DE2818904C2 - Gelenk zur fluiddichten Verbindung zweier Fluidleitungen - Google Patents

Description

gen des elastischen Ringes auf, da das /.weile RohrslOck elastisch gegen das erste Rührstück abgesllil/.i Lsi. Derartige abwechselnde Zug- und DruckbcluKUingcn führen /u einem abwechselnden Stauchen und Sirecken des elastischen Ringes, das zu schnellen Krmüdungsersehci tv-ngen führt und so die Lebensdauer weiter verkürzt.

Ein weiteres aus dp· US-PS 33 90 890 bekanntes Gelenk für Fluidleitungen weist ein erstes Rohr auf, das sich über einen ersten Flansch zu einem Gehäuse erweitert, an dessen Ende ein radial nach innen ragender zweiter Flansch befestigt ist. Durch die öffnung des zweiten Flansches ragt ein zweites mit einem sich radial nach außen verdickenden kugeligen Ende versehenes Rohr in das Gehäuse. Zwischen einer sphärischen Fläche des zweiten Flansches und einer gegenüberliegenden entsprechenden Fläche am zweiten Rohr ist ein elastischer Ring mit entsprechenden komplementären Flächen befestigt, während sich die sphärische Endfläche des kugeligen Endes des zweiten Rohres über einen weiteren fluiddicht zwischen dem ersten und dem zweiten Rohr angeordneten elastischen Ring gegen den ersten Flansch abstützt. Hierbei müssen der erste und der zweite elastische Ring jeweils die gesamte Schwenkbewegung aufnehmen und werden bei axialer Belastung des Gelenks abwechselnd gestaucht und gestreckt, was zu lebensdauerverkürzenden Ermüdungserscheinungen fuhrt.

_t Ferner ist aus der DE-OS 26 45 515 ein galtungsfrem-^J{ des Gelenk zur Verbindung zweier Fluidleitungen bekannt, bei dem die zu verbindenden Stirnflächen der beiden Rohrstücke axial einander gegenüberliegen und durch zwei elastische Ringe zwischen denen ein starrer Ringkörper angeordnet ist, miteinander verbunden sind. Hierbei bilden sowohl der starre Ringkörper als auch die elastischen Ringe unmittelbar die Begrenzung des Fluidkanals zwischen den beiden Rohrstücken. Um die beiden Rohrstücke in axialer Richtung miteinander zu verspannen, ist ein Gehäuse vorgesehen, das die axiale Spannkraft über weitere elastische Ringe auf die Rohrstücke überträgt Das Gehäuse bildet selbst keinen Bestandteil eines der beiden Rohrstücke, sondern dient lediglich als axiales Spannelement.

Nachteilig an der bekannten gattungsfremden Anordnung ist die Tatsache, daß insgesamt vier unter hoher Vorspannung stehende elastische Ringe vorgesehen werden müssen, um zu einem fluiddichten Gelenk zu kommen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Gelenk zur fluiddichten Verbindung zweier Fluidleitungen zu schaffen, bei dem die die Fluiddichtigkeit bewirkende elastische Verbindung zwischen den zu verbindenden Fluidleitungen möglichst wenig belastet wird, ohne die Gelenkigkeit zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung vcn zwei elastischen Ringen, die sich mit ihren konkaven Stirnflächen gegenüberliegen und durch einen starren Ringkörper verbunden sind, wird die Aufnahme von Schwenkbewegungen gleichmäßig auf beide elastische Ringe verteilt, und die Abstützung der einzelnen Schichten der elastischen Ringe wird verbessert. Ferner wird gegenüber einem elastischen Ring oder zwei konzentrischen elastischen Ringen mit gleichem Schwenkwinkel bei gleicher relativer Scherung mit der erfindungsgemäßen Anordnung der elastischen Ringe ein kompakterer Aufbau des Gelenks erreicht. Die direkte unelastische Abstützung des zweiten Rohrstücks gegen das erste verhindert darüber hinuuh eine axiale Streckung der elastischen Ringe, wodurch das elastomere Material keine lebcnsdtiuerverkfir/.enden Zugkräfte aufnehmen muß.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des crfindungs- •s gemitUcn Gelenks ist die Stirnfläche des dritten Flunsches durch die elastischen Ringe gegen die entsprechende Fläche des er: en Flansches vorgespannt. Hierdurch wird der Variationsbereich der von den elastischen Ringen aufzunehmenden Druckkräfte weiter eingeschränkt, da erst bei die Vorspannung übersteigenden Zugkräften ein weiteres Zusammendrücken der elastischen Ringe erfolgen kann. Dies bewirkt eine weitere Schonung des elastomeren Materials.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der starre Ringkörper aus zwei dichtend aneinander in Eingriff bringbaren Ringabschnitten gebildet. Hierdurch wird es insbesondere ermöglicht, die elastischen Ringe einzeln herzustellen und mit dem entsprechenden Ringabschnitt zu verbinden, wodurch die Herstellung des Gelenks vereinfacht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der F i g. 1,2 .und 4 der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die F i g. 3 und 5 der Zeichnung zeigen demgegenüber ein bekanntes Gelenk. Im einzelnen zeigt in der Zeichnung

