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Die Erfindung betrifft eine Rohrverbindungsmuffe für die mechanisch gesicherte Klemmbefestigung glatter Endabschnitte kleinkalibriger Rohre aus Stahl od. dgl., welche in einer das Rohr umschliessenden Ringkammer zwischen einer inneren Kammerstirnwand und einer mit dem Muffenende verschraubten mutterartigen Druckhülse in axial verspannbarer Anordnung nach rückwärts gestaffelt einen dicken Kunststoff-Dichtungsring, einen harten Distanzdruckring mit Innenkonus und eine mit einem Krallenkopf in den Innenkonus einschiebbare und dann mit den Krallen in die Mantelfläche des Rohres eindrückbar büchsenartige Klemmkappe aufweist.
Es sind viele Vorschläge für die Ausbildung von Rohrverbindungsmuffen gemacht worden, die jeweils das ernsthafte Bemühen erkennen lassen, die gewindelosen Rohrenden sicher und dauerhaft festklemmen zu können.
Gute Befestigungsergebnisse der Rohre in den Muffen konnten nur dort erwartet werden, wo einerseits die Rohrverbindungsmuffen und der ganze Klemm- und Dichtungsmechanismus einer Präzisionsbearbeitung unterzogen und die Rohrenden sorgfältig sauber und oberflächengeglättet waren. Der hiefür erforderliche wirtschaftliche Aufwand ist gross. Bei andern, einen geringeren Aufwand erfordernden Bauarten mangelte es meist an einer zuverlässigen Dichtung und demgemäss auch an einer sicheren mechanischen Verklemmung. Dabei führt in den bekannten Fällen die mechanische Verklemmung zu unerwünscht starken Oberflächenbeschädigungen an den Rohrenden.
Bei dem Bemühen, die Dichtung zu belasten, werden die Krallen der Klemmringe besonders stark in die Rohroberfläche eingepresst und verschlechtern dann bei erneutem Anschliessen oder Verbinden von Rohrenden immer mehr die Abdichtungsverhältnisse.
Die Bauart gemäss der vorausgesetzten Gattung zeigt beispielsweise die USA-Patentschrift Nr. 2, 398, 618.
Diese bekannte Bauart konnte nicht zufriedenstellend arbeiten. Die Krallen des Krallenkopfes der büchsenartigen Klemmkappe schieben sich in einen sehr flachen Konus des Distanzierdruckringes und pressen sich bereits zu früh in die Mantelfläche des Rohres ein. Diese das Herausziehen des Rohres sperrende mechanische Klemmung mittels der Krallen der Klemmkappe bildet eine zu frühe Behinderung einer exakten Verspannung des Dichtungsringes. Bei der Beseitigung von Undichtheiten durch Nachziehen der Druckhülse wird nur in unwesentlichem Masse die Dichtung stärker beansprucht, jedoch das Rohr an der Oberfläche immer mehr beschädigt. Als Dichtung dient ein hochwertiger Gummiring.
Würde hier als Dichtung eine verpressbare, anschmiegsame Kunststoff-Dichtungsmasse verwendet, müsste mit schlechteren Ergebnissen gerechnet werden, weil die unvermeidbaren Spalte umfangsseitig des Distanzdruckringes ein Abfliessen der Masse nicht zu verhindern in der Lage sind. Selbst ein kriechendes Abfliessen der Masse des Dichtungsringes führt bei unter hohem Innendruck stehenden Leitungen bald zum Undichtwerden.
Bei einer weiteren der vorausgesetzten Gattung nahestehenden Bauart (USA-Patentschrift Nr. 3, 429, 596) ist in einer kurzen Ringkammer des Muffengehäuses ein Gummiring angeordnet, der um ein vorbestimmtes begrenztes Mass verquetscht werden kann. Die mit Krallen versehene Klemmkappe entspricht einer federnden Klemmscheibe, die sich naturgemäss schon früh mit ihren scharfen Schneiden in den Rohrmantel eingräbt, so dass bereits die Klemm- und Sperrfunktion eintritt, bevor die Dichtung voll verpresst sein kann. Ein Dichtring aus verformbarem Kunststoff ist in diesem Fall nicht verwendbar, weil seine Masse über die vielen vorhandenen Spalte austritt und abfliesst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rohrverbindungsmuffe möglichst einfacher Bauart mit Bezug auf Dichtung und mechanische Kupplung gegenüber gewinde- und flanschlosen, d. h. glatten, Rohrenden, insbesondere von Stahlrohren kleineren Durchmessers, zu verbessern und für Hochdruckleitungen verwendbar zu machen.
