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Rohrkupplung
Die Erfindung betrifft eine Rohrkupplung mit zwei verschwenkbar verbundenen rohrförmigen Kupp- lungsteilen und einem Dichtungsring mit gewölbesteinartigem Querschnitt, welcher in einer entsprechend ausgebildeten, zwischen den Kupplungsteilen befindlichen ringförmigen Kammer beweglich angeordnet ist. Bei derartigen bekannten Rohrkupplungen liegt ein Nachteil darin, dass durch die für eine einwandfreie Abdichtung erforderliche Anpressung des Dichtungsringes an die Kupplungsteile die Reibung zwischen Dichtungsring und Kupplungsteilen oft so gross wird, dass die Verschwenkbarkeit der Kupplungsteile in Frage gestellt ist.
Das Hauptziel der Erfindung besteht nun darin, diesen Nachteil zu beseitigen und eine Rohrkupplung zu schaffen, die gegen ein Austreten von Druckmittel oder Flüssigkeit nach innen und aussen wirksam abgedichtet und gleichzeitig so ausgebildet ist, dass sie einer Schwenkbewegung einen geringstmögLichen Widerstand entgegensetzt. Die axiale Belastung der Dichtungsflächen ist durch die gewölbesteinartige Ausbildung des Dichtungsringes gross genug, um der Druckdifferenz zwischen der Innen- und Aussenseite der Kupplung zu widerstehen. Der Dichtungsring soll sich aber auch Schwankungen dieser Druckdifferenz leicht anpassen können.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Dichtungsring mit Schmiermittel speichernden und an wenigstens eine Wand der Kammer abgebenden Ausnehmungen versehen ist, um die Beweglichkeit des Dichtungsringes in der Kammer zu gewährleisten.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der neuen Rohrkupplungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in welcher ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben ist.
In der Zeichnung ist Fig. l ein Mittellängsschnitt durch die erfindungsgemässe Rohrkupplung ; Fig. 2 ein Querschnitt durch einen ausgebauten Dichtungsring gemäss Fig. l ; und Fig. 3 eine vergrösserte Ansicht eines Teils der Fig. 2.
Die Dichtungseinrichtung 8 ist in Fig. l als Teil einer verschwenkbaren Rohrkupplung 10 gezeigt, die aus dem eingeschobenen Rohrteil 12 und dem aufgeschobenen Kupplungsteil 14 besteht, welche miteinander fluchten. Das innere Ende 16 des eingeschobenen Kupplungsteiles 12 ist drehbar in der Ausnehmung 18 des erweiterten, muffenförmigen Endes 20 des Kupplungsteiles 14 so gelagert, dass die Bohrungen 22 und 24 der beiden Kupplungsteile miteinander fluchten.
An der Aussenfläche des eingeschobenen Kupplungsteiles 12 und an der Innenfläche der Ausnehmung 18 sind Laufrillen 26 und 28 von halbkreisförmigem Querschnitt, die zur Aufnahme von Lagerkugeln dienen, in gegenseitiger Ausrichtung angeordnet. Vorzugsweise sind zwei Paare von Laufringen vorgesehen, von denen jeder mit einer Anzahl von Lagerkugeln 30 fast vollständig gefüllt ist, welche die beiden Kupplungsteile drehbar miteinander verbinden und gegen axiale Bewegung sichern. Die Kugeln 30 werden, nachdem die beiden Kupplungsteile ausgerichtet sind, durch eine Öffnung 32 in die Laufrillen 26 und 28 eingeführt. Diese Öffnung 32 ist an der einen Seite des muffenförmigen Endes 20 angeordnet.
Sie wird nach dem Einführen der Kugeln durch einen Gewindestopfen 34 verschlossen.
