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Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur mechanischen Verbindung zweier Bauteile, insbesondere eines Rohres mit einem Maschinenteil, wobei zur dichten Verklemmung der zu verbindenden Teile eine Klemmvorrichtung vorgesehen ist, die aus einer auf bzw. in das Rohr od. dgl. schiebbaren, koaxial mit dem Rohr od. dgl. auf bzw. in diesem in axialer Richtung verstellbaren Muffe und einem auf die Muffe einen axialen und radialen Druck ausübenden, insbesondere kegelstumpfförmigen, auf die Muffe aufgeschobenem, durch Axialdruck radial verspannbarem Federring od. dgl., besteht.
Für die mechanische Verbindung zweier Teile sind bereits zahlreiche Kupplungen bekanntgeworden.
So ist durch die DE-OS 2259850 eine Klemmring-Rohrverschraubung bekanntgeworden, die einen Klemmring mit einer konischen Aussenfläche aufweist, die mit einer konischen Innenfläche einer Überwurfmutter zusammenwirkt. An der einen Stirnseite ist der Klemmring über einen federnden Hohlzylinder mit einem Dichtring verbunden, über den beim Einschrauben der Überwurfmutter in einem Aufnahmekörper eine Dichtung zwischen diesem und einem Rohrende erzielt wird. Diese Klemmring-Rohrverschraubung weist vor allem den Nachteil auf, dass der Klemmring keine Druckverteilung über die gesamte Kontaktfläche gewährleistet.
Durch die DE-AS 1525806 ist eine Rohrkupplung bekanntgeworden, bei der eine Druckhülse zwei nach innen gerichtete Innenschultern aufweist, die zur Herbeiführung der Dichtung in die Rohrwandung eingedrückt werden. Eine solche mechanische Deformierung des Rohres ist unerwünscht, da die Gefahr besteht, dass das Rohr beim Auftreten von Vibrationen bricht. Darüber hinaus ist es bei dieser Rohrkupplung unmöglich, diese bei Beibehaltung des gleichen Rohres wiederholt unter Herbeiführung einer wirksamen Dichtung zusammenzubauen und wieder auseinanderzunehmen. Auch diese Rohrkupplung gewährleistet keine gleichmässige Druckverteilung entlang der Kontaktfläche und auch keinen dichtenden Kontakt der Innenfläche der Druckhülse mit einer möglichst grossen, insbesondere der gesamten in ihrem Bereich liegenden Oberfläche des Rohres.
Durch die FR-PS Nr. 2. 296. 138 ist eine Rohrverbindung bekanntgeworden, bei der ein Dichtungsring als gesonderter Bauteil mit einem in der axialen Verstellrichtung hinten liegenden Ende einer Muffe verbunden ist. Der Dichtungsring darf dabei keinesfalls aus Metall bestehen, da sich in diesem Fall seine scharfkantige Vorderseite in das Rohr einschneiden würde. Darüber hinaus gewährleistet auch diese Rohrverbindung keine über die gesamte Kontaktfläche gleichmässige Druckverteilung. Der einzige Druck, der auf die Muffe ausgeübt wird, ist jener, der auf ihr hinteres Ende zufolge der konischen Fläche des Dichtungsrings verursacht wird.
In der DE-AS 1800923 ist eine Zug- und Schubsicherung für Schraubmuffen-Verbindungen von Rohren beschrieben, bei der ein Dichtungsring vorgesehen ist, der mittels eines Druckringes über einen Klemmring und einen Zwischenring zwischen ein Rohrende und die Innenfläche einer Muffe gedrückt wird. Bei dieser bekannten Kupplung sind an der Innenfläche des Klemmringes Zähne vorgesehen, die beim Eindrücken des Druckringes in das Rohrende einschneiden und damit dieses verformen. Darüber hinaus darf der Dichtungsring zur Vermeidung von Deformationen des Rohrendes, die über jene durch die Zähnung des Klemmringes verursachte hinausgehen, keinesfalls aus Metall bestehen.
Durch die AT-PS Nr. 333557 ist ferner eine Reibungskupplung bzw. -verbindung mit einem kegelstumpfförmigen Federring bekanntgeworden, der zur dichten Verklemmung der zu verbindenden Teile durch Axialdruck verdreht und dadurch radial verspannt wird, wobei zumindest einer der zu verbindenden Teile eine im wesentlichen zylindrische Fläche besitzt und eine aus dem kegelstumpfförmigen Federring und einer Muffe bestehende Klemmvorrichtung vorgesehen ist. Die Muffe ist koaxial mit der zylindrischen Fläche des einen zu verbindenden Teils auf bzw. in diesem in axialer Richtung verstellbar und der kegelstumpfförmige Federring im wesentlichen koaxial mit der Muffe mit mindestens einer seiner Randflächen an einer Aussen- bzw. Innenfläche derselben grenzend angeordnet. Zur Herbeiführung des auf den Federring wirkenden, den Innen- bzw.
