CH620510A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrkupplung mit einem um die zu verbindenden Rohrenden spannbaren Gehäuse, in dem eine im Axialquerschnitt C-förmige, nach innen offene Dichtmanschette eingeschlossen ist, deren beide Stirnseiten je auf der äusseren Mantelfläche eines kegelstumpfförmigen, an seinem Aussenumfang in axialer Richtung im Gehäuse gehaltenen und am Umfang der Rohrenden mit Krallen angreifenden Spannringes abgestützt sind.

Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 2 428 101 ist eine solche Rohrkupplung bekannt geworden. Sie ist geeignet, unvorbereitete, d. h. einfach abgelängte Rohre gleich welchen Werkstoffes ohne weitere Vor- oder Nachbearbeitung zu verbinden. Während sich bei der bekannten Rohrkupplung unmittelbar nach dem Spannen des Gehäuses um die zu verbindenden Rohrenden sich zwischen diesen eine einwandfrei dichte Verbindung ergibt, noch bevor die Rohre mit einem Innendruck belastet werden, hat sich gezeigt, dass diese vorbekannte Kupplung in gewissen Fällen bei nur festgespanntem Gehäuse aber noch nicht druckbelasteten Rohren in axialer Richtung lediglich eine kraftschlüssige Verbindung darstellt. Dies deshalb, weil die Krallen der Spannringe beim Spannen des Gehäuses (je nach Werkstoff der Rohre) noch nicht ausreichend in die Mantelfläche der Rohre eindringen können.

Mit anderen Worten wird bei der vorbekannten Kupplung der Öffnungswinkel der kegelstumpfförmigen Spannringe zunächst verkleinert. Erst wenn die Rohre einem Innendruck ausgesetzt sind, der durch den Rohrstoss auch auf die Innenseite der Manschette wirkt, erhöht sich auch der Anpressdruck deren Stirnseiten auf die äussere Mantelfläche der Spannringe (die im Gehäuse axial gehalten sind), so dass diese erst dann unter Vergrösserung ihres Öffnungswinkels mit ihren Krallen ausreichend in die Mantelfläche der verbundenen Rohre eindringen. Erst beim Vorhandensein eines Innendruckes in den Rohren bietet somit die vorbekannte Kupplung auch in axialer Richtung eine einem Formschluss gleichwertige Verbindung. Dies mag überall dort angehen, wo eine wesentliche Axialbeanspruchung der Rohrverbindung erst bei aufkommendem Innendruck auftritt, also z. B. bei kürzeren Rohrleitungen und bei solchen, deren einzelne Rohrabschnitte durch zusätzliche Mittel wie Rohrbriden und dergleichen, gehalten werden.

Bei längeren Rohrleitungen indessen lassen sich zum Beispiel Axialbeanspruchungen an bereits mit einer festgespannten Kupplung versehenen Verbindungsstellen kaum vermeiden, wenn noch kein Innendruck oder zeitweilig kein Innendruck mehr ansteht. Dies ist zum Beispiel bei der Montage längerer Rohrleitungen der Fall, aber auch bei zeitweilig drucklosen Rohrleitungen infolge Wärmeausdehnung der Rohre.

Eine Axialbeanspruchung bei einer nur kraftschlüssig angreifenden Kupplung führt aber zu einer Axialverschiebung des einen und/oder des anderen Rohrendes in bezug auf die Kupplung. Diese Axialverschiebung ist nicht nur an sich unerwünscht, sondern birgt, namentlich bei sehr rauhen Aussen-flächen der Rohre, das Risiko in sich, dass bei der bekannten Kupplung die an den Enden der C-förmigen Dichtmanschette ausgebildete Dichtlippe beschädigt, z. B. abgescheuert wird, so dass dessen Dichtfähigkeit in Frage gestellt wird.

Es ist daher ein Zweck der Erfindung, eine Kupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der sich beim Festspannen des Gehäuses nicht nur eine dichte, sondern auch eine einem Formschluss gleichkommende Verbindung der Rohrenden ergibt.

