DE1066065B - Rohrverbindung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Rohrverbindung mit einem plastisch verformbaren metallischen Dichtungsring, der zwischen einer hohlkonischen Schulter einer Überwurfmutter und einer hohlkonischen Gegenfläche, z. B. einer Ausnehmung einer Anschlußarmatur oder einer Rohrverbindungsmuffe, beim Anziehen der Überwurfmutter axial unter Pressung gesetzt, dadurch in seinem dem Rohrende zugekehrten, vorderen Bereich durch Umbiegen zur Rohrwand hin radial verengt wird und dabei in Berührung mit der Rohroberfläche gelangt.

Es sind Rohrverbindungen bekannt, bei denen der Dichtungsring plastisch verformt wird und z. B. aus Blei besteht. Der Dichtungsring wird beim Anziehen der Überwurfmutter axial so unter Pressung gesetzt, daß er sich im ganzen oder auf einem Teil seiner Länge radial verengt, wodurch er auf die Rohroberfläche gepreßt wird. Solche Ausführungen genügen für Rohrleitungen mit geringem Innendruck. Wenn jedoch der Leitungsdruck und damit auch die in axialer Richtung auf die Rohrverbindung ausgeübten Zugkräfte steigen, so wird insbesondere bei zusätzlicher, nur zeitweilig auftretender Beanspruchung durch Wärmedehnungskräfte, durch Schwingungen u. dgl. die Verbindungsstelle zufolge der weiterschreitenden plastischen Verformung des Dichtungsringes undicht.

Es werden aber auch Rohrverbindungen benötigt, die mittlere und hohe Drücke auszuhalten in der Lage sind. Man hat daher versucht, die bekannten Dichtungsringe aus Blei durch Messing- oder Kupferringe zu ersetzen, ohne die Raumform derartiger Ringe zu ändern. Die Folge davon war, daß zur Verformung dieser Ringe beim Anziehen der Überwurfmutter wesentlich höhere Kräfte aufgewendet werden mußten. Daraufhin wurde versucht, diese Kräfte dadurch zu senken, daß man die Dichtungsringe an solchen Stellen schwächte, an denen die Verformung einsetzen sollte. Bei einer bekannten Ausführungsform weist z. B. der Dichtungsring mehrere Ringkerben auf, damit er an diesen Stellen radial zur Rohroberfläche hin einknicken kann. Die Schwächung der Dichtungsringe hat jedoch zur Folge, daß an diesen Stellen unter der Wirkung des in der Leitung herrschenden Druckes die Deformierung des Ringes fortschreitet und somit Undichtigkeit eintritt.

Eine andere bekannte Rohrverbindung enthält einen zylindrischen Dichtungsring aus einem biegsamen Metall mit verhältnismäßig hoher Elastizitäts- und Streckgrenze, der gegenüber der Rohroberfläche Spiel besitzt. Auf beide Stirnseiten dieses Dichtungsringes wirken hohl konische Druckflächen der Verschraubungsteile. Beim Anziehen der Verschraubung wird zunächst der Mittelbereich des Dichtungsringes nach Rohrverbindung

Anmelder:

Fa. Jean Walterscheid,
Siegburg, Bachstr. 14-18

Dipl.-Ing. Arnold Mohr, Stuttgart-Feuerbach,
ist als Erfinder genannt worden

außen ausgebaucht, bis er an weiteren ringförmigen Druckflächen der Verschraubungsteile anliegt, und der Stirnbereich des Ringes wird in geringem Umfang plastisch verformt. An der Rohroberfläche liegt der Dichtungsring nach seiner Verformung mit der Innenwand seiner beiden Stirnbereiche an. Es wird hierbei keine Ringkante auf der Rohroberfläche deformiert. Da lediglich Fläche auf Fläche liegt und Rillen oder sonstige Vertiefungen der Rohroberfläche nicht durch plastisch verformtes Material des Dichtungsringes ausgefüllt werden, ist die Abdichtwirkung gering.