Aussenrand des Federringes gegen die Muffe und diese gegen den zu verbindenden Teil drückenden Axialdrucks ist ein axial verstellbares, mit einem oder mehreren mechanischen Teilen verbundenes, insbesondere ringförmiges Anpresselement vorgesehen. Diese bekannte Reibungskupplung gewährleistet zwar eine dichte mechanische Verbindung, doch ist auch bei dieser eine plastische und mechani-
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sche Verformung des einen zu verbindenden Teils, insbesondere eines Rohres, nicht zu vermeiden.
Schliesslich sind durch die DIN-Vorschriften Rohrverbindungen bekanntgeworden, bei denen eine Scheibe aus gezogenem Kupfer durch Axialdruck gegen einen kegelförmigen Sitz verformt wird.
Von Nachteil ist dabei, dass beim Lösen der Verbindung die verformte Dichtungsscheibe durch eine neue, nicht verformte Scheibe ersetzt werden muss.
Auch zur Befestigung von eine mehrflächige bzw. mehreckige Aussenfläche besitzenden Bauteilen ist es bekanntgeworden, Rohre zu verwenden, die passend auf die zu verbindenden Bauteile aufgeschoben und mittels Schraubklemmen gegen die zu verbindenden Teile gepresst werden.
Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Kupplungen liegt darin, dass sie für den Anschluss eines Rohres oder Stabes an einen beliebigen Maschinenteil meist nicht geeignet sind, besonders dann nicht, wenn nicht genügend Platz zur Verfügung steht. Ein weiterer Nachteil liegt, wie dargelegt, darin, dass die bekannten Kupplungen keine Befestigung mit optimalen Befestigungs- und Dichtungseigenschaften ohne mechanische Verformung bzw. Beschädigung des befestigten Teils ermöglichen. Ein weiterer wesentlicher Nachteil vieler bekannter Kupplungen besteht darin, dass die durch die Verbindung bewirkte Befestigungskraft nicht ermittelt werden kann, was aber zur Schaffung einer optimalen Verbindung unter Berücksichtigung der Eigenschaften der zu verbindenden Teile im Hinblick auf Zugspannungen, innere Druckkräfte u. dgl. wesentlich wäre.
Schliesslich sind viele bekannte Kupplungen gegen Schwingungen, die auf die zu verbindenden Teile einwirken, nicht hinreichend widerstandsfähig, so dass derartige Verbindungen beim Auftreten solcher Schwingungen zerstört werden.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Kupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die dargelegten Nachteile vermieden werden und die auch ein wiederholtes Lösen und Verbinden gestattet, ohne dass irgendwelche Veränderungen in den Anschlusseigenschaften eintreten und ohne dass eine Veränderung bzw. eine Verformung der zu verbindenden Teile herbeigeführt wird.
Erfindungsgemäss weist die Muffe an ihrem in der axialen, die Klemmung herbeiführenden Verstellrichtung hinten liegenden Ende einen an sich bekannten elastischen bzw. federnden, wulstförmigen Dichtungsring auf, der bei axialer Verstellung der Muffe in eine an sich bekannte konische Ausnehmung eingreift, die der zweite, mit dem Rohr od. dgl. zu verbindende Teil bzw. ein in diesen eingesetzter Druckring aufweist, wobei der Dichtungsring im Längsschnitt in radialer Richtung durch zwei einander gegenüberliegende konvexe Flächen begrenzt ist.
Der wesentlichste Vorteil dieser Massnahme liegt darin, dass neben einer festen Verbindung auch eine einwandfreie Dichtung erzielt wird und hiefür ein nur geringer axialer Verstellweg der Muffe erforderlich ist.
Vorteilhafterweise ist die gegen das Rohr od. dgl. gerichtete Fläche der Muffe in der sich bekannter Weise in axialer Richtung konkav gewölbt.
