DE3322405A1

DE3322405A1 - Druckdichte verbindung zwischen den enden zweier leitungsrohre

Info

Publication number: DE3322405A1
Application number: DE19833322405
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Phys. Dr.-Ing. Oxford Obert; Klaus Dipl.-Ing. 3000 Hannover Schippl
Original assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1983-06-22
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1985-01-03
Also published as: JPH0378519B2; DE3322405C2; JPS6014694A

Description

Druckdichte Verbindung zwischen den Enden zweier Leitungsrohre
Die Erfindung betrifft eine druckdichte Verbindung zwischen den Enden zweier Leitungsrohre nach Art einer Male-female-Verbindung, bestehend aus mindestens zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohren, bei denen der Ringraum zwischen den Rohren bzw. bei mehr als zwei konzentrischen Rohren mindestens einer der Ringräume vakuumisoliert ist.
Der Anschluß von vakuumisolierten Leitungen für flüssiges Helium an Apparaturen verschiedenster Art bzw. auch zur Verbindung der vakuumisolierten Leitungen untereinander erfolgt bisher mit Hilfe von Schraub-oder Klemmkupplungen. Für Anwendungen, wie verschiebbare supraleitende Magnete, verschiebbare supraleitende Generatoren bzw. nicht ortsfeste Kryostate, bildet eine tiefkalte feste Verbindung stets ein Hemmnis bezüglich der Handhabung.
Man hat sich bisher damit geholfen, daß man die Verbindung durch eine in Schlaufen gelegte flexible Leitung herstellte. Bei einer Drehung des Kryostaten bzw. des Generators wurde das Maß der Drehung von den Schlaufen aufgenommen, d. h. die Drehung wurde in eine Biegung der Leitung umgewandelt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung zwischen zwei Leitungsrohren nach Art einer Male-female-Verbindung anzugeben, die drehbar ist und bei der dennoch die Leckverluste auf ein Minimum reduziert sind.
Diese Aufgabe wird bei einer druckdichten Verbindung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Außenrohrenden unter Zwischenlegung einer O-Ring-Dichtung lösbar miteinander verklammert sind und durch die Verklammerung die Innenrohrenden fest gegeneinander gepreßt sind, wobei die Abdichtung der Innenrohre durch an den Innenrohrenden angebrachte ringförmige Keramikscheiben erzielt -ist. Durch die O-Ring-Dichtung wird einmal eine Abdichtung des äußeren Ringraumes gegenüber der Atmosphäre gewährleistet, wobei jedoch eine Drehbarkeit aufrechterhalten bleibt. Die an den Innenrohrenden vorgesehenen Keramikscheiben dichten aufgrund ihrer Anpressung gegeneinander den Innenraum des Innenrohres nach auen hin ab, wobei sie eine Drehung zulassen.
Mit besonderem Vorteil sitzen die Keramikscheiben auf den Innenrohrenden auf, ragen über das Innenrohrende heraus und sind in einer Kammerung gehalten. Diese konstruktive Ausgestaltung zeichnet sich durch eine besondere Einfachheit bei voller Wirksamkeit aus. Zweckmäßigerweise sind die Keramikringe in der Kammerung durch Klebstoff gehalten. Dies wirkt sich vorteilhaft bei der Zusammenfigung der Verbinduny aus, d. h. die Keramikringe können nicht aus der Kammerung herausfallen. Daruber hinaus bewirkt die Verklebung eine Abdichtung in Bereich der Kammerung. L)ie gegeneinander gepreiiten Oberflächen der Keramikringe sind zweckmä[#-'igerweise plangeschliffen, so daß sie groflächig gegeneinanderliegen.
Dadurch wird eine Dichtheit erreicht, die im Bereich kleiner als 1 dr x l/ (gt. Um den Anprel5druck für die Keramikscheiben steuern zu können, ist weiterhin vorgesehen, daiS in unmittelbarer Nähe der Keramikringe zumindest an einem Innenrohr ein den Anpreßdruck erzeugender bzw. regelnder Faltenbalg angeordnet ist. Im Einbauzustand ist der aus Metall bestehende Faltenbalg zusammengepreßt und drückt aufgrund der Federwirkung die Keramikscheiben gegeneinander. Der Anpreßdruck kann durch unterschiedliche Faltenbälge oder zusätzliche Federn variiert werden.
Die 0-Ring-Dichtung ist vorteilhafterweise durch einen Stützring gegen Verschieben gesichert. Auch diese Maljnahme vereinfacht die Montage der druckdichten Verbindung. Eine Fettung der 0-Ring-Dichtung sorgt dafür, da die Drehung in diesem Bereich besonders leichtgängig ist, zusätzich sorgt die Fettung auch noch für eine verbesserte Abdichtung. Die Verklammerung der AuBenrohrenden ist durch einen Spannring erreicht, dessen Vorspannung veränderbar ist. Normalerweise wird man die Vorspannung möglichst hoch wählen, um die Leckverluste im Bereich der Innenrohrenden und der Außenrohrenden möglichst niedrig zu halten. Eine leichte Verringerung der Vorspannung erhöht zwar die Verluste geringfügig, erleichtert aber das Drehen erheblich.
Da die beschriebenen Leitungsrohre üblicherweise nur für den Transport von tiefgekühlten Medien verwendet werden, wird an das Material, welches die Innenrohrenden abdichten soll, eine erhöhte Anforderung gestellt.