Fig. 1 eine teilweise in Längsrichtung aufgeschnittene Ansicht eines Gelenks,

F i g. 2 eine schematische Schnittdarstellung der rechten Hälfte des flexiblen Gelenks nach F i g. 1,
F i g. 3 eine schematische Schnittdarstellung der rechten Seite eines zum Stand der Technik gehörenden flexiblen Gelenks,

Fig.4 eine schematische Schnittdarstellung ähnlich F i g. 2 bei ausgeschwenktem Gelenk und
Fig.5 eine schematische Schnittdarstellung ähnlich F i g. 3 bei ausgeschwenktem Gelenk.

Das flexible Gelenk 10 in F i g. 1 ist an beiden Seiten mit je einem Fluidleitungsabschnitt 12 bzw. 14 (gestrichelt) verbunden. Die Verbindungen mit den Fluidleitungsabschnitten 12, 14 sind mittels irgendeines üblichen Verfahrens fluiddicht ausgeführt. Die Fluidleitungsabschnitte 12,14 und das Gelenk 10 sind zur verlustlosen Leitung eines Fluids, wie z. B. Erdöl, Erdgas, Bohrschlamm oder Wasser ausgebildet. Im Gebrauch sind das Gelenk 10 und die Leitungsabschnitte 12, 14 außen im allgemeinen von Wasser oder eventuell auch von Luft umspült, wobei der Umgebungsdruck im allgemeinen verschieden von dem Druck ist, den das durch die Leitungsabschnitte 12, 14 und das Gelenk 10 hindurchgeleitete Fluid ausübt. Das Gelenk 10 ist so aufgebaut, daß es zwischen den Leitungsabschnitten 12 und 14 eine den Druckunterschieden zwischen dem äußeren Umgebungsdruck und dem Druck des Fluids in den Leiiüngsäuschniiien 12, 14 standhaltende fluiddichte Verbindung schafft. Das Gelenk 10 läßt Schwenkbewegungen der Leitungsabschnitte 12, 14 gegeneinander um quer zur Längsachse 16 des Gelenks 10 liegende Achsen zu.

Das Gelenk 10 besitzt ein erstes Rrhrstück 18, das aus einem undurchdringbaren Material, z. B. Stahl, besteht. Das Rohrstück 18 weist ein allgemein rohrförmiges Gehäuse 20, einen ersten und einen zweiten Flansch 24 bzw. 22 auf, die im allgemeinen vom rohrförmigen Gehäuse 20 nach innen abstehen. Der zweite Flansch 22 ist ringförmig und an einem Ende des Gehäuses 20 angeordnet. Der zweite Flansch 22 ist an seinem radial außen liegenden Umfang durch eine Vielzahl von Schrauben 26 befestigt, die sich durch Bohrungen 28 im Flansch 22

hindurcherstrecken und in entsprechende axiale mit Innengewinde versehene Bohrungen 30 im Gehäuse 20 eingeschraubt sind. Um eine Abdichtung zwischen dem zweiten Flansch 22 und dem Gehäuse 20 zu gewährleisten, umgeben zwei in parallelen Ringnuten aufgenommene O-Ringe 32,34 den sich axial erstreckenden Abschnitt des Flansches 22_f und liegen abdichtend an der benachbarten Fläche des Gehäuses 20 an. Der ringförmige zweite Flansch 22 bildet eine Öffnung an einem Ende des Gehäuses 20, die für einen später erklärten Zweck benutzt wird.

Der erste Flansch 24 des Rohrstücks 18 ist einstückig mit dem Gehäuse 20 ausgebildet, besitzt Ringform und sist mit axialem Abstand zum zweiten Flansch 22 angeordnet. Am Innenumfang des ersten Flansches 24 ist ein kurzer rohrförmiger Fluidanschlußstutzen 36 für den benachbarten Leitungsabschnitt 14 angeordnet, der sich in Axialrichtung des Gehäuses 20 von den beiden Flanschen 24 und 22 wegerstreckt.