Dadurch wird mit Sicherheit eine Verformung des Rohres od. dgl. vermieden. Darüber hinaus ist eine leichte Anpassung an die mechanischen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit und Verformungseigenschaft, des Rohres od. dgl. möglich. Dies ist von ausschlaggebender Bedeutung, wenn die Kupplung zur Befestigung von Rohren benutzt wird, die ein Gas oder eine Flüssigkeit unter Hochdruck leiten sollen. Die durch die Klemmvorrichtung auf das Rohr ausgeübte Kraft kann an die Wandstärke desselben und den durch das Gas bzw. die Flüssigkeit bewirkten Innendruck angepasst werden, wodurch eine optimale Befestigungskraft ohne Verformung des Rohres erzielt werden kann.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Dichtungseigenschaften auch dann erhalten bleiben, wenn die Verbindung mehrmals befestigt und gelöst worden ist. Darüber hinaus ist die erfindungsgemässe Kupplung auch äusserst widerstandsfähig gegen auf sie einwirkende Schwingungen.
Darüber hinaus beansprucht die erfindungsgemässe Kupplung nur wenig Platz, so dass sie auch an schwer zugänglichen Stellen verwendet werden kann. Dadurch, dass auch der Verstellweg der Muffe klein gehalten werden kann, kann auch der Verstellweg der Werkzeuge, mit Hilfe derer die Klemmvorrichtung geklemmt oder gelöst wird, klein gehalten werden. Das ermöglicht die Herstellung einer Verbindung auch an Stellen, an denen die Bewegungsfreiheit eines Werkzeuges, beispielsweise bei der Ausführung einer Drehbewegung, beschränkt ist. Ein weiterer Vorteil liegt ferner darin, dass die gewünschte Verbindung rasch hergestellt bzw. auch wieder gelöst werden
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kann.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der Zeichnungen, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel zur Verbindung eines Rohres mit einem Maschinenteil vor der Festklemmung der Klemmvorrichtung, Fig. 2 den gleichen Längsschnitt, jedoch mit festgeklemmter Klemmvorrichtung, Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel mit festgeklemmter Klemmvorrichtung mit einem gesonderten Druckring zur Verbindung von Teilen aus einem Werkstoff mit geringem Widerstand gegen plastische Verformung, Fig. 4 eine Variante hiezu, Fig. 5 einen vergrösserten Längsschnitt des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3, Fig. 6 einen teilweisen Längsschnitt durch eine vorzugsweise Ausführung der Muffe, Fig. 7 einen teilweisen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Muffe, Fig. 8 eine Vorderansicht des Beispiels nach Fig. 7, Fig.
9 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Anwendungsbeispiels für die erfindungsgemässe Kupplung und Fig. 11 einen Längsschnitt durch eine weitere Variante der erfindungsgemässen Kupplung.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Klemmvorrichtung - aus einem federnden Dichtungsring --2-- und einer Muffe --3--, die einen nach aussen gerichteten Flansch --4-- aufweist, an dem ein kegelstumpfförmiger Federring --5-- angreift, der die Muffe --3-- umfasst. Am Aussenumfang des Federrings --5-- greift ein Druckstück --6-- an, das ein Aussengewinde besitzt und in einem rohrförmigen Ende --7-- endet.
Zur Verbindung des Rohres --9-- mit einem beliebigen Teil --8-- drückt das Druckstück - beim Einschrauben in den Teil --8-- über den Federring --5-- gegen die Muffe --3--, die axial verschoben und durch Verwindung des Federrings --5-- gegen den Aussenumfang des Rohres - -9- gepresst wird.
Der Teil --8-- weist eine konische Ausnehmung --10-- auf, in die der Dichtungsring --2-im Zuge der Axialverschiebung der Muffe --3-- hineingedrückt wird.
Die Innenfläche der Muffe --3-- ist in axialer Richtung geringfügig konkav gewölbt, so dass die Muffe --3-- zunächst nur mit ihren Enden an der Aussenfläche des Rohres --9-- aufliegt, im Zuge des vom Federring --5-- auf sie ausgeübten Druckes aber mehr oder minder mit der ganzen Innenfläche an das Rohr --9-- gepresst wird.
Der elastische, federnde Dichtungsring --2--, den die Muffe --3-- an ihrem in der axialen Verstellrichtung hinten liegenden Ende aufweist, ist im Längsschnitt in radialer Richtung durch zwei konvexe Flächen und in axialer Richtung durch eine durch diese beiden konvexen Flächen gebildete stirnseitige konvexe Fläche begrenzt.