Dabei soll eine gegenüber den bekannten Rohrverbindungsmuffen zuverlässiger arbeitende Stufenverspannung gewährleistet werden, derart, dass zunächst ein einfacher Kunststoff-Dichtungsring, der nach überschreitung seiner elastischen Verformungsgrenze naturgemäss die Neigung zum Fliessen und Abwandern unter Verringerung der Dichtwirkung hat, in einem allseitig begrenzten Ringraum mit Hilfe deformierbarer Ringscheiben bis zur Grenze seiner Unnachgiebigkeit verpresst und verspannt wird und dann erst ein durch seine Form stabilisiertes, Krallen tragendes Klemmelement ohne Möglichkeit zur Beschädigung der Dichtung mit der Rohrmantelfläche mechanisch verriegelt wird.
Die Rohrverbindungsmuffe nach der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass in einer an sich bekannten langen, zylindrischen, in radialer Richtung engen Ringkammer zwischen dem Muffengehäuse und dem eingeführten Rohr hinter einem solchen Distanzdruckring, der von einer in der Ringkammer mit einem büchsenartigen Längenabschnitt axial geführten Klemmkappe durch den Krallenkopf vordrückbar ist, ein etwa rechteckig profilierter, verformbarer Kunststoff-Dichtungsring zwischen zwei zu seinen beiden Stirnseiten angeordneten, aus Stahl od. dgl.
bestehenden dünnwandigen, kegelstumpfförmigen Bewehrungs-Ringscheiben eingeschlossen ist, deren Ringflächenbreite etwas grösser ist als die radiale Breite des Ringraumes und deren Kanten verformbar sind, so dass letztere beim Anpressen der Ringscheiben gegen die Stirnseiten des Dichtungsringes sich, wie dieser Dichtungsring, gegen die Zylindermantelflächen des Rohres und des Gehäuses verpressen und rohrseitig durch Einwärtsbiegen die Randzonen des Dichtungsringes einfassen.
Das wesentliche und besondere besteht darin, dass in zusätzlicher Anordnung zur in der Muffenringkammer geführten büchsenartigen Klemmkappe beiderseits des im gleichen Ringraum angeordneten, insbesondere rechteckig profilierten Kunststoff-Dichtungsringes, dünnwandige, an den Kanten verformbare, kegelstumpfförmige Ringscheiben aus Stahl oder Metall als die Dichtmasse einschliessende Bewehrungen und als Verschluss des
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dass mit grösster Zuverlässigkeit erst der sich allen Unebenheiten der Rohroberfläche anschmiegende
Kunststoff-Dichtungsring ohne Möglichkeit des Ausfliessens verpresst wird, bevor gegen den Widerstand dieses
Dichtungsringes die den mechanischen Klemmverschluss herbeiführende Klemmkappe mit den Krallen des
Krallenkopfes auf die Mantelfläche des Rohres aufgepresst wird.
Während es bei den die Klemmbefestigung herbeiführenden Sperrscheiben bekannter Art wichtig ist, dass diese sich auf Grund der grossen Materialhärte in der Rohroberfläche verkrallen, tritt bei den jetzt zusätzlich vorgesehenen kegelstumpfförmigen Bewehrungs-Ringscheiben für den Kunststoff-Dichtungsring beim Einsetzen des von der Druckhülse ausgehenden, über die Klemmkappe fortgesetzten Axialschubs unter Vermeidung einer Verletzung der Rohroberfläche bzw. der Zylindermantelfläche der Kammer ein verstärktes Anschmiegen der
Scheibenkanten und damit die Bildung eines sicheren Verschlusses des die Dichtungsmasse aufweisenden Ringkammerabschnittes auf.