Innerhalb des ersten Rohrstücks 18 ist ein Ende eines zweiten Rohrstuhl« 38 aufgenommen, das ebenfalls aus ..einem undurchdriiigbaren Material hergestellt ist. Das Rohrstück 38 steht durch die öffnung des Flansches 22 aus dem Gehäuse 20 vor und steht an seinem vorstehenden Ende in dichtendem Eingriff mit dem benachbarten Leitungsabschnitt 12. Das im Gehäuse 20 befindliche Ende des zweiten Rohrstücks 38 weist einen dritten, ringförmigen Flansch 40 auf, der sich radial nach außen erstreckt. Der dritte Flansch 40, der einstückig mit dem Rohrstück 38 ausgebildet ist, liegt zwischen den Flanschen 22 und 24 des Gehäuses 20. Die dem ersten Flansch 24 zugewandte Fläche 42 des dritten Flansches 40 ist im Radialschnitt von gekrümmter Form und paßt mit der entsprechend ausgebildeten Innenfläche des ersten Flansches 24 zusammen.

Zwischen dem zweiten Flansch 22 des Gehäuses 20 und dem dritten Flansch 40 des Rohrstücks 38 befinden sich zwei elastische Ringe 46,48 und ein aus zwei Ringabschnitten 50, 58 gebildeter starrer Ringkörper, die den Rohrteil 41 des Rohrstücks 38 umgeben. Der zweite Ringflansch 22 und der starre Ringabschnitt 50 besitzen mit Abstand einander gegenüberliegende sphärische Flächen deren gemeinsamer Krümmungsmittelpunkt 52 auf der Längsachse 16 des Gehäuses 20 liegt. Der erste elastische Ring 46 besitzt entsprechende sphärische Stirnflächen 53,55, mit denen er an dem zweiten Ringflansch 22 und dem starren vorzugsweise aus Metall hergestellten Ringabschnitt 50 befestigt ist.

Der erste elastische Ring 46 weist einen elastomeren Körper 54 auf. in den ringförmige, sphärisch ausgebildete steife Schichten 56 eingebettet sind, deren Krümmungsmittelpunkte mit denen der Stirnflächen 53, 55 des elastischen Rings 46 zusammenfallen. Die steifen Schichten 56 sind vorzugsweise aus Stahl hergestellt, während der elastomere Körper 54 vorzugsweise aus einem Nitril-Kautschuk, der eine hohe Beständigkeit gegen Erdölprodukte besitzt, hergestellt ist. Es können jedoch auch andere steife und elastomere Materialien anstelle von Stahl bzw. Nitril-Kautschuk verwendet werden.

Die insgesamt sphärische Form des elastischen Ringes 46 verleiht ihm die Funktion eines Universalgelenks. Eine relative Drehbewegung zwischen dem Flansch 22 und dem steifen Ringabschnitt 50 wird durch Scheren des elastomeren Körpers 54 aufgenommen.

Der zweite elastische Ring 48 ist in gleicher Weise aufgebaut wie der erste elastische Ring 46 und /.wischen dem zweiten Ringabschnitt 58 des starren Ringkörpers und dem dritten Ringflansch 40 angeordnet. Der zweite Ringabschnitt 58 und der dritte Ringflansch 40 besitzen einander mit Abstand gegenüberliegende sphärische Flächen, deren gemeinsamer Krümmungsmittelpunkt 60 auf der Längsachse 16 des Gehäuses 20 liegt. Der zweite elastische Ring 48 besitzt sphärische Endflächen 61, 63, die mit den entsprechenden Flächen des dritten Flansches 40 und des zweiten Ringabschnitts 58 verbunden sind. Konzentrisch zu seinen Stirnflächen 61, 63

lü weist der elastische Ring 48 ringförmige, sphärisch ausgebildete steife Schichten 64 auf, die im elastomeren Körper 62 des elastischen Rings 48 eingebettet sind und konzentrisch zu den Stirnflächen 61,63 liegen.

Der erste Ringabschnitt 50 weist in seiner dem zweiten Ringabschnitt 58 gegenüberliegenden Stirnfläche eine Ringnut auf, in die ein entsprechender am zweiten Ringabschnitt 58 angeordneter Ringflansch 66 eingreift, um eine radiale Bewegung der beiden Ringabschnitte 50, 58 gegeneinander zu verhindern. Zur Fluidabdichtung zwischen den beiden Ringabschnitten 50,58 sind in den zusammenpassenden Flächen zwei Ringnuten ausgebildet, in die O-Ringe 68,70 eingesetzt sind.