Um die Kugeln 30 vor Feuchtigkeit und Schmutz zu schützen, und um ein Austreten von Schmiermittel nach aussen zu verhüten, ist am Stopfen 34 eine Dichtungsscheibe 35 vorgesehen. Zu dem gleichen Zweck dient ein Dichtungsring 36 üblicher Bauart, der in einer Rille 37 an der Aussenfläche des ein-
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geschobenen Kupplungsteiles 12 angeordnet ist und mit Reibung an der Wandung der Ausnehmung 18 in der Nähe des äusseren Endes des muffenförmigen Teiles 14 anliegt.
Die Kupplungsteile 12 und 14 sind mit geeigneten Einrichtungen zum Anschliessen von Rohren versehen, beispielsweise mit in den äusseren Enden 42 und 43 der Kupplungsteile 12 und 14 angeordneten kegelstumpfförmigen Ausnehmungen 40 und 41, die mit Rohrgewinden 38 und 39 versehen sind. Obwohl die dargestellten Kupplungsteile 12 und 14 als gerade, rohrförmige Teile ausgebildet sind, kann jeder der
Kupplungsteile als Krümmer ausgebildet sein, so dass das an dem Krümmsr angeschlossene Rohr in einer senkrecht zu der Achse des andern Rohres liegenden Ebene verschwenkt werden kann. Anderseits können, falls beide der Krümmer eine Abbiegung von 90 haben, auch beide Kupplungsteile 12 und 14 mit Krümmer versehen sein, so dass die beiden durch die Kupplung 10 verbundenen Rohre in zueinander parallelen Ebenen verschwenkt werden können.
Am inneren Ende 16 des eingeschobenen Kupplungsteiles 12 ist eine kegelstumpfförmige Schulter 46 vorgesehen, welche mit der Bohrung 22 des Kupplungsteiles 12 einen spitzen Winkel 48 bildet. Der Boden der Ausnehmung 18 des aufgeschobenen Kupplungsteiles 14 ist ebenfalls als kegelstumpfförmige Schulter 50 ausgebildet und verläuft unter einem spitzen Winkel 52 gegenüber der Bohrung 24 dieses Kupplungsteiles. Die Kupplungsteile sind so ausgestaltet, dass die beiden kegelstumpfförmigen Schultern 46 und 50 sich in axialer Richtung der Kupplung mit Abstand gegenüberliegen und eine ringförmige Dichtungskammer 54 bilden, deren innere Umfangsfläche verhältnismässig schmal ist und direkt mit den Bohrungen 22 und 24 in Verbindung steht.
Da die kegelstumpfförmigen Schultern radial nach aussen divergieren, verlaufen sie zum äusseren Umfang 58 der Dichtungskammer 54 unter spitzen Winkeln 55 und 56.
Der äussere Umfang der Dichtungskammer ist erheblich breiter als der innere Umfang, so dass der Querschnitt dieser Kammer im wesentlichen trapezförmig oder gewölbesteinartig ist.
Die Dichtungseinrichtung 8 besteht aus einem in der Kammer 54 angeordneten Dichtungsring 60, der in die Kammer so eingepasst ist, dass er abdichtend an den Schultern 46 und 50 und an der äusseren Umfangswand 58 anliegt, um den Spalt 62 zwischen den beiden relativ zueinander bewegten Kupplungsteilen 12 und 14 abzudichten. Der Dichtungsring 60 besteht aus geeignetem Material, beispielsweise Gum- mi oder Kunstgummi. Der Dichtungsring 60 hat etwa trapezförmigen Querschnitt, wobei seine äussere Umfangswand 64 erheblich breiter als sein, innere Umfangswand 66 ist. Der Dichtungsring 60 ist dabei so bemessen, dass er an den Schultern 46 und 50 und an der äusseren Umfangswand 58 der Kammer 54 mit genügendem Druck anliegt, um eine gute gleitende Dichtung zu ergeben.