Beim Transport von beispielsweise flüssigem Helium herrscht im Innenrohr und somit auch an der Innenrohrwandung eine Temperatur von in etwa 4 0K vor. Normale Dichtungsmaterialien, wie Kunststoffe oder Gummi, zerbrechen bji diesen geringen Temperaturen sehr leicht aufgrund ihrer Sprödigkeit. Keramik hat sich für diesen Zweck als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die Erfindung ist anhand des in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt einen seitlichen Schnitt durch eine Verbindung gemäß der Lehre der Erfindung. Figur 2 zeigt eine vergrölderte Darstellung der Innenrohrverbindung.
Die Erfindung ist am Beispiel einer Rohrleitung beschrieben, die aus vier konzentrisch zueinander angeordneten gewellten Metallrohren besteht, welche beispielsweise zum Transport von Helium dient. Die gewellten Rohre 1, 2, 3 und 4 sind durch nicht dargestellte Abstandshalter in konzentrischer Lage zueinander gehalten. Zur Herstellung einer Verbindung zwischen zwei solchen Rohren bzw. auch zum Anschluß einer solchen Leitung an ein aus vier konzentrischen Rohren bestehendes Rohrleitungssystem werden zunächst die Rohre 4, 3 und 2 gegenüber dem Rohr 1 abgesetzt. Auf die Enden der Rohre 1, 2, 3 und 4 werden Schraubbuchsen 5, 6, 7 und 8 aufgeschraubt und stirnseitig mit den Enden der Rohre 1, 2, 3 und 4 verschweißt. An die Schraubbuchse 5 wird dann ein Rohrstück 9 angeschweißt und die Schraubbuchsen 5 und 6 über ein Rohrstück 10 druckdicht miteinander verbunden. Auf die Schraubbuchse 7 wird ein Rohr 11 geschweißt, an dessen freies Ende ein Abschiußring 12 angeschweißt ist. Auf den Abschlußring 12 wird ein weiteres Rohrstück 13 unter Bildung eines Ringraumes zwischen den Rohren 11 und 13 aufgeschweilit, dessen anderes Ende mit einem Flanschring 14 verschweißt ist.
Der Flanschring i4 ist über ein Rohrstück 15 mit der Schraubbuchse 8 verschweißt. Das eben beschriebene Ende ist das sogenannte Male-Ende einer Vierfachkoaxialleitung, bei welcher der Raum zwischen den Rohren 1 und 2 und 3 und 4 vakuumisoliert ist, wogegen der Raum zwischen den Rohren 2 und 3 von Kaltgas durchströmt ist. Auf das sogenannte Female-Ende werden nach entsprechenden Vorarbeiten die Schraubbuchsen 5 a, 6 a, 7 a und 8 a aufgeschraubt und in gleicher Weise mit den Rohren 1, 2, 3 und 4 verschweißt. Die Anbringung der Teile 9 a, 10 a und 15 a geschieht in der vorbeschriebenen Weise. Im Unterschied zum Male-Ende wird jedoch nur ein Rohr 16 auf die Schraubbuchse 7 a aufgeschweißt und mit dem Flanschteil 14 a verschweißt. Wesentlich ist, daß der Innendurchmesser des Rohres 16 nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Rohres 13, so dalj das Male-Ende in das Female-Ende leicht einschiebbar ist, ohne daß es zu größeren Kälteverlusten in diesem Bereich kommt. Die Festlegung der beiden Enden gegeneinander erfolgt durch einen sogenannten Spannring 17, welcher die Flanschteile 14 und 14 a umfaßt.
Um eine solche Verbindung drehbar zu machen, wie es beispielsweise wünschenswert ist für verschiebbare supraleitende Magnete, für supraleitende Generatoren bzw. nicht ortsfeste Kryostate, ist vorgesehen, zwischen den Flanschteilen 14 und 14 a eine 0-Ring-Dichtung 18 vorzusehen, die zur Erhöhung der Drehbarkeit und der Abdichtung gefettet ist.
Ein Stützring 19 soll eine Verschiebung des 0-Ringes 18 verhindern.
Die Verbindung der Innenrohre 1 miteinander wird dadurch erreicht, dalf am Ende der Rohrstücke 9 und 9 a Kammerungen 20 und 21 vorgesehen sind, in denen Keramikringe 22 und 23 angeordnet sind, die über das Ende der Rohrstücke 9 und 9 a hinausragen. Der erforderliche Anpreßdruck, um die Abdichtung in diesem Bereich zu gewährleisten, wird durch den Spannring 17 aufgebracht. Ein in das Rohrstück 9 eingeschweißter Faltenbalg 24 sorgt für den notwendigen Anpreßdruck der Keramikscheiben 22 und 23. Die Keramikscheiben 22 und 23 sind in den Kammerungen 20 und 21 verklebt, um einmal ein Herausfallen beim Zusammenfügen der beiden Enden zu verhindern, andererseits jedoch die Dichtigkeit an dieser Stelle zu gewährleisten. Eine besonders hohe Abdichtwirkung erreicht man, wenn die einander berührenden Stirnflächen der Keramikscheiben 22 und 23 plange- schliffen sind, wodurch darüber hinaus noch die Drehbarkeit in diesem Bereich erhöht wird. Da im Innern der Rohre 1 eine Temperatur von in etwa 4 0K vorherrscht und somit auch die Keramikscheiben 22 und 23 eine annähernd gleiche Temperatur annehmen, ist ein besonderer Werkstoff für die Abdichtung in diesem Bereich erforderlich. Keramik hat sich als Abdichtwerkstoff für derartig niedrige Temperaturen als ausgezeichnet erwiesen. Die Dichtheit der plan aufeinandergedrückten Keramikscheiben 22 und 23 liegt im Bereich kleiner als 10-1 mbar x ljs. Will man die Drehbarkeit im Bereich der Flanschteile 14 und 14 a erhöhen, so kann man den Spannring zweckmäßigerweise so ausbilden, daß eine Lockerung zwischen den Flanschteilen 14 und 14 a möglich ist, ohne daß die Leckverluste in diesem Bereich unzulässig ansteigen.
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Claims