Wird das Druckstück --6- in den Teil --8-- eingeschraubt, so wird die Muffe --3-- zufolge der Verwindung des Federrings --5-- nicht nur gegen die Aussenfläche des Rohres --9-- gedrückt, sondern auch geringfügig in axialer Richtung verschoben, wobei der Dichtungsring --2-- in die konische Ausnehmung --10-- gepresst wird und den Teil --8-- gegen das Rohr --9-- abdichtet.
Durch den auf die Muffe --3-- ausgeübten radialen Druck durch die Federkraft des Federrings - wird die Muffe --3-- und damit der Teil --8-- mit dem Rohr --9-- durch Reibungsschluss fest verbunden.
Die Muffe --3-- weist in der Axialrichtung einen sich verändernden Querschnitt auf, wobei vorzugsweise der Mittelteil einen grösseren Querschnitt aufweist als die beiden Enden. Da die Muffe - im Längsschnitt die Form eines Balkens aufweist, kann die Dimensionierung der Muffe und die Tiefe der an ihrer Innenfläche vorgesehenen Ausnehmung an Hand von Berechnungsformeln konstruiert werden, wie sie für Balken, die zwischen zwei Stützpunkten einer Belastung ausgesetzt werden, zur Verwendung gelangen. Die auf die Muffe --3-- durch den Federring --5-- ausgeübte Kraft wird durch entsprechende Wahl des Federrings --5-- und durch Festlegung des Verwindungswinkels desselben bemessen.
Bei entsprechender Dimensionierung kann im festgeklemmten Zustand ein vollständiges Anliegen der Innenfläche der Muffe --3-- am Rohr --9-- erreicht werden, wobei auch der Reibungsdruck in Einklang mit den Eigenschaften der plastischen Verformung des Rohres - gebracht werden kann.
Für das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist vorausgesetzt, dass der
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setzung bei vielen Werkstoffen, die für den Teil --8-- herangezogen werden können, nicht gegeben ist und der Teil --8-- an der Eingriffsstelle des Dichtungsrings --2-- leicht verformt werden kann, ist gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ein in den Teil --8-- einsetzbarer Druckring - vorgesehen, der seinerseits die dem Eingriff des Dichtungsrings --2-- dienende konische Ausnehmung --10-- aufweist.
Der Teil --8--, in dem sich die Klemmvorrichtung-l-befindet, weist bei diesem Ausführungsbeispiel zwei konische Ausnehmungen --13, 14-- auf, in die der Druckring --11-- mit einer nach aussen konvexen Oberfläche eingreift, wodurch der Eingriffsdruck an zwei getrennten Stellen zur Wirkung kommt. Die dichtenden Eigenschaften zwischen dem Druckring --11-- und dem Teil - -8--, der die Klemmvorrichtung-l-umgibt, werden dadurch verbessert.
Eine Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 ist in Fig. 4 veranschaulicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Teil --8-- nur eine konische Ausnehmung --15-- für den Druckring - auf. Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders in jenen Fällen vorteilhaft, in denen der Teil --8-- aus einem harten oder halbharten Material besteht.
Im allgemeinen gewährleistet aber das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 universellere, vom
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--8-- unabhängigere--10-- des Druckrings --11-- verschieden sind.
Um die Dichtung zwischen der Muffe --3-- bzw. dem Dichtungsring --2-- und dem Rohr - zu verbessern, ist es, wie in Fig. 6 dargestellt, vorteilhaft, an deren Innenfläche eine oder mehrere im Querschnitt konkave, ringförmige Ausnehmungen --16, 17-- vorzusehen, die voneinander distanziert neben der Stirnfläche des Dichtungsrings --2-- angeordnet sind.
Bei dem in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Dichtungsring - als gesonderter Bauteil mit dem in der axialen Verstellrichtung hinten liegenden Ende der Muffe --3- federnd verbunden, wobei der Dichtungsring --2-- einen Befestigungsring --18-- aufweist, der in eine Ringnut --19-- der Muffe --3-- eingreift. Um den Dichtungsring --2-- leicht mit der Muffe --3-- verbinden zu können, weist diese, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, einen durchgehenden axialen Schlitz --20-- bzw. eine axiale Nut auf, demzufolge der Aussendurchmesser des die Ringnut --19-- aufweisenden Teils --21-- der Muffe --3-- auf einen kleineren Betrag zusammendrückbar ist als der Innendurchmesser des Befestigungsrings --18--, so dass dieser leicht auf den Teil --21-- aufgeschoben werden kann.