Es sei hier darauf hingewiesen, dass der Dichtungsring 60 mit zwei in dem aufgeschobenen Kupplungsteil 14 gebildeten Wänden der Dichtungskammer, d. h. mit der Schulter 50 und der Umfangswand 58 in Berührung steht, während er nur an einer Wand des eingeschobenen Kupplungsteiles 12, nämlich an der Schulter 46, anliegt. Auf Grund dieser Anordnung bleibt der Dichtungsring 60 bei einer relativen Bewegung zwischen den Kupplungsteilen 12 und 14 in fester Anlage mit dem aufgeschobenen Kupplungsteil, während die Schulter 46 des eingeschobenen Kupplungsteiles 12 an der ihr gegenüberliegenden Wand des Dichtungsringes gleitet.
Obwohl die Abmessungen des Dichtungsringes 60 den Abmessungen der Dichtungskammer 54 sehr ähnlich sind, sind sie doch so gewählt, dass der Dichtungsring mit grösserem Druck gegen die in der Nähe des inneren Umfanges liegenden Bereiche der Schultern 46 und 50 drückt als gegen die in der Nähe des äusseren Umfanges dieser Schultern liegenden Bereiche. Hiedurch wird erreicht, dass zwischen dem Dichtungsring 60 und jeder der Schultern46 und 50, dort wo diese Schultern in die Bohrungen 22 und 24 über- gehen, kein Spalt besteht. Der Zweck dieser Anordnung liegt darin, eine glatte kontinuierliche Anlage- fläche zu bilden, in der sich keine Taschen oder Ausnehmungen befinden, in welche bei einer Drehung der Rohrkupplungsteile Verunreinigungen gelangen könnten.
Obwohl der Dichtungsring 60 an seinem inneren Umfang sich etwas nach aussen wölben kann, wenn von beiden Kupplungsteilen 12 und 14 ein Druck auf ihn ausgeübt wird, so ist doch aus Fig. 1 ersichtlich, dass die innere Umfangswand 66 des Dichtungsringes 60 eine kontinuierliche Verbindungsfläche zwischen den beiden Bohrungen 22 und 24 bildet, wodurch Turbulenzbildung beim Durchströmen von Druckmittel oder Flüssigkeit durch die Kupplung und damit eine verschleissende Reibung an der Dichtung vermieden wird, die insbesondere dann auftreten könnte, wenn die durch die Kupplung hindurchfliessende Flüssigkeit eine schmirgelnde Wirkung ausübt.
Auf Grund der gewölbesteinartigen bzw. trapezförmigen Form. der Kammer 54 und des darin befindlichen Dichtungsringes 60 kann die schwenkbare Rohrkupplung 10 sowohl zur Leitung von unter Überdruck als auch von unter Unterdruck stehenden Flüssigkeiten oder Druckmitteln verwendet werden. Wenn der Druck innerhalb der Kupplung 10 grösser als der der Aussenatmosphäre ist, wird der auf den Dichtungring einwirkende Differenzdruck den Ring in radialer Richtung ausdehnen. Auf Grund der nachgiebigen Natur des Werkstoffes des Dichtungsringes wird ein radial nach aussen gegen die innere Umfangswand 66
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des Dichtungsringes < virkender Druck die axiale Länge des Ringes vergrössern.
Die Seitenwände des Dicn- tungsringes werden dabei seitlich auseinandergedrückt, wodurch sich der gegen die Schultern 46 und 50 wirkende Druck erhöht. Gleichzeitig wird die äussere Umfangswand 64 des Dichtungsringes fester gegen die äussere Umfangswand 58 der Dichtungskammer gedrückt, wodurch der Dichtungsring einem Austreten von Druckmittel oder Flüssigkeit aus dem Innern der Kupplung durch den Spalt 62 umso mehr entgegen- wirkt, je mehr sich der Druck innerhalb der Kupplung erhöht.
Vorzugsweise weist der Dichtungsring 60 einen Verstärkungsring 68 aus Metall oder anderem verhält- nismässig festem Werkstoff auf, der mit dem elastischen Material des übrigen Teiles des Dichtungsringes fest haftend verbunden ist. Der Verstärkungsring 68 liegt an der gegenüber dem Spalt 62 liegenden Kante des Ringes und dient dazu, ein Eintreten des verhältnismässig weichen Werkstoffes des Dichtungsringes in den Spalt 62 zu verhindern, so dass die Kupplung auch bei hohen Innendrücken verwendet werden kann.
