Werkstoff sind. Die Schichten oder Lagen können ringförmig mit flachen Oberflächen, wie es beim Rohrgelenk ±i der US-PS 3 168 334- ist, oder ringförmig mit sphärischen Oberflächen ausgebildet sein, wie es beim flexiblen Gelenk in der US-PS 3 680 895 beschrieben ist. Die geschichteten flexiblen Elemente ermöglichen die notwendige Abbiegebewegung eines Gelenks und können gleichzeitig als Abdichtungen arbeiten. Ein Gelenk, das ein geschichtetes Element besitzt, zeigt keine "beweglichen" Teile und ist einer Reibungsabnutzung nicht ausgesetzt, wie es bei den oben

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beschriebenen Kugel-/Pfannen-Gelenken der Fall war. Andere flexible Rohrgelenkverbindungen, die mit geschichteten flexiblen Elementen ausgestattet sind, werden in den US-PS 3 390 899, 3 734 546, und 3 853 337 beschrieben und dargestellt.

Obwohl die mit geschichteten flexiblen Elementen ausgestatteten Gelenke die Abnutzungsprobleme, die bei konventionellen Kugel-/Pfannen-Gelenken auftreten, umgehen, zeigen die geschichteten Elemente die Tendenz bei bestimmten Axialbelastungen und hohen Druckunterschieden zu reißen und auszufallen. Die elastomeren Lagen der geschichteten Elemente können, obwohl sie relativ hohe Druckbelastungen aufnehmen können, nur relativ niedrigen Zugbeanspruchungen standhalten. Wenn benachbarte Rohrstücke Kräften ausgesetzt sind, welche die Rohrstücke so axial zu bewegen versuchen, daß auf das geschichtete Element oder die geschichteten Elemente in einem, die Rohrstücke verbindenden Gelenk Zugbeanspruchungen ausgeübt werden, können die geschichteten flexiblen Elemente leicht versagen. Bei einem Lösungsversuch für dieses Problem der Zugbeanspruchungen werden Zugstangen verwendet, die vorrangig vor den geschichteten flexiblen Elementen derartige Zugbeanspruchungen tragen. Es können auch Paare von geschichteten flexiblen Elementen in einem Gelenk in derartiger V/eise eingesetzt werden, daß wenigstens eines der flexiblen Elemente immer druckbelastet ist wobei dies ungeachtet der Richtung der relativen Axialbewegung zwischen benachbarten Rohrstücken geschieht. Die Bruchwahrscheinlichkeit eines flexiblen Elements aufgrund hoher, auf das Element ausgeübter Druckunterschiede kann dadurch verkleinert werden, daß benachbarte Schichten des flexiblen Elements zu einem integralen Teil verbunden bzw. vulkanisiert werden. In der DE-PA 26 45 515*2 wird vorgeschlagen, ein geschichtetes flexibles Element so zu gestalten, daß gegenüber einem hohen Druckunterschied, der primär in einer

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Richtung wirkt, zusätzliche Festigkeit erhalten wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine flexible Gelenkverbindung zur Verbindung von Fluidleitungen zu schaffen, die eine verbesserte dynamische Abdichtanordnung für hohen Druck bietet.

Zur Lösung dieser erfindungsgemäßen Aufgabe umfaßt ein Gelenkaufbau ein hohles,ringförmiges Gehäuse und ein Rohrelement, dessen Außendurchmesser kleiner als der maximale Innendurchmesser des Gehäuses ist. An jedem Ende besitzt das Gehäuse eine Öffnung; weiterhin enthält es ein Paar ringförmiger Flansche, die sich radial einwärts gegenüber dem maximalen Innendurchmesser des Gehäuses erstrecken. Das Rohrelement, das teilweise innerhalb des Gehäuses aufgenommen ist, enthält benachbart einem Ende einen Flansch, der sich radial nach außen erstreckt. Das Ende des ^ohrelements, das seinem Flansch gegenüberliegt, steht bei einem Ende des Gehäuses durch die Öffnung zur Befestigung an einer Fluidleitung vor. Der Flansch des Rohrelements ist zwischen den · zwei Flanschen des Gehäuses angeordnet, die längs dem Gehäuse mit Abstand voneiander angeordnet sind. Zwischen jedem Flansch des Gehäuses und dem Flansch des Rohrelements ist ein ringförmiges flexibles Element angeordnet, das wenigstens einen Körper aus elastomerem Werkstoff besitzt. Eines dieser flexiblen Elemente ist zwischen dem Gehäuse und dem Rohrelement so angeordnet, daß es wenigstens einen Teil eines fluiddichten bzw. fluiddruckdichten Durchgangsfestlegt, welcher das Rohrelement mit derjenigen Öffnung verbindet, die am Ende des Gehäuses liegt, das demjenigen Ende entgegengesetzt ist, durch das das Rohrelement vorspringt. Beide flexiblen Elemente sind innerhalb des Gehäuses so angeordnet, daß sie mit dem Gehäuse einen ringförmigen Hohlraum bilden, der vom fluiddruckfesten Durchgang getrennt ist. Dasjenige flexible Element, welches den fluiddichten Durchgang begrenzt,

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besitzt eine Seitenfläche, welche dem Fluid im Durchgang ausgesetzt-ist, und eine entgegengesetzte Seitenfläche, welche zum ringförmigen Hohlraum freiliegt. Das andere flexible Element besitzt ebenfalls eine Seitenfläche, die zum Ringraum freiliegt, und auch eine Seitenfläche, die zum Außenbereich des Gelenkaufbaus freiliegt. Als Füllung des Ringraums, der fluiddicht ausgebildet ist, dient eine gewisse Menge einer im wesentlichen inkompressiblen Flüssigkeit.

Die Flüssigkeit im Ringraum des Gelenkaufbaus dient zur Übertragung von Druck zwischen den zwei flexiblen Elementen. Somit besteht die Wirkung der flexiblen Elemente darin, daß sie die Belastung, die von Druckunterschieden zwischen dem äußeren Umgebungsdruck auf den Gelenkaufbau und dem Druck auf das Fluid im fluiddichten Durchgang des Aufbaus ergeben, der Reihe nach aufteilen. Wenn beispielsweise der Druck innerhalb des Gelenkaufbaus den äußeren Umgebungsdruck übersteigt, wird dasjenige flexible Element, das den fluiddichten Durchgang durch das Gelenk begrenzt, als Reaktion auf den inneren Druck verformt. Die Biegung des flexiblen Elements übt einen Druck auf die inkompressible Flüssigkeit im Ringraum aus. Die Flüssigkeit überträgt ihrerseits diesen Druck auf das andere flexible Element. Da das innere flexible Element gegenüber demjenigen Druck, der von der Flüssigkeit im Gelenkaufbau ausgeübt wird, einen gewissen Widerstand bietet, wird der Druck, der auf das äußere flexible Element ausgeübt wird, in entsprechendem Maße verringert. Zusätzlich zu dieser Aufteilung der Beanspruchung, repräsentiert vom Druckunterschied, vermag die Reihenanordnung der flexiblen Elemente eine Zusatzabdichtungseinrichtung in dem Augenblick zu bilden, wenn die vom inneren flexiblen Element gestellte Abdichtung aus irgendwelchen Gründen versagt. Um die Möglichkeit einer zusätzlichen Abdichtung zu besitzen, muß das äußere flexible Element selbst dem Gesamtdruckunterschied zwischen

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dem Inneren und dein Äußeren des Gelenks standhalten können.