Zu diesem Zweck ist die vorgeschlagene Kupplung er-findungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Spannringe im Bereich ihres grösseren Durchmessers mittels einer sowohl an ihrer äusseren als auch an ihrer inneren Mantelfläche angreifenden Fassung im Gehäuse verspannt sind.

Dabei kann die Fassung wenigstens zwei in ihrem Durchmesser federnd, begrenzt verengungsfähige Ringsegmente aufweisen, von denen das eine an der inneren und das andere an der äusseren Mantelfläche des zugeordneten Spannringes angreift. Diese Ringsegmente sind vorteilhaft in der Form von Sprengringen ausgebildet, deren Spalte in bezug aufeinander verdreht angeordnet sind. Mindestens das eine dieser Ringsegmente kann eine kegelige Fläche aufweisen, die flächig auf der zugeordneten Mantelfläche des Spanns

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ringes anliegt. Zweckmässig ist dieses Ringsegment mit der kegeligen Fläche jenes, das an der äusseren Mantelfläche des Spannringes angreift. Das an der inneren Mantelfläche des Spannringes angreifende Ringsegment kann längs einer Kreislinie, d. h. nicht flächig an dieser Mantelfläche anliegen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist nachstehend anhand der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer zur Montage auf Rohrenden bereiten Rohrkupplung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II—II der Fig. 1, mit in die Kupplung eingeführten Rohrenden, wobei dieser Schnitt in zwei übereinander angeordneten Hälften dargestellt ist: Die obere Hälfte entspricht im wesentlichen der in Fig. 1 links erscheinenden Hälfte, bei noch lose über das entsprechende Rohrende gezogener Kupplung, die untere Hälfte dagegen der in Fig. 1 rechts erscheinenden Hälfte bei festgespanntem Gehäuse;

Fig. 3 und 4 in perspektivischer Darstellung zwei der Elemente der in Fig. 1 dargestellten Kupplung, als wären diese Elemente der Fig. 1 ohne Verdrehung entnommen worden, und

Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine Ausführungsvariante des in Fig. 3 dargestellten Elementes.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Rohrkupplung 10 weist ein Gehäuse 11 etwa in der Form einer Spannbride oder -muffe auf, dessen Gehäusekörper 12 im wesentlichen zylindrisch ist und an seinen stirnseitigen Enden nach innen umgebogene Flansche 13,14 aufweist. Das Gehäuse 11 ist einstückig aus einem hochfesten Blech, z. B. aus rostfestem Stahl hergestellt. Nach aussen und voneinander weg umgebogene, einstückig mit dem Gehäuse ausgebildete Lappen 15, 16 umschliessen je einen zum Beispiel zylindrischen Spannbalken 17 bzw. 18, welche Balken mittels einer Anzahl Bolzen — hier zwei Innensechskantbolzen 19, 20 — miteinander verbunden sind. Die freien Endkanten der Lappen 15,16 sind zweckmässig mit der äusseren Mantelfläche des Gehäusekörpers 12 verschweisst.

Im vorstehenden Beispiel sind die Köpfe 21, 22 der Innensechskantbolzen 19 bzw. 20 durch in dem Lappen ausgebildete Langlöcher 23 bzw. 24 zugänglich. Der an die Köpfe 21, 22 anschliessende Teil der Bolzen 19, 20 greift mit etwas Spiel durch nicht dargestellte Querbohrungen im Spannbalken 17, durch nicht sichtbare Öffnungen im gebogenen Bereich des Lappens 15, sodann mit Spiel durch Öffnungen 25, 26 im gebogenen Bereich des Lappens 16 und schliesslich in mit einem Innengewinde versehene Querbohrungen im Spannbalken 18. Aus dem Gesagten ergibt sich, dass das Gehäuse 11 durch Anziehen der Bolzen 19, 20 sich in der Art einer Spannbride oder -muffe zusammenziehen oder festspannen lässt.

