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PATENTANSPRÜCHE
1. Kupplungsvorrichtung zur Herstellung einer permanenten Rohrverbindung, bei der die Rohrendpartie (5) durch zonenweise Kaltverformung mittels eines achsial zu verschiebenden Pressringes (4) zu einer formschlüssigen Verbindung mit einem in die Rohrendpartie eingesetzten Stutzen (1) eines Rohrformstückes (2) verpresst wird, wobei eine auf die Rohrendpartie aufzuschiebende Hülse (3) mit einem ringförmigen Aussenwulst (7) vorgesehen ist, die beim Aufpressen des Pressringes verformt wird, so dass das Hülsenmaterial in der Wulstzone (8) radial nach innen verdrängt wird und wobei das Rohrformstück einen Flansch (6) aufweist, an dem die Rohrendpartie, die Hülse und der Pressring zum Anschlag kommen, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressring (4) an seinem hinteren Ende einen ringförmigen Innenwulst (10) aufweist,
der beim Aufpressen des Pressringes auf die Hülse (3) das Hülsenmaterial am hinteren Hülsenende radial nach innen verdrängt, und dass die Länge des Stutzens (1) in bezug auf die Länge des Pressringes (4) und damit auf die axiale Lage der am hinteren Hülsenende entstehenden ringförmigen Einbuchtung (11) in der Rohrendpartie (5) so gewählt ist, dass das freie Ende (12) des Stutzens den tiefsten Punkt dieser Einbuchtung nicht überragt.
2. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (1) als glatter Hohlzylinder ausgebildet ist.
3. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am freien Ende des Stutzens (1) dessen Innenwandung wenigstens annähernd bis zum Schnitt mit dessen Aussenwandung allmählich erweitert ist.
4. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (3) an ihrem vorderen Ende einen weiteren ringförmigen Aussenwulst (13) aufweist, der beim Aufpressen des Pressringes (4) auf die Hülse radial nach innen auf den Randteil (14) der Rohrendpartie (5) gepresst wird.
5. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrformstück (2) aus dem gleichen verformbaren Material besteht wie das an dieses anzuschliessende Rohr.
Kupplungsvorrichtungen zur Herstellung einer permanenten Rohrverbindung, bei der die Rohrendpartie durch zonenweise Kaltverformung mittels eines axial zu verschiebenden Pressringes zu einer formschlüssigen, dichten Verbindung mit einem Stutzen eines Rohrformstückes verpresst wird, sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt, z.B.
aus den US-Patentschriften 3 149 860, 3 375 026, 3 498 648, 3 528 689 und 4 061 367.
Mit Hilfe einer Kupplungsvorrichtung dieser Art lässt sich auf einfache Weise und mit verhältnismässig wenig Zeit- und Materialaufwand eine Rohrverbindung mit guten physikalischen Eigenschaften, wie hoher mechanischer Festigkeit und hohem Grad an Dichtigkeit herstellen.
In der Praxis hat es sich allerdings gezeigt, dass bei derartigen Rohrverbindungen in gewissen Anwendungsfällen die Güte der genannten physikalischen Eigenschaften auf die Dauer nicht erhalten bleibt, sondern sich vielmehr durch Korrosions- und Erosionseinflüsse in verhältnismässig kurzer Betriebszeit in einem unzulässigen Masse verringern können, so dass es zu einem Bruch der Rohrverbindung kommt.
Befindet sich die Rohrendpartie innerhalb des Stutzens, wie z.B. bei den Rohrverbindungen nach den US-Patentschriften 3375026 (Fig. 3) und 4061 367 (Fig.5), entstehen bei hoher Geschwindigkeit eines durch die Rohrleitung strömenden flüssigen Mediums Turbulenzen an der Stirnseite der Rohrendpartie bzw. an der Stossstelle zweier Rohrenden infolge von Absätzen oder Spalten. Diese Turbulenzen führen an der Innenwandung des Stutzens zu Erosionseffekten, d.h. vom Stutzen (und von der Rohrendpartie) wird Material abgetragen, bis der Stutzen schliesslich zu Bruch geht. Bei geeigneter Konstruktion der Kupplungsteile und präziser Herstellung der Rohrverbindung liesse sich dieser Mangel zwar weitgehend beheben. Dabei kommt es vor allem auf einen präzisen Zuschnitt des Rohrendes an.