Obwohl der erfindungsgemäße Gelenkaufbau vom allgemeinen Aufbau her eine gewisse Ähnlichkeit mit Gelenken besitzt, die in früheren Patentschriften beschrieben und erläutert wurden, werden in den Gelenken, die in diesen Patentschriften gezeigt werden, keine zwei flexiblen Elemente in Reihe angeordnet verwendet, welche die durch einen Druckunterschied zwischen dem Inneren und Äußeren des Gelenks dargestellte Belastung aufteilen. Beispielsweise zeigen die US-PS 3 680 895, 3 734- 546, und 3 853 337 flexible Rohrgelenke oder -Verbindungen, die innerhalb eines Ringgehäuses Paare flexibler Elemente besitzen. Die flexiblen Elemente in jeder Gelenkverbindung sind so angeordnet, daß sie einen Ringraum definieren, der den primären Fluiddurchgang durch das Gelenk oder die Verbindung umgibt. Nichts-desto-weniger ist bei den Gelenkverbindungen der drei oben angegebenen Pa tentschriften keine Aufteilung eines Druckunterschieds zwischen zwei flexiblen Elementen in jeder Gelenkverbindung vorgesehen. Stattdessen ist jede Gelenkverbindung so aufgebaut, daß der Druck zwischen dem primären Fluidstromdurchgang durch das Gelenk und dem Ringraum, der den Durchgang umgibt, gleichgemacht wird. Nur das äußere flexible Element kann das Gelenk wirksam abdichten und Druckunterschieden Widerstand entgegensetzen. Eine ähnliche Druckausgleichsanordnung kann auch in der flexiblen Rohrverbindung, die in Pig. 4 der US-PS 3 390 899 gezeigt wird, eingesetzt werden. Diese Patentschrift erwähnt jedoch nicht ausdrücklich den Druckausgleichsaufbau, der in den anderen oben genannten US-Patentschriften deutlich wiedergegeben ist. Nichtsdestoweniger gibt die US-PS 3 390 keinen Hinweis darauf wieder, den Ringraum zwischen den zwei flexiblen Elementen mit einer im wesentlichen inkompressiblen Flüssigkeit so zu füllen, daß die Elemente die durch den Druckunterschied ausgeübte Belastung aufteilen.

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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform besitzt wenigstens ein flexibles Element des Gelenkaufbaus sowohl einen Körper aus elastomerem Material als auch ein Paar mit Abstand angeordneter starrer Ringe. Der elastomere Körper ist zwischen den Ringen angeordnet und bildet für gegenüberliegende Oberflächen der Ringe einen dichtenden Eingriff. Die Anordnung des elastomeren Körpers und der Ringe definiert zwischen den Ringen ringförmige freiliegende Oberflächen des elastomeren Körpers, welche den freiliegenden Seitenflächen des flexiblen Elements entsprechen. Ein starrer Ring des flexiblen Elements steht in abdichtendem Eingriff mit dem Flansch des Rohrelements, während der andere starre Ring des flexiblen Elements mit dem Flansch des Gehäuses einen abdichtenden Eingriff bildet. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält Jedes flexible Element eine Vielzahl von mit Abstand angeordneter, ringförmiger Zwischenelemente, die aus im wesentlichen nichtdehnbarem Material gebildet und in den elastomeren Körper eingebettet sind. Die Zwischenelemente und der elastomere Körper stellen allgemein sphärisch geformte Ringe dar. Die Zwischenelemente verbessern die Eigenschaften des Elastomers zur Aufnahme von Druckbeanspruchung und erleichtern bei sphärischer Ausbildung Schwenkbewegungen des Rohrelements gegenüber dem Gehäuse um derartige Achsen, die quer zur Längsachse des Gelenkaufbaus verlaufen. Um sicherzustellen,daß Zugbeanspruchungen nicht auf die elastomeren Körper der flexiblen Elemente angelegt werden, kann eines der flexiblen Elemente so aufgebaut sein, daß es gegenüber Druckbelastungen weniger Widerstand leistet oder durch Druckbelastungen leichter sich zusammenpressen läßt, als es beim anderen flexiblen Element der Fall ist. Wenn in der Praxis die Belastungen auf den Gelenkaufbau primär in einer axialen Richtung ausgeübt werden, wird das weniger flexible oder gegenüber Kompression festere flexible Element so angeordnet, daß es durch Belastungen in der primären Richtung druckbeansprucht wird.

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Das weichere flexible Element wird so angeordnet, daß es dann durchgebogen oder zusammengedrückt wird, wenn das Gehäuse zusammengebaut wird. Wenn bei Gebrauch axiale Beanspruchungen an den Gelenkaufbau ausgeübt werden, wird die Anfangs- oder Vorkompressionsbelastung auf das weichere flexible Element teilweise verringert, v/obei jedoch das Element niemals unter Zug gesetzt wird.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; diese zeigt

eine teilweise im Schnitt ausgeführte Längsansicht eines erfindungsgemäß aufgebauten flexiblen Gelenkaufbaus .