Wenn das Gelenk wie in F i g. 1 gezeigt zusammengebaut ist, ergeben die elastischen Ringe 46, 48 und die Ringabschnitte 50, 58 eine Fluidabdichtung zwischen dem Gehäuse 20 und dem zweiten Rohrstück 38. Die elastischen Ringe 46 und 48 können auch an ihren freien Seitenflächen durch den Druckunterschied zwischen dem Gelenkinneren und der Umgebung erzeugte BeIastungen aufnehmen, ohne daß die Abdichtung darunter leidet.

Bei Erdöl- oder Erdgasquellen werden die Leitungsstrecken 12, 14 normalerweise in Längsrichtung in Spannung gehalten. Diese Spannungsbelastung, die auf das Gelenk 10 übertragen wird, wird durch die Druckbelastung der elastischen Ringe 46, 48 und der steifen Ringabschnitte 50, 58 aufgenommen, wobei die elastischen Ringe 46,48 zusammengedrückt werden, so daß der dritte Flansch 40 sich ein wenig von dem ersten Flansch 24 am Gehäuse 20 wegbewegt. Eine derartige Axialbewegung des dritten Flansches 40 gegenüber dem Gehäuse 20 beeinflußt die Fluidabdichtung nicht, aber sie erlaubt eine relative Rotationsbewegung zwischen dem dritten und d?m ersten Flansch 40 bzw. 24.

« Die axialen Längen der verschiedenen Einzelteile des Gelenks 10 sind vorzugsweise so ausgelegt, daß bei zusammengebautem Gelenk 10 die elastischen Ringe 46, 48 unter einer Vorspannung und einer Vorbiegebelastung zwischen dem zweiten am Gehäuse 20 angeordnelen Flansch 22 und dem dritten am Rohrstück 38 angeordneten Flansch 40 steht. Wird das Rohrstück 38 axial in das Gehäuse 20 hineingedrückt, so verhindert der Eingriff zwischen dem dritten Flansch 40 und dem ersten Flansch 24 die Übertragung von Zugbelastungen auf die elastischen Ringe 46 und 48. Derartige Zugbelastungen wirken sich auf die Lebensdauer der elastomeren Körper 54 und 62 der elastischen Ringe 46 und 48 besonders nachteilig aus, da sie zu einer raschen Ermüdung des Materials führen.

Die sphärische Ausbildung der elastischen Ringe 46 und 48 läßt ein Verschwenken zwischen den Leitungsabschnitten 12,14 auf beiden Seiten des Gelenks 10 zu. Derartige Verschwenkungen werden durch relative Rotationsbewegungen zwischen den steifen Schichten 56 und 64 und durch Torsionsscherung der elastomeren Körper 54 und 62 in den elastischen Ringen 46 bzw. 48 aufgenommen. Die hierbei auftretende Abbiegung der elastischen Ringe 46 und 48 kann einem Vergleich der

F i g. 2 und 4 entnommen werden.

Die in Fig.2 und 4 dargestellte Bewegung findet um einen Drehpunkt 72 statt, der sich zwischen den Krümmungsmittelpunkten 52 und 60 der Stirnflächen 53, 55 bzw. 61, 63 der elastischen Ringe 46 bzw. 48 befindet. Fig.2 zeigt einen schematischen Halb-Radialschnitt der rechts gelegenen Seite des Gelenks 10 vor der Abbiegung. F ig. 4 zeigt einen Schnitt entsprechend F i g. 2, wobei das Gelenk 10 um einen Winkel von 10° in bezug der Längsachse 16 des Gelenks 10 abgebogen ist. Die Hälfte der Kippbewegung wird hierbei durch eine Scherung des elastischen Ringes 46 aufgenommen, während Sie restliche Hälfte der Kippbewegung durch eine entsprechende Scherung des elastischen Ringes 48 aufgenommen wird. Wie in F i g. 4 dargestellt, wird das Rohrstück 38 gegen die radial innen liegende Fläche des Flansches 22 gepreßt, um die Schwenkbewegung der Leitungsabschnitte 12,14 gegeneinander zu begrenzen und so eine Überbeanspruchung der elastischen Ringe 46,48 zu vermeiden.