Wesentlich besser dichten hingegen die bekannten Schneidringe. Ein Nachteil der Schneidringverbindungen besteht aber zum einen darin, daß die Rohroberfläche durch den Schneidring beschädigt wird, was ein mehrfaches Lösen und Wiederfestziehen an derselben Stelle ausschließt und zu Leitungsbrüchen Anlaß geben kann. Ferner ist die eigentliche Dichtungsstelle zu wenig elastisch, um bei axialen Wärmedehnungen der Leitung genügend nachgiebig zu sein. Es wird somit notwendig, solche Rohrverbindungen nach größeren Temperatur änderungen nachzuziehen, um Undichtheit zu vermeiden. Darüber hinaus bedarf die Schneidringverbindung der Anordnung eines Bundes oder Anschlages am Anschlußstück, gegen den sich die Rohrs ti rnfläche anlegt und der als Widerlager während des Vorganges des Einschneidens des Schneidringes in die Rohrwand dient. Diese notwendige Maßnahme bedingt ein genaues Anpassen der Rohrstücke an die gegebenen Leitungswege.

Die Rohrverbindung nach der Erfindung läßt es zu, sowohl die bei den plastisch verformbaren Dichtungsringen als auch die bei Schneidringen vorhandenen Nachteile zu überwinden und dabei Leitungsdrücke zu beherrschen, die bisher den Rohrverbindungen mit Schneidring vorbehalten waren.

Damit die beabsichtigte Wirkung in einer möglichst optimalen Weise erzielt werden kann, bedarf es einer bestimmten Dimensionierung der Teile der Rohrver-

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bindung. Nach der Erfindung wird ein Dichtungsring verwendet, der in an sich bekannter Weise aus ungehärtetem Stahl, aus Messing oder einem ähnliche Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften aufweisenden Metall besteht, die Form einer zylindrischen Hülse von der Länge L und der Wandstärke j aufweist, wobei das Zahlenverhältnis L :s zwischen 4 und 8 liegt. Die Rohrverbindung nach der Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring in seinem rückwärtigen, dem Rohrende abgewandten Teil von einem satt anliegenden und mit einem Führungsbund ausgestatteten Druckring gestützt ist und daß die hohlkonische Gegenfläche, die der Stirnfläche des Dichtungsringes gegenüberliegt, in an sich bekannter Weise eine Neigung α von etwa 30 bis 60° aufweist und ihre den Hohlkonus nach innen begrenzende kreisförmige Kante die Rohrwand in einem Abstand b umgibt, während der Dichtungsring von der Rohrwand den Abstand α hat, wobei b

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Dichtungsringes kann darin bestehen, daß dieser in dem für die Verformung bestimmten Stirnbereich kegelstumpfartig oder kalottenförmig sich verjüngend vorgeformt, also so gestaltet ist, wie es der Anfangsphase der Verformung beim Anziehen der Überwurfmutter entspricht.

Der genannte Druckring ist im Interesse der Zentrierung und gleichmäßigen Druckübertragung zwischen dem Dichtungsring und der konischen Schulter der Überwurfmutter vorzusehen. Dieser Druckring bewirkt auch in an sich bekannter Weise, daß beim Verdrehen der Überwurfmutter der Dichtungsring nicht mitgedreht wird. Da aber die Berührungsfläche zwischen dem Druckring und der Überwurfmutter klein ist, können der Dichtungsring und der Druckring auch gemeinsam aus einem Stück gefertigt werden, geht es doch in erster Linie um eine Stützung und Versteifung des Dichtungsringes in seinem dem Rohrende abgewandten Teil.

Um mit Sicherheit ein Auf treffen der inneren Stirnkante des Dichtungsringes auf die Rohroberfiäche und der äußeren Stirnkante auf die ihr gegenüberliegende konische Druckfläche zu erreichen, ist es notwendig, die Werkstoffeigenschaften des Dichtungsringes und seine Abmessungen sowie die Neigung der genannten konischen Druckfläche gegenüber der Rohrachse, schließlich auch die Breite der Spalte, die einerseits zwischen dem Dichtungsring und der Rohrwand und andererseits zwischen dem Anschlußstück und der Rohrwand vorhanden sind, in der angegebenen Weise aufeinander abzustimmen, damit die Verformung des Dichtungsringes beim Anziehen der Überwurfmutter den beabsichtigten Verlauf nimmt.