In allen Anwendungsfällen, in denen die Rohrverbindung nicht fabrikmässig hergestellt wird, z.B. auf Baustellen, besteht jedoch keine Gewähr für die Einhaltung der verlangten hohen Präzision.
Weniger Probleme in dieser Beziehung ergeben sich bei Rohrverbindungen mit ausserhalb des Stutzens angeordneter Rohrendpartie, z.B. gemäss den US-Patentschriften 3 528 689 (Fig. 3) und 4061 367 (Fig. 10). Bei diesen Ausführungsformen befinden sich an der Innenwandung des Rohrformstückes mit dem oder den Stutzen keine Unstetigkeiten im axialen Querschnittsverlauf. Hingegen ist hier die Verbindungszone am Stutzenende gefährdet, da durch kapillares Eindringen von Leitungsflüssigkeit in den Spalt zwischen dem Stutzen und der diesen im Gleitsitz umgebenden Rohrwandung Spaltkorrosion auftreten kann, wobei das Rohr von innen her angegriffen und allmählich zerstört wird.
Eine unstetige Änderung des Durchflussquerschnittes am Stutzenende kann überdies ebenfalls zu Turbulenzen und demzufolge zu einer Erosion in dieser Verbindungszone führen.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Kupplungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art, bei der die vorher erläuterten Nachteile vermieden werden können, um eine höhere Lebensdauer der Rohrverbindung zu erreichen.
Ausgehend von der in Fig. 5 der US-Patentschrift 3 528 689 dargestellten Lösung betrifft die Erfindung eine Kupplungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Der Spalt zwischen Stutzen und Rohrendpartie und damit die Gefahr einer Spaltkorrosion lässt sich durch eine am Stutzenende wirksame Pressverbindung dieser Teile vermeiden.
Dementsprechend besteht die Erfindung darin, dass der Pressring an seinem hinteren Ende einen ringförmigen Innenwulst aufweist, der beim Aufpressen des Pressringes auf die Hülse das Hülsenmaterial am hinteren Hülsenende radial nach innen verdrängt, und dass die Länge des Stutzens in bezug auf die Länge des Pressringes und damit auf die axiale Lage der am hinteren Hülsenende entstehenden ringförmigen Einbuchtung in der Rohrendpartie so gewählt ist, dass das freie Ende des Stutzens den tiefsten Punkt dieser Einbuchtung nicht überragt.
Auf diese Weise besteht bei ordnungsgemässer Herstellung der Rohrverbindung die Gewähr, dass am Stutzenende eine Pressverbindung und somit kein Spalt zwischen Rohrendpartie und Stutzen entsteht.
Der Stutzen ist vorzugsweise als glatter Hohlzylinder ausgebildet, im Gegensatz zum Stutzen nach Fig. 5 der US Patentschrift 3 528 689, der zur Erzielung einer formschlüssigen Verbindung mit der Rohrendpartie an seiner Aussenseite eine Ringnut aufweist. Eine Verformung des Stutzens bei der Herstellung der Rohrverbindung ist dabei nicht vorgesehen. Die Wandstärke des Stutzens ist dementsprechend gross, wodurch im Bereich der Rohrverbindung eine verhältnismässig starke Erhöhung der Durchflussgeschwindigkeit des strömenden Mediums und damit eine erhöhte Gefahr von Erosion verursachenden Turbulenzen an der Stutzeneintrittskante auftreten. Demgegenüber ist die Wandstärke des glatten Stutzens kleiner zu halten, damit bei der Herstellung der Rohrverbindung eine gemeinsame Verformung der Rohr
endpartie und des Stutzens ermöglicht wird. Dabei wird zugleich die Erosionsgefahr vermindert.
Eine weitere Herabsetzung der Erosionsgefahr lässt sich dadurch erzielen, dass am freien Ende des Stutzens dessen Innenwandung wenigstens annähernd bis zum Schnitt mit dessen Aussenwandung allmählich erweitert ist. Auf diese Weise ist es möglich, innerhalb der Rohrverbindung einen axialen Querschnittsverlauf zu erreichen, der praktisch keine Unstetigkeiten aufweist, die Turbulenzen herbeiführen könnten.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsteilschnitt dargestellt. Es handelt sich um eine Kupplungsvorrichtung zur Verbindung zweier Rohre miteinander. Die linke Seite der einzigen Figur zeigt die Teile der Kupplungsvorrichtung im montierten Zustand vor dem Aufpressen des Pressringes, während auf der rechten Seite dieser Figur die fertige Rohrverbindung dargestellt ist.