Ist anderseits der Differenzdruck zwischen der Aussenatmosphäre und dem Inneren in der Kupplung so bemessen, dass der Aussendruck grösser als der Innendruck ist, so wird der auf die Aussenfläche 64 des
Dichtungsringes 60 wirkende Aussendruck den Ring nach innen zusammendrücken.
Da die Schultern 46 und 50 der Dichtungskammer nach innen konvergieren, so werden sie bei einer radialen Bewegung des Dichtungsringes nach innen fester gegen die Schultern 46 und 50 gedrückt, so dass auch in diesem Falle die Dichtungswirkung sich bei zunehmender Druckdifferenz erhöht.
Es ist also ersichtlich, dass der Dichtungsring 60 sich bei Änderungen in der Grösse oder Richtung des Differenzdruckes etwas innerhalb der Dichtungskammer 54 bewegt. Diese Bewegung des Dichtungsringes ist derart, dass die Seitenwände 70 des Ringes in radialer Richtung an den kegelstumpfförmigen Schultern 46 und 50 gleiten, wenn sicn der Dichtungsring in der Kammer selbsttätig einstellt. Obwohl die Grösse einer solchen Gleitbewegung nur gering ist, wird sie doch durch eine Schmierung der Gleitflächen erleichtert. Aus diesem Grunde sind in den Seitenwänden 70 des Dichtungsringes 60 eine Reihe von konzentrischen Rillen 72 vorgesehen, die zur Aufnahme von Schmiermittel dienen.
Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, dass der Dichtungsring 60 im Verhältnis zur Grösse der Dich- tungskammer 54 so bemessen sein kinn, dass wenn der Differenzdruck an der Kupplung gering ist, er nur einen kleinstmöglichen Druck gegen die Wandungen 46, 50 und 58 der Dichtungskammer ausübt. Bei grö- sseren Differenzdrücken wird der Anlagedruck des Dichtungsringes an den Kammerwandungen in der oben beschriebenen Weise proportional dem Anwachsen des Differenzdruckes erhöht, unabhängig davon, ob der Innendruck grösser oder kleiner als der Aussendruck ist.
Es wird also erreicht, dass im praktischen Betrieb der Kupplung der von dem Dichtungsring gegen die Seitenwände der Dichtungskammer ausgeübte Druck den durch den jeweiligen Differenzdruck gegebenen, zum Verhindern eines Leckens durch den Spalt 62 erforderlichen Druck niemals wesentlich überschreitet. Dies ist deshalb wünschenswert, weil der Ring einer relativen Drehung der beiden Kupplungsteile 12 und 14 auf diese Weise nur wenig Widerstand entgegensetzt, so dass die zwischen dem Dichtungsring 60 und den Wandungen der Kammer 54 bestehende Reibung auf den ger. lngstmöglich0n, mit dem jeweiligen Differenzdruck zu vereinbarenden Wert gehalten wird.
Ferner wird, da der Dichtungsring nur einen geringstmöglichen Axialdruck gegen die Seitenwände der Dichtungskammer ausübt, die axiale Beanspruchung der Lagerkugeln 30 gering gehalten.
Das in der vorstehenden Beschreibung beschriebene Ausführungsbeispiel kann in mancher Hinsicht abgewandelt werden, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rohrkupplung mit zwei verschwenkbar verbundenen rohrförmigen Kupplungsteilen und einem Dichtungsring mit gewölbesteinaztigem Querschnitt, welcher in einer entsprechend ausgebildeten, zwischen den Kupplungsteilen befindlichen ringförmigen Kammer beweglich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (60) mit Schmiermittel speichernden und an wenigstens eine Wand (46 bzw. 50) der Kammer (54) abgebenden Ausnehmungen (72) versehen ist, um die Beweglichkeit des Dichtungsringes (60) in der Kammer (54) zu gewährleisten.