Für die im Gehäuse 11 zwischen den Flanschen 13 und 14 vorhandenen Bestandteile sei insbesondere auf die Fig. 2 verwiesen. Das Gehäuse 11 umschliesst eine in ihrem Axialquerschnitt C-förmige, nach innen offene Dichtmanschette 27, vorzugsweise aus einem synthetischen Gummi, deren Steg 28 mit seiner Aussenseite unter Zwischenlage einer Stahlbandeinlage 29 an der zylindrischen Innenseite 30 des Gehäusekörpers 12 satt anliegt. Die Stahlbandeinlage 29 dient unter anderen Dingen dazu, die zwischen den gebogenen Bereichen der Lappen 15,16 vorhandene Lücke (in Fig. 1 mit 31 bezeichnet) zu überbrücken. Auf die Stahlbandeinlage 29 wird noch zurückzukommen sein.

An den Steg 28 der Dichtmanschette 27 schliessen beider-ends deren als Dichtlippen 32 bzw. 33 ausgebildete Enden an. Die Dichtlippen 32, 33 weisen an ihrer freien Endkante eine scharfe Dichtkante 34 bzw. 35 auf, die beim Spannen des Gehäuses 11 dichtend auf die Mantelfläche der durch die

Kupplung 10 zu verbindenden Rohrenden 36, 37 zu liegen kommen (im oberen Teil der Fig. 2 ist das Gehäuse 11 noch nicht festgespannt). An der dem Steg 28 zugekehrten Seite jeder der Dichtlippen 32, 33 ist eine nach aussen offene, im Querschnitt etwa halbkreisförmige Ringnut 38 bzw. 39 ausgebildet, in der ein praktisch in sich geschlossener, leicht gedehnter, metallischer Schraubfederring 40 bzw. 41 eingebettet liegt. Dieser stützt mit seinem Aussenumfang einen vergleichsweise dünnwandigen Bereich 42 bzw. 43 des Steges 28 an dessen Innenseite und ist umgekehrt auch darauf abgestützt. Zwischen den Ringnuten 38, 39 und der eigentlichen Wurzel 44, 45 der Dichtlippen 32, 33, ist ein ringförmiger Hohlraum 46, 47 vorhanden, der durch die Windungen der Schraubfederringe 40, 41 hindurch mit dem Raum 48 zwischen der Innenseite des Steges 28 und der Aussenseite der Rohrenden 36, 37 in Verbindung steht.

Der Sinn dieser Anordnung ist der folgende: Die Schraubfederringe 40, 41 üben im wesentlichen vier Funktionen aus. Dadurch, dass sie mit ihrem Aussenumfang an der Innenseite der Bereiche 42 bzw. 43 abgestützt sind, bieten sie erstens Gewähr dafür, dass beim Spannen des Gehäuses die Dichtlippen 32, 33 sofort mit einer grösseren radialen Anpresskraft als nur durch die eigene Elastizität an die Aussenseite der Rohrenden 36 bzw. 37 angepresst werden. Zweitens bieten sie, da sie leicht gedehnt sind, Gewähr dafür, dass der Innendruck der Rohre, der über den Rohrstoss hindurch den Raum 48 beaufschlagt, auch auf der ganzen Länge der dem Steg 28 zugekehrten Seite der Dichtlippen 32 bzw. 33 einschliesslich der Hohlräume 46, 47 wirksam wird und somit die Dichtlippen an ihrem gesamten Aussenumfang hydrostatisch nach innen anpresst. Drittens bieten die Schraubfederringe Gewähr dafür, dass insbesondere beim Nachlassen der Eigenelastizität des Materials der Dichtmanschette infolge Alterung und/oder mehrmaliger, insbesondere über längere Zeit erfolgter thermischer Wechselbeanspruchung, die Dichtlippen 32 und 33 stets an dem Aussenumfang der Rohrenden 36, 37 gedrängt bleiben, auch wenn einmal kein Innendruck herrscht und wenn das unter Umständen nicht mehr ausreichend elastische Material der Manschette ein Abheben der Dichtlippen 32 und 33 ermöglichen würde. Viertens verhindern die Schraubfederringe 40,41 auch ein Abheben der dünnwandigen Bereiche 42, 43 des Manschettensteges 28 von der Stahlbandeinlage 29, das besonders bei den praktisch unvermeidbaren Alterungserscheinungen von Gummimaterial bei thermischer Wechselbeanspruchung bei Wegfall des Rohrinnendruckes auftreten kann.