Die Kupplungsvorrichtung besteht pro Rohrverbindung aus einem Stutzen 1 eines Rohrformstückes 2, einer Hülse 3 und einem Pressring 4. Der Stutzen list als glatter Hohlzylinder ausgebildet und wird in die gerade verlaufende Rohrendpartie 5 eingesetzt. Das Rohrformstück 2 besitzt einen Flansch 6, an dem die Rohrendpartie 5, die Hülse 3 und der Pressring 4 zum Anschlag kommen. Die auf die Rohrendpartie 5 aufzuschiebende Hülse 3 ist mit einem ringförmigen Aussenwulst 7 versehen. Beim Aufpressen des Pressringes 4 in Pfeilrichtung wird die Hülse 3 verformt, so dass das Hülsenmaterial in der Wulstzone 8 radial nach innen verdrängt wird, wobei die Rohrendpartie 5 und der Stutzen 1 an dieser Stelle eine ringförmige Einbuchtung 9 erfahren und dabei zu einer formschlüssigen, dichten Verbindung miteinander verpresst werden.
Der Pressring 4 weist an seinem hinteren Ende einen ringförmigen Innenwulst 10 auf, der beim Aufpressen des Pressringes 4 auf die Hülse 3 das Hülsenmaterial am hinteren Hülsenende radial nach innen verdrängt. Dabei entsteht eine weitere ringförmige Einbuchtung 11 in der Rohrendpartie 5 und im Stutzen 1 und eine Verpressung dieser Teile am Hülsenende. Die Länge des Stutzens list nun in bezug auf die Länge des Pressringes 4 und damit auf die axiale Lage der Einbuchtung 11 so gewählt, dass das freie Ende des Stutzens 1 nicht über den tiefsten Punkt der Einbuchtung 11 hinausragt.
Damit soll erreicht werden, dass der Grad der am Hülsenende auf den Stutzen 1 ausgeübten Pressung am Ende des Stutzens am höchsten ist, so dass es zu einer Kaltverschweissung kommt. Um einen möglichst steten Übergang des Durchflussquerschnittes am Stutzenende zu erzielen soll das Stutzenende 12 keine Stirnfläche, sondern bloss eine Stirnkante aufweisen. Zu diesem Zweck ist die Innenwandung des Stutzens 1 wenigstens annähernd bis zum Schnitt mit dessen Aussenwandung allmählich erweitert.
Unter Umständen kann es zweckmässig sein die Stossstelle am Flansch 6 des Rohrformstückes 2 gegen das Eindringen flüssiger oder gasförmiger Medien von aussen an die Verbindungsstelle zwischen Rohrendpartie 5 und Rohrformstück 2 zu schützen. Eine diesbezügliche Abdichtung erfolgt zweckmässig wiederum durch eine mittels des Pressringes 4 herbeigeführte Verpressung. Die Hülse 3 weist zu diesem Zweck an ihrem vorderen Ende einen weiteren ringförmigen Aussenwulst 13 auf, der beim Aufpressen des Pressringes 4 auf die Hülse 3 radial nach innen auf den Randteil 14 der Rohrendpartie 5 gepresst wird.
Am Randteil 14 ist das Rohr konisch ausgebohrt, um das Einsetzen des Stutzens 1 in die Rohrendpartie 5 zu erleichtern.
Zur Herstellung der Rohrverbindung dient bekannterweise eine Spezialzange mit auswechselbaren Greifern, die im dargestellten Beispiel entweder an einem Pressring und am Flansch des Rohrformstückes oder an den beiden Pressringen angesetzt werden.
Die beschriebene Kupplungsvorrichtung eignet sich für Rohrverbindungen aller Art, und zwar zum Verbinden sowohl von Metall- als auch von Kunststoffrohren. Vorzugsweise besteht das Rohrformstück aus dem gleichen verformbaren Material wie das an dieses anzuschliessende Rohr.
Ausser im Rohrleitungsbau findet die Kupplungsvorrichtung auch Anwendungsmöglichkeiten bei mechanischen Rohrkonstruktionen, z.B. im Gerüstbau.