Die Zeichnung zeigt teilweise im Schnitt einen flexiblen Rohrgelenkaufbau 10, der an jedem Ende mit einem Leitungsstück 12 oder 14, die mit unterbrochenen Linien wiedergegeben sind, verbunden ist. Die Verbindungen an die Leitungsstücke der Leitungen 12 und 14 bilden fluiddichte Abdichtungen und können durch eines einer Vielzahl konventioneller Verfahren ausgeführt werden, wie beispielsweise: öchraubbolzen, die durch benachbarte Flansche verlaufen, welche am Gelenkaufbau 10 und an den Leitungsstücken gebildet sind; äußere Klemmvorrichtungen, welche die benachbarten Flansche des Gelenkaufbaus und der Leitungsstücke erfassen; und das Schweißen der Leitungsstücke an das Gelenk. Die Leitungsstücke 12 und 14 sind geeigneterweise so aufgebaut, daß sie Fluid wie beispielsweise Öl, Erdgas, oder Wasser ohne Leckverluste leiten können. In der Praxis sind die Leitungssiücke 12 und 14 und der Gelenkaufbau 10 ebenfalls von Fluid wie beispielsweise Wasser, jedoch auch Luft umgeben, das auf die äußeren Bereiche der Rohrstücke und des Gelenkaufbaus Druck ausübt. Der äußere Umgebungsdruck, der auf die Leitungen 12 und 14 und auf den Gelenkaufbau 10 ausgeübt

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wird, unterscheidet sich im allgemeinen von demjenigen Druck, der vom durch die Leitungen transportierten Fluid ausgeübt wird. Wie im weiteren noch erläutert wird, ist der Gelenkaufbau 10 so konstruiert, daß er zwischen den Leitungsstücken 12 und 14 eine fluiddichte Verbindung bildet, die dem Unterschied zwischen dem äußeren Umgebungsdruck und dem Fluiddruck in den Leitungen standhalten kann. Der Gelenkaufbau 10 ermöglicht auch Schwenkbewegungen der Leitungen 12 und 14 gegeneinander um Achsen, die quer zur Längsachse 16 des Gelenkaufbaus verlaufen.

Der Gelenkaufbau 10 enthält ein hohles Ringgehäuse 18. Das Gehäuse 18 enthält einen im allgemeinen rohrförmigen oder ringförmigen Teilkörper 20 und zwei Flanschglieder 22 und 24, -j Le sich im allgemeinen radial einwärts vom rohrförmigen Teilkörper erstrecken. Beide Flansche 22 und 24 und der Teilkörper 20 sind aus undurchlässigem Material gefertigt, wie es beispielsweise Stahl ist. Der Flansch 22 zeigt ringförmige Form und ist an einem Ende des Teilkörpers 20 des Gehäuses 18 angeordnet. Der Innenumfang des Flansches 22 bildet am Ende des Gehäuses 18 eine öffnung, deren Zweck noch erläutert werden soll. Der Flansch 22 ist um seinen radial äußeren Rand am Teilkörper 20 des Gehäuses 18 durch eine Vielzahl von Schraubbolzen 26 befestigt. Der Schaft ,jedes Bolzens 26 verläuft durch eine Vielzahl von in Umfangsrichtung mit Abstand angeordneten Bohrungen 28, die um den Rand des Flansches 22 gebildet sind. Der Schaft erstreckt sich ebenfalls in eine Vielzahl von Bohrungen 30, die in Axialrichtung in den Teilkörper 20 des Gehäuses 18 gebohrt wurden und mit den Bohrungen 28 im Flansch 22 in Ausrichtung stehen. Die Bohrungen 30 sind mit GewinderyVersehen, so daß die Gewindeteile der Schafte der Bolzen 26 in die Bohrungen 30 eingeschraubt werden können. Der Kopf jedes Bolzens 26 besitzt speziell ausgebildete Aussparungen (nicht wiedergegeben), mit denen durch ein Werkzeug wie beispielsweise einem Imbus-Schlüssel zum Festziehen

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des Bolzens 26 in einer Gewindebohrung 30 ein Eingriff hergestellt werden kann. Damit zwischen dem Flansch 22 und dem Teilkörper 20 des Gehäuses 18 eine fluiddichte Abdichtung hergestellt wird, umschließen zwei ringförmige O-Ringe $2 und 34 einen axial sich erstreckenden Teil des Flansches Die O-Ringe 32 und 34 sind in parallelen, ringförmigen Vertiefungen aufgenommen, die im axial sich erstreckenden Teil des Flansches 22 ausgebildet sind; beide Ringe bilden mit einer benachbarten Oberfläche des Teilkörpers 20 des Gehäuses 18 einen abdichtenden Eingriff.

Der andere Flansch 24 des Gehäuses 18 ist in einem Stück mit dem rohrförmigen Teilkörper 20 des Gehäuses gebildet. Da der Flansch 24 größeren, senkrecht zu seinen Hauptoberflächen gerichteten Belastungen als der Teilkörper 20 des Gehäuses 18'ausgesetzt ist, iä: der Flansch beträchtlich dicker als der Teilkörper. Der Flansch 24 ist ringförmig und ist mit Abstand vom Flansch 22 längs der Längsachse 16 des Gelenkaufbaus 10 und des Gehäuses 18 angeordnet. Benachbart dem Ihnenu:>mf ang degiängf örmigen Flansches 24 erstreckt sich ein kurzes Rohrteil 36 des Gehäuses 18 axial zum Flansch 24 und erstreckt sich vom Flansch 22 als auch 24 weg, um eine Befestigung für das benachbarte Rohrstück 14 zu ermöglichen. Der Innenumfang des ringförmigen Flansches 24 und der rohrförmigen Erweiterung 36 bildet bei demjenigen Ende des Gehäuses 18 eine Öffnung, die entgegengesetzt zum Flansch 22 liegt.

Ein kurzes rohrförmiges Element 38, das aus undurchlässigem Material, beispielsweise Stahl, hergestellt ist, erstreckt sich durch diejenige Öffnung im Gehäuse 18, welche durch den Innenumfang des Flansches 22 festgelegt ist. Dasjenige Ende des Rohrelements 38, das vom Gehäuse 18 freiliegt, bildet mit dem benachbarten Rohrstück 12 einen abdichtenden Eingriff. Dasjenige Ende des Rohrelements 38, das innerhalb des

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Gehäuses 18 aufgenommen ist, enthält einen ringförmigen Flansch 40, der sich radial auswärts vom Hauptkörperteil 42 des ßohrelements erstreckt. Der Flansch 40 ist somit zwischen den Flanschen 22 und 24 des Gehäuses 18 angeordnet. Der Flansch 40 stellt ein -Bauelement dar, das separat vom Körperteil 42 des Rohrelements 38 gefertigt ist; der Flansch 40 ist im wesentlichen ein Ring, der in einer ringförmigen Vertiefung 44 aufgenommen ist. Die Vertiefung 44 ist um den äußeren Umfang des Rohrelements 38 benachbart einem Ende des Körperteils 42 ausgebildet. In der wiedergegebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform bildet der ringförmige Flansch 40 mit dem Körperteil 42 des Rohrelements 38 keinen abdichtenden Eingriff, da geeignete Abdichtungen anderswo im Gelenkaufbau vorgesehen sind.