Dieser zuletzt genannten Erscheinungen tritt auch die besondere Profilierung der Innenseite des zwischen den Dichtlippen 32 und 33 liegenden Bereiches des Steges 28 entgegen. Man erkennt, dass dieser Bereich nicht eine konstante Wandstärke aufweist, sondern im axialen Abstand voneinander angeordnete, ringförmige und nach innen ragende Wülste 49, die mit dünnwandigeren Abschnitten 49' abwechseln. Diese Wülste 49 und dünnwandigeren Abschnitte 49' verleihen der Innenseite des Steges ein gewelltes Profil. Dieses Profil ist in Fig. 1 mit der punktierten Linie 50 angedeutet. Die Wülste 49 dienen dabei als radial nach aussen drängende Versteifungsrippen, deren Wirksamkeit mit steigender Temperatur und mithin mit zunehmender Ausdehnung des Materials der Dichtmanschette ebenfalls steigt. Diese Wülste 49 verhindern ein Abheben des Steges 28 von der Stahlbandeinlage 29, selbst wenn das Manschettenmaterial schon so weit gealtert ist, dass seine elastischen Eigenschaften eher plastischen Eigenschaften Platz gemacht haben.

Die Stirnseiten der Dichtmanschette 27 sind in zwei im wesentlichen kegelige Flächen 51, 52 bzw. 53, 54 aufgeteilt. Die radial äusseren, kegeligen Flächen 51, 53 liegen an den nach innen umgebogenen Seitenrändern 55, 56 der Stahl-

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bandeinlage 29 an. Diese selbst besitzt zweckmässigerweise — was allerdings nicht dargestellt ist — bei ungespanntem Gehäuse 11 die Form einer nicht ganz geschlossenen Windung, wobei deren Enden etwa so weit auseinander liegen wie die gebogenen Abschnitte der Lappen 15, 16, wobei jedoch — versteht sich — diese Enden der Stahlbandeinlage vorzugsweise an einer der Lücke 31 diametral gegenüberliegenden Stelle angeordnet sind.

Die inneren kegeligen Flächen 52 bzw. 54 der Stirnseiten der Manschette 27 liegen je satt auf einem kegelstumpfförmigen Spannring 58 bzw. 57 an. Diese ebenfalls aus hochfestem Stahl, beispielsweise rostfestem Stahl, gefertigten Spannringe bestehen aus einem Band, das konisch zu etwas mehr als einer Windung mit einander lose überlappenden Windungsenden aufgebogen wurde. Sie sind an ihrem grösseren Durchmesser im Gehäuse in der Kehle 59 bzw. 60 zwischen dem Gehäusekörper 12 einerseits und dem Flansch 14 bzw. 13 andererseits axial gehalten. Im Bereich ihres kleineren Durchmessers weisen die Spannringe eine grosse Anzahl, durch J-förmige Einschnitte entstandene Lamellen 61 auf, die aus der kegeligen Fläche des Spannringes herausgedreht sind, so dass sie einander schuppenartig überlappen.

Die freie Endkante jeder dieser Lamellen 61 bildet somit eine Kralle 62, die dazu bestimmt ist, in die Mantelfläche der zu verbindenden Rohrenden 36, 37 einzudringen und sich daselbst festzukrallen.