Nach Fortlassen der die Muffe --3-- zusammendrückenden Kraft wird der Befestigungsring-18-- in der Ringnut --19-- gehalten, und damit der Dichtungsring - mit der Muffe --3-- in axialer Richtung fest verbunden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Dichtungsring --2-- eine ringförmige Ausnehmung --22-- an seiner Innenfläche auf.
Darüber hinaus sind aber auch an der Innenfläche der Muffe --3-- ringförmige Nuten --23-- vor- gesehen, durch die nicht nur die Reibungshaftung am Rohr --9--, sondern auch die Dichtung verbessert wird.
Dadurch, dass der Dichtungsring --2-- und die Muffe --3-- gesonderte Bauteile bilden, wird nicht nur die Herstellung erleichtert. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass nur wenige Teile auf Lager gehalten werden müssen, da verschiedene Formen des Dichtungsrings --2-- bzw. der Muffe --3-- mit verschiedenen Eigenschaften miteinander kombiniert werden können.
Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen einen kegelstumpfförmigen verwindbaren Federring --5-- auf. An dessen Stelle können aber auch andere Ausführungen treten.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ist der Dichtungsring --2-- gleichfalls als gesonderter Bauteil mit der Muffe --3-- verbunden. Die Muffe --3-- weist jedoch eine geneigte Aussenfläche auf, gegen die ein Federring --12-- drückt, der mit einer inneren Schrägfläche des Druck- stücks --6-- zusammenwirkt, wobei bei einer Axialbewegung desselben der Federring --12-- eine Kraft auf die Muffe --3-- ausübt.
Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Anwendungsbeispiels der erfindungsgemässen
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dem Maschinenteil und den Abbiegungen ein verhältnismässig grosser Abstand eingehalten werden.
Dieser Abstand kann bei Anwendung der erfindungsgemässen Kupplung äusserst klein gehalten werde, so dass der Anschluss auch unterhalb des Maschinenteils durchgeführt werden kann.
Fig. 11 zeigt schliesslich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Druckstück - nicht unmittelbar auf den Federring --5--, sondern auf die Muffe --3-- wirkt. Der Federring --5-- liegt zwischen dem Flansch --4-- und einer Schulter --24-- des Teils --8--, wobei die Schulter --24-- in der Verstellrichtung des Druckstücks --6-- hinter dem Flansch --4-- liegt.
Das Druckstück --6-- liegt vor der Muffe --3--, so dass beim Einschrauben des Druckstücks --6-- in den Teil --8-- die Muffe -3-- axial verschoben und der Federring --5-- verklemmt wird, so dass einerseits durch das Eindringen des Dichtungsrings --2-- in die konische Ausnehmung --10-- eine einwandfreie Dichtung, anderseits durch den auf die Muffe --3-- durch den Federring --5-- ausge- übten radialen Druck ein fester Reibungsschluss mit dem Rohr --9-- erzielt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vor allem können an die Stelle der in den Zeichnungen dargestellten Rohre auch Bauteile mit vollem Querschnitt, also Stangen u. dgl. treten. Der Querschnitt der Rohre oder Stangen muss auch nicht kreisförmig sein, sondern kann jede beliebige Form aufweisen, z. B. elliptisch oder vieleckig sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kupplung zur mechanischen Verbindung zweier Bauteile, insbesondere eines Rohres mit einem Maschinenteil, wobei zur dichten Verklemmung der zu verbindenden Teile eine Klemmvorrichtung vorgesehen ist, die aus einer auf bzw. in das Rohr od. dgl. schiebbaren, koaxial mit dem Rohr od. dgl. auf bzw. in diesem in axialer Richtung verstellbaren Muffe und einem auf die Muffe einen axialen und radialen Druck ausübenden, insbesondere kegelstumpfförmigen, auf die Muffe aufgeschobenen, durch Axialdruck radial verspannbaren Federring od. dgl. besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Muffe (3) an ihrem in der axialen, die Klemmung herbeiführenden Verstellrichtung hinten liegenden Ende einen an sich bekannten elastischen bzw.
federnden, wulstförmigen Dichtungsring (2) aufweist, der bei axialer Verstellung der Muffe (3) in eine an sich bekannte konische Ausnehmung (10) eingreift, die der zweite, mit dem Rohr (9) od. dgl. zu verbindende Teil (8) bzw. ein in diesen eingesetzter Druckring (11) aufweist, wobei der Dichtungsring (2) im Längsschnitt in radialer Richtung durch zwei einander gegenüberliegende konvexe Flächen begrenzt ist.