Zwischen dem Flansch 22 des Gehäuses 18 und dem Flansch 40 des Rohrelements 38, und zwischen dem Flansch 24 des Gehäuses und dem Flansch 40 des Rohrelements sind ringförmige flexible Elemente 46 bzw. 48 vorgesehen. Jedes der flexiblen Elemente 46 und 48 enthält einen ringförmigen elastomeren Körper, wobei der elastomere V/erkstoff zwischen zwei relativ massiven, ringförmigen starren Endgliedern oder Endplatten angeordnet ist. Für das flexible Element 46 ist durch den ringförmigen Flansch 22 des Gehäuses 18 ein Endglied vorgesehen. Gegenüberliegend vom Flansch 22 und von diesem mit Abstand angeordnet liegt eine Endplatte 50, die Teil des flexiblen Elements 46 ist. Die Endplatte 50, die vorzugsweise aus Metall besteht, bildet mit dem Flansch 40 des Rohrelements 38 einen Eingriff und ist darauf abgestützt. Ein ringförmiger O-^ing 52 bildet zwischen der Endplatte 5° und dem Rohrelement 38 eine Abdichtung. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen des Flansches 22 und des Endgliedes 50 besitzen sphärische Gestalt. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in der Zeichnung wiedergegeben ist, werden die sphärischen Konturen durch Kreisbögen festgelegt, die einen gemeinsamen, mit dem Bezugszeichen 5^ bezeichneten Ursprung besitzen. Es würde

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jedoch auch möglich sein, daß die sphärischen Konturen durch identische Kreisbögen festgelegt sind, deren Ursprünge voneinander längs der Achse 16 verschoben sind. Zwischen den gegenüberliegenden sphärisch geformten Oberflächen des Flansches 22 und des Endglieds 50 ist ein elastomerer Körper 56 angeordnet, der an diese Oberflächen verbunden bzw. vulkanisiert ist. Der elastomere Körper 56 besitzt eine Reihe von ringförmigen, voneinander mit Abstand angeordneten Zwischenteilen 58, die άχε einem Material gefertigt sind, das im Vergleich zum elastomeren Werkstoff im wesentlichen undehnbar bzw. starr ist. Anders betrachtet, wird der Aufbau, der zwischen dem Flansch 22 und der Endplatte 50 angeordnet ist, aus einer Vielzahl von sich abwechselnden und zusammenhaftenden Schichten aus einem elastomeren und einem undehnbaren Material gebildet.

Die undehnbaren Zwischenteile oder Lamellen 58 des flexiblen Elements 4-6 sind vorzugsweise aus Stahl gefertigt, während der elastomere Körper oder die elastomeren Lamellen vorzugsweise aus Nitril-Kautschuk bestehen. Nitril-Kautschuk besitzt gegenüber der angreifenden Wirkung von Erdöl-Produkten hohe Festigkeit. Andere nichtdehnbare und elastomere Materialien können, falls geeignet, für Stahl und Nitril-Kautschuk eingesetzt werden. Alternative elastomere Materialien sind beispielsweise Naturkautschuk und andere synthetische Gummis, während als alternative nichtdehnbare Materialien andere Metalle, Glasfiber, verstärkte Kunststoffe und faserverstärkte Harzmaterialien zur Verfügung stehen. Jede der Lamellen in dem flexiblen Element 46 besitzt sphärische Kontur oder, bei einer Betrachtung im Radialschnitt, Oberflächen, die durch Kreisbögen definiert sind. Die kreisförmigen oder sphärischen Konturen werden durch Kreisbögen gebildet, die den gleichen Ursprung wie diejenigen Bögen besitzen, welche die gegenüberliegenden Oberflächen des Flansches 22 und der Endplatte 50 bilden. Die vielfachen sphärischen

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Konturen, die in das flexible Element 46 eingesetzt sind, ermöglichen, daß das Element wie ein Kugelgelenk arbeitet. Eine relative Drehbewegung zwischen benachbarten nichtelastomeren Komponenten (d. h. zwischen den nichtdehnbaren Lamellen 58, der Endplatte 50, und des Flansches 22) wird durch Abbiegen oder Scherwirkung des elastomeren Werkstoffs 56 aufgenommen.

Das flexible Element 48 ist gleichartig wie das flexible Element 46 aufgebaut. Das Element 48 enthält zwei relativ massive, ringförmige starre Endglieder 60 und 62, die beide vorzugsweise aus Metall gebildet sind. Die voneinander mit Abstand angeordneten Endplatten 60 und 62 besitzen gegenüberliegende sphärisch geformte Oberflächen, die durch Kreisbögen mit gemeinsamem Ursprung gebildet sind. Der gemeinsame Ursprung der Kreisbögen, der die gekrümmten Oberflächen der Endglieder 60 und 62 bildet, fällt mit dem Ursprung 54 derjenigen Kreisbögen zusammen, welche die sphärischen Oberflächen des Flansches 22 , der Endplatte 50 und der Zwischenteile 58 des flexiblen Elements 46 bilden. Zwischen den gegenüberliegenden sphärischen Oberflächen der Endplatten 60 und 62 ist ein ringförmiger elastomerer Körper 64 eingesetzt, der mit diesen Oberflächen verbunden bzw. vulkanisiert ist. Wie beim elastomeren Körper 56 des flexiblen Elements 46 ist im elastomeren Körper 64 eine Vielzahl voneinander mit Abstand angeordneter Zwischenteile 66 eingebettet, die aus einem Material hergestellt sind, das im Vergleich zum elastomeren Werkstoff im wesentlichen undehnbar ist. Die Zwischenteile 66 sind von ihrer Form her ringförmig und besitzen, bei einer Betrachtung im Radialschnitt, kreisförmige Oberflächen. Die kreisförmigen oder sphärischen Oberflächen werden durch Kreisbögen erzeugt, deren Ursprünge mit den Ursprüngen der Kreisbogen zusammenfallen, welche die gekrümmten Oberflächen der Endplatten 60 und 62 bilden. Der elastomere Werkstoff 64 und die Zwischenteile 66 sind aus den gleichen Materialien

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wie der elastomere Werkstoff 56 und die Zwischenteile 58 des flexiblen Elements 46 hergestellt. Jedoch ist das flexible Element 48 weicher oder nachgiebiger in Reaktion auf Druckbelastungen als das flexible Element 46 aufgebaut. Der Unterschied in der Flexibilität oder Steifigkeit kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß ein weicheres oder elastischeres Elastomer verwendet wird oder daß die Zwischenteile 66 im flexiblen Element 48 so angeordnet werden, daß sich im flexiblen Element 46 ein geringerer Formfaktor bzw. -Beiwert ergibt.