Die Vorteile des in F i g. 1, 2 und 4 dargestellten Gelenks 10 können am besten durch einen Vergleich mit einem üblichen Gelenk 100 gezeigt werden, wie es in den F i g. 3 und 5 dargestellt ist. Das Gelenk 100 besitzt ein erstes Rohrstück 102, ein Gehäuse 104 und einen ersten und einen zweiten ringförmigen Flansch 108 bzw. 106. Die Flansche 106, 108 weisen in Richtung der Längsachse 110 des Gelenks 100 einen Abstand voneinander auf und erstrecken sich von dem Gehäuse 104 radial nach innen. In dem Gehäuse 104 ist ein Ende eines zweiten Rohrstücks 112 aufgenommen, an dem ein sich radial nach außen erstreckender dritter ringförmiger Flansch 114 angeordnet ist. Ein elastischer Ring 116 ist in abdichtendem Eingriff zwischen dem zweiten Flansch 106 und dem dritten Flansch 114 angeordnet. Der elastische Ring 116 ist aus einer Vielzahl einander abwechselnder und miteinander verbundener nicht dargestellter Schichten aus einem elastomeren und einem im wesentlichen steifen Material aufgebaut. Die einander zugewandt liegenden Flächen des zweiten und dritten Flansches 106 bzw. 114 und die Flächen der elastischen Schichten sind sphärisch ausgebildet und besitzen einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt im Drehpunkt 118 auf der Längsachse 110. Es ergibt sich ein Gelenk, das eine Schwenkbewegung benachbarter Leityngsabschnitte gegeneinander durch eine Drehung des dritten Flansches gegen den zweiten Flansch aufnimmt, die durch eine Torsionsscherung des elastischen Ringes 116 ermöglicht wird. Dieses bekannte Gelenk 100 ist in F i g. 3 im nicht abgebogenen und in F i g. 5 im abgebogenen Zustand dargestellt.

Um einen Vergleich zu ermöglichen wird angenommen, daß die beiden elastischen Ringe 46, 48 des Gelenks 10 zusammen die gleiche Höhe wie der einzelne elastische Ring 116 des Gelenks 100 besitzen. Die Hohen der elastischen Ringe 46,48,116 werden senkrecht zu den sphärischen Flächen der jeweiligen Ringe gemessen. Die Gesamtzahl und die Gesamtstärke der steifen Schichten 56,64 in den elastischen Ringen 46 bzw. 48 soll nach der Annahme gleich der Gesamtzahl und Gesamtstärke der entsprechenden Schichten im elastischen Ring 116 sein. Damit ist die Gesamthöhe des elastomeren Materials in beiden flexiblen Ringen 46,48 mit der Gesamthöhe des elastomeren Materials im elastischen Ring 116 identisch. Weiter wird angenommen, daß jede elastomere Schicht in den elastischen Ringen 46, 48, 116 von gleicher Stärke ist und den gleichen Schermodul besitzt

Wenn das elastomere Material im elastischen Ring 116 durch Scherung verformt wird, um Kippbewegungen, wie beispielsweise in F i g. 5 dargestellt aufzunehmen, hängt die effektive Steifheit jeder elastomeren Schicht im elastischen Ring 116 vom Quadrat des Radialabstandes zwischen der Schicht und dem Drehpunkt 118 ab. Wenn die am nächsten am dritten Flansch 106 gelegene elastomere Schicht doppelt so weit vom Drehpunkt 118 entfernt ist, wie die am nächsten am ίο dritten Flansch 114 gelegene elastomere Schicht, scheint die äußere elastomere Schicht eine viermal so große Steifheit gegenüber Schwenkbewegungen des Rohrstücks 112 gegen das Rohrstück 102 zu besitzen, wie die am nächsten am dritten Flansch 114 gelegene elastomere Schicht, wenn gleiche Dicke, gleicher Schermodul und gleiche Fläche für alle Schichten vorausgesetzt wird. Wegen der Steifigkeitsunterschiede wird die dem Flansch 114 benachbarte elastomere Schicht bei einem gegebenen Schwenkwinkel etwa viermal so stark beansprucht wie die dem Flansch 116 benachbarte elastomere Schicht. Da die den Flansch 106 am nächsten liegende elastomere Schicht nur etwa ein Viertel der Beanspruchung der dem Flansch 114 benachbarten Schicht aushalten muß, beträgt ihr Beitrag zur Gesamtbewegungsaufnahme des Gelenks 100 trotz der gleichen Schichtdicken nur etwa 25% der dem Flansch 114 benachbarten Schicht. Wegen der unterschiedlichen Krümmungsradien besitzen die dem Flansch 106 benachbarten Schichten des elastischen Ringes 116 jedoch größere Flächen als die dem Flansch 114 benachbarten Schichten und weisen daher auch einen größeren Widerstand gegen Torsionsscherung auf, so daß sie in noch geringerem Maße zur Gesamtbewegungsaufnahme des elastischen Ringes 116 beitragen.