Wenn nun ausgehend von der in Fig. 2 oben dargestellten Lage das Gehäuse 11 über Rohrenden gespannt wird, die aus einem besonders zähen oder harten Werkstoff sind, vermöchten sich die Krallen 62 — wie bei der vorbekannten Kupplung — nicht in ausreichendem Masse an der Aussenfläche der Rohrenden zu verankern, als dass eine einem Formschluss gleichwertige Verbindung zustande, käme, weil sie sich zunächst nur anlegen und sodann, beim weiteren Spannen des Gehäuses die Spannringe sich elastisch zu einem spitzeren-Kegel verformen.

Dies ist jedoch bei der dargestellten Kupplung nicht der Fall und zwar weil beide Spannringe 57, 58 im Bereich ihres grösseren Durchmessers, also im Bereich der Kehle 60 bzw. 59, durch eine sowohl an der äussern als auch an der innern Mantelfläche angreifenden Fassung verspannt sind. Diese Fassung besteht einerseits aus einem äusseren, massiven Sprengring 63 (vergleiche Fig. 4), der einen Querschnitt in Form eines Dreiecks mit nach innen weisender Spitze aufweist. Der Sprengring 63 besitzt somit eine zylindrische Aussenfläche 64, die satt an der Innenseite 30 des Gehäusekörpers 12 im Bereich der Kehlen 59, 60 anliegt, eine erste kegelige Fläche 65, die satt an dem Seitenrand 55 bzw. 56 und damit an der konischen Fläche 51 bzw. 53 der Stirnseite der Manschette 27 anliegt und endlich eine zweite kegelige Fläche, die satt an der äusseren Mantelfläche der Spannringe 57 bzw. 58 anliegt. Die Enden 67, 68 (Fig. 4) des Sprengringes 63 liegen (bei ungespanntem Gehäuse) höchstens so weit auseinander, wie die gebogenen Abschnitte der Lappen 15, 16, so dass sie beim Spannen des Gehäuses 11 satt aufeinander zu liegen kommen und der Sprengring 63 zu einem steifen, in sich geschlossenen Ring wird. Die Lücke bzw. der Spalt zwischen den Enden 67 und 68 ist selbstverständlich in bezug auf die Lücke 31 verdreht angeordnet, wie sich aus Fig. 4 im Zusammenhang mit Fig. 1 ergibt.

Andererseits besteht die Fassung der lameliierten Spannringe 57, 58 aus einem weiteren, an ihrer inneren Mantelfläche angreifenden Sprengring 69 (Fig. 3), der in der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Dieser Sprengring 69 ist auf der Innenseite des Flansches 13 bzw. 14 abgestützt. Die Enden 70, 71 des Sprengringes 69 liegen (bei ungespanntem Gehäuse 11) etwa gleich weit auseinander wie die Enden 67, 68 des Sprengringes 63 und kommen bei gespanntem Gehäuse 11 satt aufeinander zu liegen. Die Lücke bzw. der Spalt zwischen den Enden 70 und 71 ist in der Kupplung 10 sowohl in bezug auf die Lücke 31 als auch auf die Lücke zwischen den Enden 67 und 68 verdreht angeordnet.

Daraus ergibt sich, dass durch die durch die Sprengringe 63 und 69 gegebene Fassung der Spannringe 58 und 57 diese sich trotz der Nachgiebigkeit des Materials der Manschette 27 beim Spannen des Gehäuses 11 nicht elastisch zu einem Kegelstumpf mit spitzerem Öffnungswinkel verformen können, sondern gezwungen werden, sich mit ihren Krallen 62 unmittelbar in die Aussenfläche der zu verbindenden Rohrenden 36, 37 zu verankern, selbst wenn im Raum 48 noch kein hydrostatischer Druck ansteht, der über die inkompres-sible Manschette dasselbe bewirken würde. Von allem Anfang an bietet somit die dargestellte Kupplung 10 nicht nur eine dichte, sondern auch eine einem Formschluss in axialer Richtung sowie in Verdrehungsrichtung gleichkommende Verbindung der Rohre, sobald das Gehäuse 11 festgespannt ist. Bei der vorbekannten Kupplung konnte dies erst dann erreicht werden, wenn der Innendruck der Rohre auf die Manschette wirksam wird.