Diejenigen Oberflächen der Endplatte 60, die im allgemeinen der gekrümmten, mit dem Elastomer 64 verbundenen Oberfläche entgegengesetzt liegen, stehen mit Paßflächen der Endplatte 50, des ringförmigen Flansches 40 des Rohrelements 38, und des Hauptkörperteils 42 des Rohrelements in Eingriff. Die Endglieder 50 und 60 und das Rohrelement 38 sind so zusammenpassend ausgebildet, daß relative Radialbewegungen zwischen den Endgliedern und dem Rohrelement minimal gehalten wenn nicht gar verhindert sind. Zwei ringförmige O-Ringe 68 und 70 sind in Vertiefungen, die im Endglied 50 gebildet sind, so aufgenommen, daß sie die Zwischenfläche zwischen der Endplatte 50 und derEndplatte 60 abdichten. Auf gleiche Weise werden zwei ringförmige O—^inge 72 und 74 in Ringvertiefungen, ausgebildet im Körperteil 42 des Rohrelements 38, getragen, so daß sie den Zwischenbereich zwischen dem Rohrelement 38 und der Endplatte 60 abdichten. Die Folge dieser Abdichtungen, die zwischen den Endplatten 50 und 60 und zwischen jeder der Endplatten 60 und 50 und dem Körperteil 42 des Rohrelements 38 gebildet sind, ist die, daß der Flansch 40 wirksam gegen Fluidkontakt abgedichtet ist, obwohl er nicht mit irgendeinem anderen Bauteil einen abdichtenden Eingriff bildet.

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Die Endplatte 62 des flexiblen Elements 48 bildet mit dem Flansch 24 des Gehäuses 18 einen Eingriff und wird von diesem Flansch abgestützt. Zwei ringförmige O-Ringe 76 und 78, die in Ringvertiefungen aufgenommen sind, welche im Endglied 62 gebildet sind, dichten die Paßflächen des Flansches 24 und der Endplatte 62 ab. Ein Flanschbereich 80 des Endteils 62 erstreckt sich längs zum Gehäuse 18 und findet in einer entsprechend ausgebildeten ringförmigen Vertiefung, welche benachbart des Innenumfangs des Flansches 24 gebildet ist, einen Paßsitz. Der Eingriff zwischen dem Flansch 80 und der Aussparung im Flansch 24 bewirkt, daß das Endglied 62 wirksam daran gehindert wird, sich sowohl radial gegenüber dem Gehäuse 18 als auch längs der Achse 18 in Richtung der Leitung 14 zu verschieben. Eine dünne elastomere Haut bedeckt die radial innerste Fläche des Endgliedes 62 und bildet damit eine korrosionsfeste Verschleißfläche.

Beim Zusammenbau der verschiedenen Bauteile des Gelenkaufbaus 10, so wie er in der Zeichnung wiedergegeben ist, ist innerhalb des Gehäuses 18 zwischen dem Rohrelement 38 und der Öffnung im Gehäuse, die vom Flansch 24 und der rohrförmigen Erweiterung 36 gebildet ist, ein fluid dichter Durchgang ge>schaffen. Der Durchgang wird durch eine ringförmige Seitenfläche 64 des flexiblen Elements 48 begrenzt. Ebenfalls innerhalb des Gehäuses 18 ist ein fluiddichter Ringraum 82 ausgebildet, der den fluiddichten Durchgang umgibt, jedoch von diesem getrennt ist. Der Raum 8.2 wird durch die Innenfläche des Teilkörpers 20 des Gehäuses 18, durch die Innenfläche des Gehäuseflansches 24, durch die Seitenfläche 86 des flexiblen Elements 48, welche entgegengesetzt zur Oberfläche 84 liegt, und durch eine Seitenfläche 88 des flexiblen Elements 46 definiert. Der Raum 82 wird mit einer im wesentlichen inkompressiblen Flüssigkeit 90, wie es beispielsweise Wasser, Mineralöl oder eine Mischung aus Wasser und Äthylen-Glykol gefüllt. Die inkompressible

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Flüssigkeit kann in den Hohlraum 82 durch eine Bohrung 92 eingebracht werden, welche im Teilkörper 20 des Gehäuses 18 ausgebildet ist. Die Bohrung 92 wird durch einen Schraubverschluß 94 und einen O-Ring 96 abgedichtet.

Beim zusammengebauten Gelenk kann das freiliegende Ende des Rohrelements 38 mit dem benachbarten Ende des LeitungsStücks 12 verbunden und damit abgedichtet werden. Gleichermaßen kann das freie Ende der rohrförmigen Erweiterung 36 des Flansches 24 und des Gehäuses 18 mit dem benachbarten Ende des Leitungsstücks 14 befestigt und abgedichtet v/erden. Unter Druck stehendes Fluid, wie es beispielsweise Öl oder Gas ist, kann von der Leitung 12 zur leitung 14 oder umgekehrt strömen.In einer Öl- oder Gasquelle oder beL einer Quellen-Bohranlage für ein Bohrloch werden die Leitungsstücke 12 und 14 normalerweise über ihre ganze Länge unter Zug gehalten. Die Zugbeanspruchung, die aif den Gelenkaufbau 10 übertragen wird, wird durch Druckbelastung des flexiblen Elements 46 getragen. Da eine Druckbelastung auf das flexible Element 46 zu einer Verformung des elastomeren Körpers 56 in diesem Element führen wird, zeigen sowohl die Endplatte 50 des Elements 46 als auch der Flansch 40 des Rohrelements 38 die Tendenz, sich weg von der Endplatte 60 des flexiblen Elements 48 zu bewegen. Um zu verhindern, daß eine derartige Relativbewegung die Abdichtungen bei den Zwischenbereichen zwischen der Endplatte 50 und der Endplatte 60 und zwischen der Endplatte 60 unddem Rohrelement 38 unterbricht, werden die flexiblen Elemente 46 und 48 beim Zusammenbau des Gelenks 10 zwischen den Gehäuseflanschen 22 und 24 vorverformtund damit vorbelastet bzw. vorgespannt. Die Vorverformung oder Vorbelastung beim Zusammenbau verformt aufgrund der Differenz in den Drucksteifigkeiten der zwei Elemente bevorzugt das flexible Element 48 gegenüber dem flexiblen Element 46. Wenn eine Zugbelastung an die durch den Gelenkaufbau 10 verbundenen Leitungen 12 und 14

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angelegt und als Druckbelastung auf das flexible Element 46 übertragen wird, reicht auf diese Weise die sich ergebende Verformung des flexiblen Elements 46 nicht dafür aus, die Druckbelastung auf das flexible Element 48 vollständig aufzuheben. Die O-Ringabdichtungen 70, 74 und 76 beispielsweise bleiben druckbelastet und dienen damit zur Abdichtung der Zwischenbereiche zwischen den Endgliedern 50 und 60 und zwischen der Endplatte 60 und dem rohrförmigen Element 38. Die Vorbelastung des Aufbaus bewirkt weiterhin einen begrenzten Reibungseingriff zwischen benachbarten Metallflächen, womit Rclativdrehungen zwischen benachbarten Metallteilen verhindert v/erden können.