Betrachtet man im Gegensatz dazu den elastischen Ring 46 stellvertretend für beide elastische Ringe 46,48 des Gelenks 10, die beide jeweils nur die Hälfte der Höhe des elastischen Rings 116 des Gelenks 100 aufweisen, so erkennt man, daß der Abstand der dem Ringabschnitt 50 benachbarten elastomeren Schicht des elastischen Ringes 46 vom Krümmungsmittelpunkt 52 der gleiche ist wie der Abstand der dem Flansch 114 dem Gelenk 100 benachbarten elastomeren Schicht vom Drehpunkt 118, während der Abstand der dem Flansch 22 benachbarten elastomeren Schicht des elastischen Ringes 46 vom Krümmungsmittelpunkt52 nur l,5mal so groß ist wie der Abstand der dem Ringabschnitt 50 benachbarten elastomeren Schicht zum Krümmungsmittelpunkt 52. Demzufolge ist die scheinbare Steifheit gegenüber Kippbewegungen des Rohrstücks 38 in bezug auf das Gehäuse 20 der dem Flansch 22 benachbarten elastomeren Schicht nur 2,25mal so groß wie die scheinbare Steifheit der dem Ringabschnitt 50 benachbarten Schicht. Wenn das Gelenk 10 so ausgelegt ist, daß die elastischen Ringe 46, 48 die gleichen Maximalverformungen aufnehmen können wie der elastische Ring 116 des Gelenks 100, so wird die dem Flansch 22 benachbarte elastomere Schicht etwa zweimal so stark geschert bei maximaler Scherung der dem Ringabschnitt 50 benachbarten elastomeren Schicht wie die dem Flansch 106 benachbarte elastomere Schicht bei maximal gescherter, dem Flansch 114 benachbarter elastomerer Schicht. Wird der elastische Ring 46 beispielsweise gleich stark beansprucht wie die dem Flansch 114 bees nachbarte Hälfte des elastischen Ringes 116, so wird der elastische Ring 48 entsprechend dem elastischen Ring 46 beansprucht und wird stärker verformt als die dem Flansch 106 benachbarte Hälfte des elastischen Rings

116. Die beiden elastischen Ringe 46,48 können also bei gegebener maximaler Belastung einen größeren Schwenkwinkel des Gelenks aufnehmen, als es der elastische Ring 116 des Gelenks 100 kann. Andererseits kann bei gegebenem maximalen Schwenkwinkel des Gelenks 10 die Scherbelastung der elastischen Ringe verringert werden, was bei einer 20%igen Verringerung der Maximalscherung eine 205%ige Erhöhung der Lebensdauer bedeutet, da das Verhältnis der Lebensdauer zweier elastischer Ringe umgekehrt proportional zur fünften Potenz des Verhältnisses ihrer Maximalverformungen ist.

Die beiden Ringabschnitte 50,58 des Gelenks 10, die den starren Ringkörper bilden, der die beiden elastischen Ringe 46, 48 trennt, bewirken eine zusätzliche Abstützung der steifen Schichten 56 und 64, die in den elastomeren Körpern 54 bzw. 62 eingebettet sind. Wegen der gekrümmten Stirnflächen 53,55,61,63 werden 'die Druckbelastungen im wesentlichen senkrecht auf die Stirnflächen 53,55,61, 63 der elastischen Ringe 46, 48 übertragen. Betrachtet man insbesondere F i g. 2, so sieht man, daß bei einer durch den zweiten Flansch 22 und den Ringabschnitt 50 auf den elastischen Ring 46 übertragener Druckbelastung die steifen Schichten 56 dieses elastischen Ringes 46 nur im Bereich eines Kegelwinkeis A durch den Flansch 22 und den Ringabschnitt 50 abgestützt sind. Bei Druckbelastung neigen die außerhalb des Kegelwinkels A liegenden Kanten der steifen Schichten 56 sich radial nach außen vom Krümmungsmittelpunkt 52 wegzubiegen. Eine derartige Verbiegung führt zu inneren Spannungen der steifen ^Schichten 56, die diese auf die Dauer beschädigen können. Diese Beanspruchung der steifen Schichten 56 wird bei einer Schwenkbewegung vergrößert, da sich, wie F i g. 4 zeigt, der Kegelwinkel Λ 'gegenüber dem Kegelwinkel A nach F i g. 2 verkleinert hat.