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PATENT CLAIMS
1. Coupling device for producing a permanent pipe connection, in which the pipe end section (5) is pressed by zone-wise cold deformation by means of an axially displaceable press ring (4) to form a positive connection with a socket (1) of a pipe fitting (2) inserted into the pipe end section. A sleeve (3) with an annular outer bead (7) to be pushed onto the tube end section is provided, which is deformed when the press ring is pressed on, so that the sleeve material is displaced radially inward in the bead zone (8) and the tube fitting has a flange ( 6), on which the pipe end section, the sleeve and the press ring come to a stop, characterized in that the press ring (4) has an annular inner bead (10) at its rear end,
which, when the press ring is pressed onto the sleeve (3), displaces the sleeve material at the rear end of the sleeve radially inwards, and that the length of the socket (1) in relation to the length of the press ring (4) and thus to the axial position of the at the rear end of the sleeve The resulting annular indentation (11) in the tube end section (5) is selected so that the free end (12) of the nozzle does not protrude beyond the lowest point of this indentation.
2. Coupling device according to claim 1, characterized in that the connecting piece (1) is designed as a smooth hollow cylinder.
3. Coupling device according to claim 2, characterized in that at the free end of the connecting piece (1) the inner wall of which is gradually expanded at least approximately to the section with the outer wall thereof.
4. Coupling device according to claim 1, characterized in that the sleeve (3) has at its front end a further annular outer bead (13) which, when the press ring (4) is pressed onto the sleeve, radially inwards onto the edge part (14) of the Tube end section (5) is pressed.
5. Coupling device according to claim 1, characterized in that the pipe fitting (2) consists of the same deformable material as the pipe to be connected to this.
Coupling devices for producing a permanent pipe connection, in which the pipe end section is pressed by zone-wise cold forming by means of an axially displaceable press ring to form a positive, tight connection with a socket of a pipe fitting, are known in numerous embodiments, e.g.
from U.S. Patents 3,149,860, 3,375,026, 3,498,648, 3,528,689 and 4,061,367.
With the aid of a coupling device of this type, a pipe connection with good physical properties, such as high mechanical strength and a high degree of tightness, can be produced in a simple manner and with relatively little expenditure of time and material.
In practice, however, it has been shown that, in certain applications, the quality of the physical properties mentioned is not retained in the long term in certain applications, but rather can be reduced to an unacceptable extent by the effects of corrosion and erosion in a relatively short operating time, so that there is a break in the pipe connection.
If the end of the pipe is inside the socket, e.g. In the case of the pipe connections according to US Pat. Nos. 3375026 (FIG. 3) and 4061 367 (FIG. 5), turbulence occurs at high speed of a liquid medium flowing through the pipeline on the end face of the pipe end section or at the joint of two pipe ends as a result of paragraphs or columns. This turbulence leads to erosion effects on the inner wall of the nozzle, i.e. Material is removed from the socket (and from the pipe end section) until the socket finally breaks. With a suitable design of the coupling parts and precise manufacture of the pipe connection, this deficiency could be largely remedied. The most important thing is a precise cut of the pipe end.
In all applications where the pipe connection is not made in the factory, e.g. on construction sites, however, there is no guarantee that the required high precision will be maintained.
Fewer problems in this regard arise with pipe connections with a pipe end section arranged outside the connection, e.g. according to U.S. Patent Nos. 3,528,689 (FIG. 3) and 4,061,367 (FIG. 10). In these embodiments, there are no discontinuities in the axial cross-sectional profile on the inner wall of the pipe fitting with the connector or the connectors. On the other hand, the connection zone at the end of the nozzle is at risk, since gap corrosion can occur due to capillary penetration of line liquid into the gap between the nozzle and the tube wall surrounding it in the sliding fit, the tube being attacked from the inside and gradually being destroyed.
An inconsistent change in the flow cross-section at the nozzle end can also lead to turbulence and consequently to erosion in this connection zone.
The invention aims to provide a coupling device of the type described in the introduction, in which the disadvantages explained above can be avoided in order to achieve a longer service life for the pipe connection.
Starting from the solution shown in FIG. 5 of US Pat. No. 3,528,689, the invention relates to a coupling device according to the preamble of patent claim 1.
The gap between the nozzle and the pipe end section and thus the risk of gap corrosion can be avoided by an effective press connection of these parts at the nozzle end.