Die Scheibenkanten, u. zw. mindestens die unteren, schieben sich unter den Rand der Dichtung und bilden somit eine Einfassung der Dichtung. Es wird beim axialen Verspannen ein Verformungsvorgang der kegelstumpfförmigen Bewehrungs-Ringscheiben bewusst angestrebt, zu dem Zweck, die Dichtungsmasse gewissermassen in einer scheibenbegrenzten Presskammer einzuschnüren und damit die Dichtungsmasse in alle Unebenheiten der Rohroberfläche einzudrücken. Auch die Bewehrungs-Ringscheiben verpressen sich in solche Unregelmässigkeiten der Rohroberfläche. Dieses absolute Einschliessen und Einschnüren des Kunststoff-Dichtungsringes erlaubt die enorme Drucksteigerung in diesem Dichtungsring, so dass erst nach zuverlässiger Abdichtung die Krallen der besonderen, büchsenartig langgestreckten Klemmkappe in der zweiten Spannstufe wirksam werden.
Bei dieser erzielten zuverlässigen, dauerhaften Verpressung des Kunststoff-Dichtungsringes lässt sich ein wiederholtes Nachspannen der die Krallen aufweisenden Klemmkappe vermeiden. Die Verbindung trägt daher zur Schonung der Oberfläche des Rohres bei.
Eine zweckmässige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der Kunststoff-Dichtungsring zwischen zwei spiegelbildlich lose vorgesetzten kegelstumpfförmigen Ringscheiben angeordnet ist.
Die mit den vorgenannten Mitteln erzielte zweistufige Verspannung wird dadurch in vorteilhafter Weise auf drei aufeinanderfolgende Stufen erstreckt, dass in der Ringkammer der Muffe in Kombination mit dem von Bewehrungs-Ringscheiben eingefassten Kunststoff-Dichtungsring zwischen diesem und der eingeschraubten Druckhülse in an sich bekannter Hintereinanderanordnung zwei artgleiche büchsenartige Klemmkappen vorgesehen sind, die mit ihren Büchsen an der Ringkammerwand axial geführt und mit nacheinander verformbaren Krallenköpfen in konischen Bohrungen vorgesetzter Distanzdruckringe abgestützt sind, wobei die Verformungswiderstände von Dichtungsring und den Krallenköpfen der beiden Klemmkappen bis zur äusseren Klemmkappe hin in drei Stufen abnehmend abgesetzt sind.
Durch die Vielzahl der Krallen werden die mechanischen Klemmstellen in der Zahl vergrössert und die Oberfläche des Rohres weitestgehend schonend behandelt. Damit sind gute Voraussetzungen dafür geschaffen, dass die Verbindung auch nach mehrmaligem Lösen immer wieder neu an den gleichen Rohrenden zuverlässig abgedichtet und festgeklemmt hergestellt werden kann. Die vorgenannte, die Rohroberfläche schonende Arbeitsweise ist eine Folge der Verwendung des durch besondere Ringscheiben vor dem Abfliessen geschützten Kunststoff-Dichtungsringes.
In den Zeichnungen ist die Rohrverbindungsmuffe einschliesslich Rohrverbindung vor und nach dem Verspannen veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 und 2 je eine Ausführungsform der Muffe und der Rohrverbindung, in Fig. 1 vor und in Fig. 2 nach dem Verspannen, Fig. 3 eine Klemmkappe in Stirnansicht, Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Verbindungsmuffe einschliesslich der Mittel zum Dichten und Klemmen bei eingeschobenen Rohrenden, teilweise im Längsschnitt, und Fig. 5 die in Fig. 4'verwendete Klemmkappe in Stirnansicht.
Die dargestellten Rohrverbindungsmuffen--l--weisen zwei gleiche Anschlussenden auf. In jedes Anschlussende ist ein Endabschnitt eines Rohres-2 bzw. 3-eingesetzt. Die Muffe kann auch krümmerartig ausgebildet sein.
Zum Dichten und Festklemmen eines gewindelosen, d. h. aussenseitig glatten Rohrendes dienen mindestens folgende, in der Ringkammer --13-- zwischen einer inneren Kammerstirnwand --7-- und einer mit dem
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rechteckig profilierte Querschnittsform, wobei die Länge grösser ist als die radiale Dicke.
Die hinter den Dichtungsringen vorgesehene Kammerstirnwand --7-- kann in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise von einem Druckring--12--gebildet sein, der sich gegen einen in der Muffenmitte einspannbaren, lose eingesetzten ringartigen Bund abstützt, wobei letzterer eine Anschlagfläche-8-für das Rohrende bildet. Es kann aber auch gemäss Fig. 2 die Muffe selbst mit einem die Kammerstirnwand --7-- bildenden Ringkragen einschliesslich eines die Anschlagfläche--8--aufweisenden Bundes--11--ausgebildet sein. Die Ringkammer --13-- ist umfangsseitig von Zylindermantelflächen des eingeschobenen Rohres einerseits und des Muffengehäuses anderseits begrenzt.