Eine Ausführungsvariante für den Sprengring 69 ist in Fig. 5 dargestellt und mit 69' bezeichnet. Dieser besitzt einen dreieckigen Querschnitt und somit eine kegelige Fläche 72, die zur Anlage an die innere Mantelfläche des Spannringes 57 bzw. 58 bestimmt ist, sowie eine ebene Ringfläche 73, die zur Anlage an die Innenseite des Flansches 13 bzw. 14 bestimmt ist. Von Bedeutung ist — und dies gilt auch für den Sprengring 69 — dass der radial innerste Angriffspunkt des an der inneren Mantelfläche des Spannringes 57, 58 angreifenden Sprengringes auf einem grösseren Durchmesser liegt als der innerste Angriffspunkt des an der äusseren Mantelfläche des Spannringes 57 bzw. 58 angreifenden Spannringes. Dadurch bleibt dem Spannring 57 bzw. 58 die Möglichkeit erhalten, seinen Öffnungswinkel unter der Wirkung des im Räume 48 anstehenden Druckes zu vergrössern, mit der Folge, dass die Krallen 62 sich noch tiefer in die Aussenfläche der zu verbindenden Rohrenden eingraben.

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1. Rohrkupplung mit einem um die zu verbindenden Rohrenden spannbaren Gehäuse, in dem eine im Axialquerschnitt C-fönnige, nach innen offene Dichtmanschette eingeschlossen ist, deren beide Stirnseiten je auf der äusseren Mantelfläche eines kegelstumpfförmigen, an seinem Aussenum-fang in axialer Richtung im Gehäuse gehaltenen und am Umfang der Rohrenden mit Krallen angreifenden Spannringes abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannringe (57, 58) im Bereich ihres grösseren Durchmessers mittels einer sowohl an ihrer äusseren als auch an ihrer inneren Mantelfläche angreifenden Fassung (63, 69) im Gehäuse (11) verspannt sind.

2. Rohrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung wenigstens zwei in ihrem Durchmesser federnd und begrenzt verengungsfähige Ringsegmente (63 bzw. 69) aufweist, von denen das eine an der inneren und das andere an der äusseren Mantelfläche des zugeordneten Spannringes (57 bzw. 58) angreift.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Rohrkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente in der Form von Sprengringen ausgebildet sind, deren Spalte in bezug aufeinander verdreht angeordnet sind (Fig. 1 und 3,4).

4. Rohrkupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das eine Ringsegment (63),

eine kegelige Fläche (66) aufweist, die flächig auf der zugeordneten Mantelfläche des Spannringes (57, 58) anliegt.

5. Rohrkupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das an der äusseren Mantelfläche angreifende Ringsegment (63) eine kegelige, an dieser Mantelfläche flächig anliegende, sowie eine zylindrische, an der Innenseite (30) des Gehäuses (11) flächig anliegende Fläche (66 bzw. 64) aufweist.

6. Rohrkupplung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das an der inneren Mantelfläche des Spannringes (57, 58) angreifende Ringsegment (69) längs einer Kreislinie an dieser Mantelfläche anliegt.

7. Rohrkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das an der äusseren Mantelfläche angreifende Ringsegment (63) einen Querschnitt in der Form eines Dreieckes mit nach innen weisender Spitze aufweist (Fig. 4).

8. Rohrkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das an der inneren Mantelfläche angreifende Ringsegment (69) einen kreisrunden Querschnitt aufweist (Figur 3).

9. Rohrkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das an der inneren Mantelfläche des Spannringes angreifende Ringsegment (69') eine kegelige Fläche (72) aufweist, die flächig an dieser Mantelfläche anliegt.

10. Rohrkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantellinie der an der inneren Mantelfläche des Spannringes (57, 58) anliegenden, kegeligen Fläche (72) kürzer ist als jene der an der äusseren Mantelfläche des Spannringes (57, 58) anliegenden, kegeligen Fläche (66).