Bei dem bekannten Gelenk 100 sind entsprechend F i g. 3 nur die innerhalb des gegenüber dem Kegelwinkels A kleineren Kegelwinkels B liegenden Teile der steifen Schichten voll abgestützt, während wieder bei einer Druckbelastung die außerhalb des Kegelwinkels B Hegenden Teiie der Schichten schädlichen Belastungen und inneren Spannungen ausgesetzt sind. Wird dieses Gelenk entsprechend Fig.5 um 10° verschwenkt, so entsteht e:n negativer Kegelwinke! S', d. h. kein Teil einer steifen Schicht des elastischen Rings 116 ist in dieser Lage voll abgestützt, was zu einer zusätzlichen Belastung und somit Verringerung der Lebensdauer des elastischen Rings 116 führt. Die Kegelwinkel A, B, d. h. die abgestützten Teile der steifen Schichten können dadurch vergrößert werden, daß die Flächen der Flansche 22,40 bzw. 106 vergrößert werden. Diese Vergrößerung der Flächen führt zu einer Vergrößerung der Außenabmessungen und damit zu einer Vergrößerung des Gewichts der entsprechenden Gelenke 10 bzw. 100. Hierbei wird der Vorteil bei der Verwendung der beiden elastischen Ringe 46,48 im Gelenk 10 besonders deutlich, die jeweils nur die Hälfte der Gesamtschwenkbewegung aufnehmen müssen, so daß auch Abnahme des Kegelwinkels A bei einem Verschwenken des Gelenks verringert wird, was zu einer Vergrößerung der Lebensdauer der einzelnen elastischen Ringe 46,48 führt, ohne daß cine Vergrößerung des Gelenks nötig ist.

Es wäre außerdem möglich, die beiden elastischen Ringe 45,48, deren steife Schichten 56 beispielsweise in radialer Richtung unterschiedliche Dicken aufweisen können, so aufzubauen, daß ihre Krümmungsmittelpunkte 52 bzw. 60 am Drehpunkt 72 des Gelenks zusammenfallen. Dann aber müßte der starre aus den beiden Ringelementen 50 und 58 gebildete Ringkörper eine erheblich größere axiale Länge aufweisen, was wiederum zu einer Vergrößerung der Gesamtlänge des Gelenks 10 führen würde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 innen erstreckender Ringflansch angeordnet ist, durch Patentansprüche: dessen öffnung sich ein zweites Rohrstück in den Innen raum des Gehäuses hineinerstreckt. An dem im Gehäu-

1. Gelenk zur fluiddichten Verbindung zweier se angeordneten Ende des Rohrstücks ist ein sich radial Pluidleitungen, mit einem Rohrstück, das sich von 5 nach außen erstreckender Ringflansch mit einer konveeinem Fluidleitungsanschlußstutzen über einen er- xen sphärischen Außenfläche ausgebildet.

sten Rir^flansch zu einem Gehäuse erweitert, an Zwischen dem zweiten am Gehäuse angeordneten

dessen vom Fluidleitungsanschlußstutzen abge- Flansch und der Außenfläche des am zweiten Rohrstück wandten Ende ein radial nach innen gerichteter angeordneten Flansches befinden sich zwei elastische zweiter Ringflansch vorgesehen ist, io Ringe mit einem dazwischenliegenden starren Über-

mit einem zweiten sich durch die öffnung des zwei- gangsring. Der am zweiten Rohrstück angeordnete ten Ringflansches erstreckenden, ein^n kleineren Flanscn ist ferner über einen dritten elastischen Ring Durchmesser als der Innendurchmesser des zweiten und einen elastischen Abstützring gegen das erste Rohr-Ringflansches aufweisenden Rohrstück, das sich bis stück abgestützt.

zwischen den ersten und zweiten Ringflansch er- 15 Führt das zweite Rohrstück gegenüber dem ersten streckt und dort einen radial nach außen gerichteten Schwenkbewegungen aus, so muß der zwischen dem-am dritten Ringflansch aufweist, und zweiten Rohrstück angeordneten Flansch und dem star-

mit zwei das zweite Rohrstück mit Abstand umge- ren Übergangsring befindliche elastische Ring die gebenden elastischen Ringen, deren Stirnflächen an samte Schwenkbewegung durch Torsionsscherung aufkomplementären Stirnflächen des zweiten bzw. drit- 20 nehmen. Die Aufnahmemöglichkeit von Schwenkbewe_rfyen Ringflansches anliegen und zwischen denen ein gungen eines derartigen flexiblen Ringes ist durch die l· ftdas zweite Rohrstück ebenfalls mit Abstand umge- axiale Länge des zu scherenden Elastomers beschränkt. M Ifbender starrer Ringkörper angeordnet ist, dessen Hierbei kann ein elastomerer Körper um 300% oder .J| Stirnflächen an komplementären Stirnflächen der mehr ohne schädliche Auswirkung geschert werden. " •elastischen Ringe anliegen, dadurch gekenn- 25 Wird jedoch ein derartiger elastomerer Körper einer ,!zeichnet, daß die Stirnflächen (53, 55, 61, 63) Vielzahl von Scherbelastungen zyklisch unterworfen, so beider elastischer Ringe (46, 48) Rotationsflächen führt die fortgesetzte Be- und Entlastung durch Scheren sind, deren Krümmungsmittelpunkte (52,60) auf der in der Größenordnung von 300% sehr bald zu ErmüiLängsmittelachse (16) des Gelenks (10) liegen, v/obei dungsbrüchen des Elastomers. Deshalb solite die Torque Krümmungsmittelpunkte (52) der Stirnflächen 30 sionsscherung auf weniger als 25 bis 35% begrenzt wer-(53,55) des ersten am zweiten Ringflansch (22) anlie- den. Demzufolge muß die axiale Länge des einen elastigenden elastischen Ringes (46) gegen den ersten sehen Ring bildenden elastomeren Körpers vergrößert -Ringflansch (24) hin versetzt sind, während die werden, wenn er eine Vielzahl von ständig wiederkeh-Krümmungsmittelpunkte (60) der Stirnflächen (61, renden Schwenkbewegungen aufnehmen soll, um die 63) des zweiten am dritten Ringflansch (40) anliegen- 35 Torsionsscherung möglichst gering zu halten und so die den elastischen Ringes (48) gegen den zweiten Ring- Lebensdauer zu erhöhen.