Die sphärischen Oberflächen der nichtelastomeren Komponenten der flexiblen Elemente 46 und 48 erleichtern vom Fluchten abweichende V/inkelstellungen zwischen den Leitungsstücken 12 und 14 auf jeder Seite des Gelenkaufbaus 10. Relative Winkelorientierungen der Leitungsstücke 12 und 14 werden durch relative Drehbewegungen zwischen den nichtelastomeren Komponenten jedes flexiblen Elements 46 oder 48 und durch Scherung des elastomeren Körpers 56 und 64 in den flexiblen Elementen aufgenommen. Die Relativdrehung der nichtelastomeren Komponenten erfolgt um das gemeinsame Zentrum 54. Trotz Verformung halten die flexiblen Elemente 46 und 48 gegenüber das durch den Gelenkaufbau 10 strömende Fluid fluiddichte Abdichtungen aufrecht. Da zwischen dem Druck, der vom Fluid ausgeübt wird, welches durch die Leitungen 12 und 14 und durch den Gelenkaufbau 10 strömt, und zwischen demjenigen Druck, der vom Fluid, in das die Leitungen und der Gelenkaufbau eingetaucht sind, fast unveränderlich eine Differenz besteht, zeigen die flexiblen Elemente 46 und 48 die Tendenz, als Reaktion auf den Druckunterschied sich zu verformen. Unter der Annahme, daß das Fluid innerhalb der Leitungen 12 und 14 und des Gelenkaufbaus 10 unter höherem Druck als dem äußeren Umgebungsdruck steht, wirkt folglich der Druck, der auf die innere Seitenfläche

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84 des flexiblen Elements 48 ausgeübt wird, auf das Elastomer 60 des flexiblen Elements so ein, daß es sicli zur entgegengesetzten Seitenfläche 86 des Elements verformt oder ausbaucht. Das radial nach außen folgende Ausbauchen oder Verformen des elastomeren Bereichs der Seitenfläche 86 übt seinerseits Druck auf die Flüssigkeit 90 innerhalb des Ringraums 82 aus. Da die Flüssigkeit 90 im Raum 82 im wesentlichen inkompressibel ist, wird der vom elastomeren Bereich der radial äußeren Seitenfläche 86 des flexiblen Elements 48 ausgeübte Druck praktisch ohne Verminderung auf die Seitenfläche 88 des flexiblen Elements 46 übertragen, die zum Inneren des Ringraums zeigt. Der Druck auf die Seitenfläche 88 erfährt durch das flexible Element 46 einen Widerstand, was gegebenenfalls zu einer Verformung des elastomeren Bereichs der entgegengesetzten Seitenfläche 98 des flexiblen Elements 46 führen oder nicht führen kann.

Die elastomeren Körper 56 und 64 des flexiblen Elements 46 bzw. 48 zeigen aufgrund ihres Bindeeingriffs mit ihren zugeordneten Endgliedern gegenüber den auf sie ausgeübten Drücken Widerstand. Folglich übertragen die Körper 56 und 64 keinen Druck oder keine Belastung von einer Seitenfläche eines flexiblen Elements zur anderen Seitenfläche ohne daß eine gewisse Abschwächung erfolgt. Der Einbau der nichtdehnbaren Zwischenteile 58 und 66 in die elastomeren Körper 56 bzw. 64 verringert in hohem Maße die Neigung des elastomeren Werkstoffes, sich in Reaktion auf Drücke oder Beanspruchungen auszubauchen oder zu verformen. Somit erfährt eine Belastung oder ein Druck, der auf eine Seitenfläche eines flexiblen Elements ausgeübt wird, durch den schichtweise aufgebauten elastomeren Körper im Element starken Widerstand; der Druck, der bei der anderen Seitenfläche des flexiblen Elements sich beobachten läßt und durch diese Seitenfläche auferlegt ist, ist beträchtlich kleiner als der anfängliche Druck. Somit ist bei dem im vorhergehenden Absatz angeführten

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Beispiel der Druck, der auf die Flüssigkeit 90 im Hohlraum 82 durch das flexible Element 48 ausgeübt wird, kleiner als der Druck, der auf das flexible Element 46 durch das Fluid im Gelenkaufbau 10 ausgeübt wird. Durch das flexible Element 46 muß nur dem reduzierten Druck, der auf und durch die inkompressiblQFlüssigkeit 90 ausgeübt wird, Widerstand geleistet werden. Durch jedes der zwei flexiblen Elemente 46 und 48 wird dem Druckunterschied zwischen dem Druck des Fluids innerhalb des Gelenkaufbaus 10 und dem äußeren Umgebungsdruck auf den Gelenkaufbau deshalb teilweise Widerstand geleistet. Die Druckhöhe, die jedem der flexiblen Elemente 46 und 48 auferlegt ist, wird durch Faktoren beeinflußt, unter denen sich beispielsweise die relativen Werte der Oberflächen der Elemente die dem Druck der verschiedenen Flüssigkeiten ausgesetzt sind, und die relativen Steifigkeiten oder Federeigensehaften der elastomeren Materialien, die in den flexiblen Elementen verwendet werden, befinden. Der Anteil des Gesamtdruckunterschieds, dem durch jedes flexible Element 46 oder 48 Widerstand geleistet wird, kann auch dadurch geregelt werden, daß die Flüssigkeit 90 in dem Hohlraum 82 mit einer gewissen Druckhöhe beaufschlagt wird, die größer als normaler atmosphärischer Druck ist. Da die zwei flexiblen Elemente 46 und 48 in Serie wirken, um dem Druckunterschied, der zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gelenkaufbau s 10 vorhanden ist, Widerstand zu leisten, vermögen die Elemente auch eine doppelte oder redundante Abdichteinrichtung gegen Leckverluste zu bilden. Falls das innere flexible Element 48, das als primäre Abdichtung wirkt, ausfallen sollte, könnte das flexible Element 46 als Zusatzabdichtung oder Ausfallschutzabdichtung wirken, um ein Ausfließen von Fluid im Gelenkaufbau 10 zu verhindern. Ein derartiges Merkmal ist besonders dort wichtig, wo das Fluid im Gelenkaufbau 10 Öl oder ein anderes möglicherweise verschmutzendes oder verseuchendes Fluid ist. Um den Einsatz des flexiblen Elements als Hilfsabdichtung leichter

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möglich zu machen, ist das äußere flexible Element 4-6 so gebaut, daß es der Gesamtdruckdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gelenkaufbaus 10 widerstehen kann.