Accordingly, the invention consists in that the press ring has at its rear end an annular inner bead which, when the press ring is pressed onto the sleeve, displaces the sleeve material at the rear end of the sleeve radially inwards, and that the length of the connecting piece in relation to the length of the press ring and so that the axial position of the ring-shaped indentation which arises at the rear end of the sleeve in the tube end section is selected such that the free end of the connecting piece does not protrude beyond the lowest point of this indentation.
In this way, if the pipe connection is properly made, there is a guarantee that a press connection will be created at the end of the connection piece and therefore no gap between the end section of the pipe and the connection piece.
The connector is preferably designed as a smooth hollow cylinder, in contrast to the connector according to FIG. 5 of US Pat. No. 3,528,689, which has an annular groove on its outside in order to achieve a form-fitting connection with the pipe end section. A deformation of the nozzle during the production of the pipe connection is not provided. The wall thickness of the nozzle is accordingly large, which means that a relatively strong increase in the flow rate of the flowing medium in the area of the pipe connection and thus an increased risk of turbulence causing erosion occur at the nozzle inlet edge. In contrast, the wall thickness of the smooth connector is to be kept smaller, so that a common deformation of the pipe during the production of the pipe connection
end section and the nozzle is made possible. At the same time, the risk of erosion is reduced.
A further reduction in the risk of erosion can be achieved by gradually expanding the inner wall of the nozzle at least approximately up to the cut with its outer wall. In this way, it is possible to achieve an axial cross-sectional profile within the pipe connection that has practically no discontinuities that could cause turbulence.
In the drawing, an embodiment of the invention is shown in partial longitudinal section. It is a coupling device for connecting two pipes together. The left side of the single figure shows the parts of the coupling device in the assembled state before the pressing ring is pressed on, while the finished pipe connection is shown on the right side of this figure.
The coupling device consists of a socket 1 of a pipe fitting 2, a sleeve 3 and a press ring 4 per pipe connection. The socket is designed as a smooth hollow cylinder and is inserted into the straight pipe end section 5. The pipe fitting 2 has a flange 6, on which the pipe end section 5, the sleeve 3 and the press ring 4 come to a stop. The sleeve 3 to be pushed onto the pipe end section 5 is provided with an annular outer bead 7. When the press ring 4 is pressed on in the direction of the arrow, the sleeve 3 is deformed, so that the sleeve material in the bead zone 8 is displaced radially inwards, the tube end section 5 and the connector 1 experiencing an annular indentation 9 at this point and thereby forming a form-fitting, tight seal Connection are pressed together.
The press ring 4 has at its rear end an annular inner bead 10 which, when the press ring 4 is pressed onto the sleeve 3, displaces the sleeve material radially inwards at the rear sleeve end. This creates a further annular indentation 11 in the tube end section 5 and in the socket 1 and a compression of these parts at the sleeve end. The length of the socket is now selected with respect to the length of the press ring 4 and thus to the axial position of the indentation 11 such that the free end of the socket 1 does not protrude beyond the lowest point of the indentation 11.
This is intended to ensure that the degree of pressure exerted on the socket 1 at the end of the sleeve is highest at the end of the socket, so that cold welding occurs. In order to achieve a transition of the flow cross section at the nozzle end that is as constant as possible, the nozzle end 12 should not have an end face, but rather only one end edge. For this purpose, the inner wall of the connector 1 is gradually expanded at least approximately up to the cut with its outer wall.
Under certain circumstances, it may be expedient to protect the joint on the flange 6 of the pipe fitting 2 against the ingress of liquid or gaseous media from the outside to the connection point between the pipe end section 5 and the pipe fitting 2. In this regard, sealing is expediently carried out again by pressing brought about by means of the pressing ring 4. For this purpose, the sleeve 3 has at its front end a further annular outer bead 13, which is pressed radially inward onto the edge part 14 of the tube end section 5 when the press ring 4 is pressed onto the sleeve 3.
At the edge part 14, the tube is drilled out conically in order to facilitate the insertion of the connector 1 into the tube end section 5.
As is known, special pliers with interchangeable grippers are used to produce the pipe connection, which in the example shown are attached either to a press ring and to the flange of the pipe fitting or to the two press rings.
The coupling device described is suitable for pipe connections of all kinds, namely for connecting both metal and plastic pipes. The pipe fitting preferably consists of the same deformable material as the pipe to be connected to it.
In addition to pipeline construction, the coupling device is also used in mechanical pipe constructions, e.g. in scaffolding.