Zusätzlich zu der in der Muffenringkammer --13-- geführten, in den Innenkonus --10-- des
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Diese Ringscheiben könnten auch als tellerförmig ausgebildet bezeichnet werden. Die radiale Breite der Ringfläche dieser teller- bzw. kegelstumpfförmigen Scheiben --15-- ist etwas grösser als die radiale Breite der Ringkammer--13--.
Die Ringscheiben bilden für den Dichtungsring und dessen Masse Bewehrungen. Sie bilden ferner den
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Muffe sind zum Rohr hin kleine Spalte--16--freigelassen, die das Einsetzen des Rohres erleichtern. Beim Einschrauben der Druckhülse-9-erfolgt durch den Axialschub zunächst das Pressen des Dichtungsringes, wobei die Ringscheiben--15--in die aus Fig. 2 ersichtliche radiale Stellung gebracht werden. Dabei legen sich diese Scheiben-15-spielfrei, u. zw. mit dem wesentlichsten Teil ihrer Fläche, gegen die Stirnseite des Kunststoff-Dichtungsringes an. Die Kanten der Ringscheiben werden gegen die Zylindermantelflächen des Rohres
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Beanspruchungen, d. h. Druckbelastungen, ausgesetzt werden, ohne dass die Masse des Dichtungsringes diesen Dichtungspressraum verlassen kann.
Jede der Klemmkappen--4--ist derart dimensioniert, dass ihre Krallen erst nach Verformung und fester Verspannung des Dichtungsringes in den steilen Innenkonus--10--des Distanzdruckringes--12--tiefer hineingleiten. Die steife Ausbildung der Krallen ist möglich, weil nunmehr durch die Bewehrungs-Ringscheiben die Masse des Dichtungsringes in einem Pressraum eingeschlossen ist und dadurch besonders hohen Belastungen ausgesetzt werden kann, wobei sich die Dichtungsmasse fest und dicht in alle Unebenheiten der Mantelfläche des Rohres hineinlegt.
Die Rohrverbindung lässt sich im Bedarfsfall lösen. Die Klemmkappen können mit Hilfe eines geeigneten Werkzeuges aus der Spannstellung zurückgezogen werden. Man kann in manchen Fällen auch mehrere Dichtungsringe, Distanzdruckringe, Ringscheiben und Klemmkappen hintereinander schalten.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 dienen zum Dichten und Festklemmen eines gewindelosen
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--9-- in axialInnenkonus --10-- und eine zweite Klemmkappen-4'-, die ebenfalls in die Mantelfläche des Rohres eindrückbare Sperrkrallen--14--aufweist.
Wesentlich ist bei dieser Bauart die Ausrüstung der Muffe mit mehreren artgleichen büchsenartigen Klemmkappen-4'--, deren Büchsenabschnitte stark profiliert sind, wobei die eine Büchse in der Rückseite einen Innenkonus an Stelle des zweiten Distanzdruckringes aufweisen kann.
Die beiden vorgesehenen artgleichen Klemmkappen--4, 4'-- weisen einen unterschiedlichen Verformungswiderstand auf, u. zw. derart, dass die Klemmkappe--4--mit dem geringeren Verformungswiderstand jeweils näher zum Dichtungsring --6-- angeordnet ist als die Klemmkappe --4'-mit dem höheren Verformungswiderstand. Beim Einschrauben der Druckhülse-9-wird der axiale Schub
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Rohrmantel eingepresst.
Es findet damit eine in drei Stufen abgesetzte Dichtung und Verspannung statt. Erst füllt die Dichtung alle Unebenheiten aus, die an der Rohroberfläche oder auch in der Muffenringkammer vorhanden sein können.
Obwohl das Dichtungsmaterial normalerweise weicher ist als das Material der Klemmkappen, gewährleisten die Ringscheiben in der Dichtung eine Drucksteigerung, so dass, von der Verpressung der Dichtung ausgehend, erst die Krallen der Klemmkappen in die Eingriffsstellung gesteuert werden.