Um die Verwendbarkeit des Gelenkaufbaus 10 als ausfallsichere oder redundante Abdichtvorrichtung zu verbessern, ist innerhalb des Gehäuses 18 zur Erfassung des Drucks der Flüssigkeit 90 im Ringraum 82 ein Druckwandler 100 angeordnet. Eine geeignete Stelle für den Wandler 10 liegt am Ende der Bohrung 92, die zum Füllen des Hohlraums 82 mit Flüssigkeit 90 verwendet wird. Durch eine (nicht wiedergegebene) kleine Bohrung, die im Schraubverschluß 94 ausgebildet ist, erstrecken sich elektrische Leiter 102 zu einem entfernt liegenden Sicht- oder Auf zeichnungsgerät^elches das Überwachen des Drucks im Hohlraum 82 erleichtert. Die Druckmeßwerte, die durch den Wandler 110 übertragen v/erden, ermöglichen eine Anzeige eines Ausfalls von einem oder von beiden der flexiblen Elemente 46 und 48 aufgrund einer Druckänderung innerhalb des Ringraums 82. Dann können sofort korrigierende Handlungen vorgenommen werden, um die Auswirkungen beispielsweise von ausströmendem Öl, falls beide flexible Elemente 46 und 48 versagen, minimal zu halten. Falls nur eines der flexiblen Elemente 4-6 oder 48 ausfällt, können weniger dringliche Tätigkeiten vorgenommen werden, um den Gelenkaufbau 10 zu ersetzen.

Eine Vielzahl struktureller Änderungen sind in der wiedergegebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform möglich, ohne daß sich Auswirkungen auf die Funktionsweise des Gelenkaufbaus 10 ergeben. Beispielsweise kann die primäre Abdichtung oder das innerste flexible Element 48 einen elastomeren Körper 64 ohne irgendwelche nichtdehnbare Lamellen oder Zwischenteile 66 enthalten. Ein derartiger Aufbau ist deswegen möglich, da das flexible Element 48 im Gegensatz zum flexiblen Element 46 normalerweise keinen wesentlichen Druckbeanspruchun-

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gen ausgesetzt ist. Auch würde es, obwohl in gewisser Weise schwierig, möglich sein, alle oder einige der folgenden individuellen Bauteile als miteinander verbundene Einheit aus einem Stück herzustellen: den Körperteil des Rohrelements 38; den Flansch 4-0, die Endplatte 50; und die Endplatte 60. Der Flansch 22 des Gehäuses 18 könnte am Teilkörper 20 des Gehäuses durch andere Einrichtungen als die Schraubbolzen, beispielsweise durch ineinandergreifende Gewinde auf dem Flansch und dem Teilkörper befestigt sein. Der Flansch 24-könnte ein Bauteil sein, das vom Teilkörper 20 des Gehäuses 18 separat ausgebildet ist. Der Flansch 4-0 könnte mit dem Körperteil 4-2 des Rohrelements 38 als ein Stück gebildet sein und die Endglieder 50 und 60 vollständig trennen. Auch wäre es möglich, die rohrförmige Erweiterung 36 wegzulassen und die Leitung 14- direkt an dem Flansch 24- zu befestigen. Das flexible Element 4-6 könnte zwei deutlich ausgeprägte Endglieder enthalten, statt daß der Flansch 22 des Gehäuses 18 als ein Endglied verwendet wird. Weiterhin müssen nicht alle gekrümmten Oberflächen der Bauteile der fsxiblen Elemente 4-6 und 4-8, wie beispielsweise der Zwischenteile 58 und 66, konzentrisch um einen gemeinsamen Ursprung wie den Punkt 54-angeordnet sein, was bereits früher schon angedeutet wurde. Auch könnten die Zwischenteile sich verjüngend ausgebildet sein, statt daß sie, in radialer Richtung vom Punkt 54- aus gemessen, konstante Dicke besitzen. Andere Konstruktionsmöglichkeiten flexibler Elemente 4-6 und 4-8 sind in der DE-Pa 26 4-5 515.2 beschrieben und erläutert.

Somit vri.rd erfindungsgemäß ein flexibler Gelenkaufbau zur Verbindung von zwei Leitungen geschaffen, welche unter Druck stehendes Fluid befördern; der erfindungsgemäße Gelenkaufbau enthält ein ringartiges Gehäuse und ein Rohrelement kleineren Durchmessers als das Gehäuse. An jedem Ende besitzt das Gehäuse sowohl eine Öffnung als auch zwei vonein-

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ander mit Abstand angeordnete ringförmige Flansche, die sich radial gegenüber dem Gehäuse einwärts erstrecken. Das Rohrelement besitzt benachbart einem 3nde einen Plansch, der sich radial nach außen erstreckt und zwischen den zwei Flanschen des Gehäuses angeordnet ist. Das andere Ende des Rohrelements steht von einer Öffnung an einem Ende des Gehäuses zur Befestigung an eine Fluidleitung vor. Zwischen jedem Gehäuseflansch und dem Flansch des Rohrelements ist ein ringförmiges flexibles Element angeordnet, das wenigstens einen elastomeren Körper enthält. Eine Seite von einem der flexiblen Elemente ist dem unter Druck stehenden Fluid ausgesetzt, das durch die Leitungen und die Gelenkverbindung strömt, während eine Seite des anderen flexiblen Elements beim Außenbereich des Gelenks freiliegt. Zwischen den anderen Seiten der zwei flexiblen Elemente und innerhalb des Gehäuses ist ein Ringraum vorhanden, der vom Strömungsweg des Fluids durch das Gelenk getrennt ist. Der Hohlraum ist fluiddicht ausgebildet und mit einer gewissen Menge im wesentlichen inkompressibler Flüssigkeit gefüllt. Die Flüssigkeit im Hohlraum dient zur Übertragung von Druck zwischen den zwei flexiblen Elementen; auf diese Weise bewirken die Elemente in Reihe eine Aufteilung der Belastungen, die sich aus dem Druckunterschied zwischen dem äußeren Umgebungsdruck auf das Gelenk und dem Druck auf das Fluid im Gelenk ergeben. Der gesamte Aufbau des Gelenks verringert somit den Druck auf jedes flexible Element und vermag zur Aufnahme von unter Druck stehendem Fluid innerhalb des Gelenks sowohl eine primäre Abdichteinrichtung als auch eine Hilfsabdichteinrichtung zu bieten.