Patentansprüche 4.; Druckdichte Verbindung zwischen den Enden zweier Leitungsrohre nach Art einer Male-female-Verbindung, bestehend aus mindestens zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohren, bei denen der Ringraum zwischen den Rohren bzw. bei mehr als zwei konzentrischen Rohren mindestens einer der Ringräume vakuumisoliert ist, dadurch gekennzeichnet, da die Außenrohrenden unter Zwischenlegung einer O-Ring-Dichtung (18) lösbar miteinander verklammert sind und durch die Verklammerung die Innenrohrenden fest gegeneinander gepreßt sind, wobei die Abdichtung der Innenrohre durch an den Innenrohrenden angebrachte ringförmige Keramikscheiben (22, 23) erzielt ist.
2. Druckdichte Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikscheiben (22, 23) auf den Innenrohrenden aufsitzen, über das Innenrohrende herausragen und in einer Kammerung (20, 21) gehalten sind.
3. Druckdichte Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikringe (22, 23) in der Kammerung (20, 21) durch Klebstoff gehalten sind.
4. Druckdichte Verbindung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinander gepreßten Oberflächen der Keramikringe (22, 23) plangeschliffen sind.
5. Druckdichte Verbindung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dalS in unmittelbarer Nähe der Keramikringe (22, 23) zumindest an einem Innenrohr ein den Anpreßdruck erzeugender Faltenbalg (24) angeordnet ist.
6. Druckdichte Verbindung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die 0-Ring-Dichtung (18) durch einen Stützring (19) gegen Verschieben gesichert ist.
7. Druckdichte Verbindung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die 0-Ring-Dichtung (18) gefettet ist.
8. Druckdichte Verbindung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verklammerung der Außenrohrenden durch einen Spannring (17) erreicht ist, dessen Vorspannung veränderbar ist.