flansch (22) hin versetzt sind und näher an diesem Da bei einem gattungsgemäßen Gelenk der elastische

angeordnet sind, als die dem ersten elastischen Ring Ring, der vorzugsweise aus abwechselnden starren und (46) zugeordneten Krümmungsmiitelpunkte (52), elastischen, sphärischen Schichten, die konzentrisch an- und daß der am zweiten Rohrstück (38) vorgesehene 40 geordnet sind, aufgebaut ist, nicht nur die leichte Ausdritte Flansch (40) eine konvex gekrümmte Stirnflä- biegbarkeit sondern auch eine großen inneren und äuche (42) aufweist, die mit einer entsprechenden kon- ßeren Fluiddrücken standhaltende Abdichtung gewähr- · kav gekrümmten Fläche des ersten am Gehäuse (20) leisten soll, ist es nicht möglich, die axiale Länge des angeordneten Flansches (24) in Eingriff bringbar ist, axialen Ringes beliebig zu vergrößern, da der elastische so daß eine axiale Bewegung des zweiten Rohr- 45 Ring dadurch unstabil wird und zum Kippen oder Ausstücks (38) auf den Anschlußstutzen (36) zu durch beulen neigt. Ferner wird durch eine Verdoppelung der den ersten Ringflansch (24) begrenzt ist. axialen Länge des elastischen Rings die Aufnahmemög-

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- lichkeit von Schwenkbewegungen bei gleichbleibender net, daß die Stirnfläche (42) des dritten Flansches relativer Scherung nur etwa um 25% gesteigert, da die (40) durch die elastischen Ringe (46, 48) gegen die 50 effektive Federkonstante einer Schicht des elastischen entsprechende Fläche des ersten Flansches (24) vor- Ringes für Torsionsscherung vom Quadrat des Abgespannt ist. stands der Schicht vom Schwenkpunkt abhängt. Das

3. Gelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- heißt, daß die inneren Schichten effektiv weicher sind als kennzeichnet, daß der starre Ringkörper aus zwei die äußeren und daher einen größeren Teil der Tordichtend aneinander in Eingriff bringbaren Ringab- 55 sionsverformung aufnehmen, so daß nur eine geringe schnitten (50,58) gebildet ist. Entlastung der inneren Schichten auttritt.

Ein weiteres Problem, das bei laminierten elastischen

Ringen insbesondere bei großer Scherung auftritt, ist

die ungenügende Abstützung der einzelnen elastischen 60 und starren Schichten zur Aufnahme von Druckbela-

Die Erfindung betrifft ein Gelenk zur fluiddichten stungcn. Diese ungenügende Abstützung kann zu Be-Verbindung zweier Fluidlcitungen gemäß dem Oberbe- Schädigungen der starren Schichten führen, wodurch griff des Patentanspruchs 1. ebenfalls c!ie Lebensdauer des elastischen Ringes be-

Aus der US-PS 38 53 337 ist ein gattungsgemäßes Ge- grenzt wird.

lenk für Fluidleitungen. bekannt, das ein erstes Rohr- M Zusätzlich zu diesen mit der Aufnahme von Schwenkstück aufweist, das sich über, einen ersten Ringflansch zu bewegung verbundenen Problemen treten bei dem gateinem Gehäuse erweitert, an dessen vom ersten Ring- lungsgemäßen Gelenk gemäß der US-PS 38 53 337 flansch abgewandten Ende ein zweiter sich radial nach durch axial wirkende Kräfte Zug- und Druckbelastun-