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Claims (10)

1. Patentansprüche

   Gelenkaufbau zur Verbindung zweier Leitungen, die unter Druck stehendes Fluid aufnehmen, wobei der Druck sich vom äußeren Umgebungsdruck auf die Leitungen unterscheidet, mit einem hohlen ringförmigen Gehäuse, das an jedem Ende eine Öffnung besitzt und erste und zweite ringförmige Flansche enthält, die sich gegenüber einem maximalen Innendurchmesser des Gehäuses radial nach innen erstrecken und längs einer longitudinalen Achse des Gehäuses so voneinander mit Abstand angeordnet sind, daß der erste Flansch näher zu einem Ende des Gehäuses als zum anderen liegt, mit einem Rohrelement, dessen äußerer Durchmesser kleiner als der maximale Innendurchmesser des Gehäuses ist, und das benachbart einem Ende einen Flansch aufweist, der sich radial nach außen vom Rohrelement erstreckt und zwischen den zwei Flanschen des Gehäuses angeordnet ist, während das andere Ende des Rohrelements zur Befestigung an eine Fluidleitung von der an dem einen

   DR. C. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD 8 MOlvlCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I TEL. tO89) 22 42 II. TELEX 05-29672 PATMF

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   DIPL.-ING. W. GRAMKOW 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT) SEELBERC.STR. 23/25. TEL. <07I DS6 72 61

   ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN MÜNCHEN. KONTO-NUMMER 7270 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77062-805

   ORIGINAL INSPECTED

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   Ende des Gehäuses gelegenen öffnung vorsteht, und mit Einrichtungen, die zwei ringförmige flexible Elemente bestimmen, von denen jedes wenigstens einen elastomeren Körper besitzt und ein Paar ringförmiger freiliegender Seitenflächen aufweist, wobei ein erstes flexibles Element das Rohrelement umgibt und zwischen dem ersten Flansch des Gehäuses und dem Flansch des Rohrelements angeordnet ist, während das zweite flexible Element zwischen dem zweiten Flansch des Gehäuses und dem Flansch des Rohrelements angeordnet ist und damit wenigstens einen Teil eines fluiddichten Durchgangs bestimmt, der das Rohrelement mit der öffnung am anderen Ende des Gehäuses verbindet und eine Fluidströmung zwischen dem Rohrelement und dieser Endöffnung des Gehäuses ermöglicht, wobei wenigstens das Gehäuse und die flexiblen Elemente so angeordnet sind, daß innerhalb des Gehäuses ein Ringraum bestimmt ist, der vom fluiddichten Durchgang getrennt ist, wobei eine Seitenfläche des ersten flexiblen Elements dem äußeren Umgebungsdruck ausgesetzt ist und die andere Seitenfläche des ersten flexiblen Elements zum Ringraum gerichtet ist, während die eine Seitenfläche des zweiten flexiblen Elements zum fluiddichten Durchgang gerichtet ist und die andere Seitenfläche des zweiten flexiblen Elements zum Ringraum gerichtet ist, dadurch g e kennz eichnet, daß der Ringraum fluiddicht ausgebildet ist und von einer gewissen Menge im wesentlichen inkompressibler Flüssigkeit gefüllt ist, die zur Übertragung von Druck zwischen den anderen Seiten der flexiblen Elemente dient, so daß die flexiblen Elemente der Reihe nach eine Aufteilung der Belastungen bewirken, die sich aus der Druckdifferenz zwischen dem äußeren Umgebungsdruck und dem Druck auf die Flüssigkeit in den Leitungen und im fluiddichten Durchgang ergeben.

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2. 2. Gelenkaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eines der flexiblen Elemente ein Paar mit Abstand angeordneter starrer Ringe besitzt, zwischen denen der elastomere Körper des flexiblen Elements angeordnet ist und mit gegenüberliegenden Oberflächen der Ringe einen abdichtenden Eingriff bildet, so daß zwischen den Ringen ringförmige freiliegende Oberflächen des elastomeren Körpers, welche den freiliegenden Seitenflächen des flexiblen Elements entsprechen, bestimmt sind.
3. 3. Gelenkaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein starrer Ring von wenigstens einem flexiblen Element mit dem Rohrelement einen abdichtenden Eingriff bildet, und daß der andere steife Ring von wenigstens/einen flexiblen Element mit dem ersten und dem zweiten Flansch des Gehäuses einen abdichtenden Eingriff bildet.
4. 4-, Gelenkaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der elastomere Körper in wenigstens einem flexiblen Element mit jedem der starren Ringe des Elements verbunden bzw. vulkanisiert ist.
5. 5· Gelenkaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ged.es flexible Element eine Vielzahl von mit Abstand angeordneten ringförmigen Zwischenteilen aus im wesentlichen nichtdehnbarem Material aufweist, die im elastomeren Körper des Elements eingebettet und mit dem elastomeren Körper verbunden sind.
6. 6. Gelenkaufbau nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet , daß jedes Zwischenteil und jeder elastomere Körper ein im allgemeinen sphärisch geformter Ring ist.

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7. 7. Gelenkaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit im Ringraum unter Vordruck steht, damit ein höherer Druck als normaler atmosphärischer Druck erreicht wird, wenn sowohl der äußere Umgebungsdruck als auch der Druck in dem fluiddichten Durchgang gleich normalem atmosphärischem Druck sind.
8. 8. Gelenkaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite flexible Element gegenüber Druckbelastungen weniger Widerstand entgegensetzt und von derartigen Druckbelastungen, die vom Flansch des Rohrelements und dem zweiten Flansch des Gehäuses auferlegt werden, leichter zusammenpreßbar ist als das erste flexible Element gegenüber Druckbelastungen gleicher Größe, die durch den Flansch des Rohrelements und den ersten Flansch des Gehäuses auferlegt sind.
9. 9. Gelenkaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß im Gehäuse ein abdichtbarer Kanal gebildet ist, der sich von einer Außenfläche des Gehäuses zum Ringraum, der innerhalb des Hohlraums bestimmt ist, verläuft.
10. 10. Gelenkaufbau nach Anspruch 1, dadurch g ek e η η zeichnet , daß der zweite Flansch des Gehäuses mit einem ringförmigen Hauptkörperteil des Gehäuses in einem Stück gebildet ist.

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