Die Rohrverbindung nach der Erfindung eignet sich für jede Art von Rohren, also sowohl für gezogene Präzisions- als auch für geschweißte Rohre, bei niederen und hohen Drücken. Insbesondere bei geschweißten Rohren, bei denen Maßabweichungen unvermeidlich sind, wirken sich die Vorteile der Erfindung aus, da selbst bei erheblichen Durchmesserunterschieden der anzuschließenden und abzudichtenden Rohrenden, sogar mit unrund verformten Dichtungsringen eine feste und dichte Verbindung zwischen der kegeligen Druckfläche der Anschlußarmatur oder Rohrverbindungsmuffe und dem anzuschließenden Rohr zustande kommt. Die Festigkeit der Verbindung ist der Hartlötung vergleichbar und ist das Ergebnis der durch den extrem hohen spezifischen Flächendruck an den Kanten des Dichtungsringes eintretenden plastischen Verformung, so daß selbst Drücke, die die zulässige Belastbarkeit der miteinander zu verbindenden Rohre übersteigen, keine Undichtigkeit an der Verbindungsstelle zu erzeugen vermögen.

Bei unrunden und im Außendurchmesser differierenden Rohren besteht eine besondere Schwierigkeit ίο darin, daß die Verschraubungsteile einen relativ großen Spalt gegenüber den Rohren aufweisen müssen und daß diese Spalte vom Dichtungsring dichtend überbrückt werden müssen. Die Rohrverbindung nach der Erfindung kann auch in solchen Fällen angewendet werden. Sie vermeidet das bei bekannten Rohrverbindungen eintretende Einschnüren bzw. kerbenartige Einschneiden bei Rohren aller Art, insbesondere bei dünnwandigen Rohren. Die einfachen Formen und geringen Abmessungen der bei der Rohrverbindung nach der Erfindung benötigten Teile ermöglichen erhebliche Material- und Lohnersparnisse, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden können. Die geringeren Baumaße sind auch für den Einbauplatzbedarf wichtig.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Rohrverbindung teils im Schnitt und teils in Ansicht, wobei die linke Hälfte den Zustand vor dem Anziehen und die rechte Hälfte den Zustand nach dem Anziehen der Überwurfmutter veranschaulicht,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen zylindrischen Dichtungsring,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen an einer Stirnseite kappenartig vorgeformten Dichtungsring, Fig. 4 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, der Dichtungsring ist noch nicht verformt,

Fig. 5 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 4, jedoch nach dem Anziehen der Überwurfmutter,

Fig. 6 eine vergrößerte Wiedergabe von Fig. 5 für die Erläuterung der Maßrelationen.

Die Rohrverbindung nach Fig. 1 besteht aus dem muffenartigen Anschlußstück 1, das im Mittelteil einen Sechskant 2 aufweist. Die Muffe besitzt beidseitig Gewinde 3 zum Aufschrauben der Überwurfmuttern 4.

Die Muffe 1 wird über die beiden miteinander dicht zu verbindenden Rohrenden 5 aufgeschoben. Da diese Rohre an ihrer Oberfläche unregelmäßig sein können und da ferner mit erheblichen Maßabweichungen gerechnet wird, ist zwischen der Muffe 1 und der Wand der Rohre 5 ein Spalt 6.

Die Muffe 1 besitzt an ihren Enden hohlkegelige Druckflächen 7. Auch die Muttern 4 besitzen derartige Flächen 8. Zwischen der Mutter 4 und der Muffe 1 befindet sich ein Druckring 9 und der Dichtungsring 10.

Dieser Dichtungsring kann entsprechend Fig. 2 als Zylinderring oder entsprechend Fig. 3 kappenartig ausgebildet sein.

Nach Fig. 4 liegt die äußere Stirnkante 11' des Dichtungsringes (und zwar sowohl die des zylindrischen Ringes gemäß Fig. 2 als auch die eines kappenförmig ausgebildeten Ringes gemäß Fig. 3) an der hohlkegeligen Druckfläche 7 an, und der Dichtungsring 10 stützt sich an dem Druckring 9 ab. Sobald sich der Druckring 9 zufolge des Anziehens der Mutter 4 in Richtung auf die Gegenfläche 7 hin bewegt, erfolgt ein radiales Verengen des Stirnbereiches des

Claims (6)

Dichtungsringes, bis schließlich (s. Fig. 5) die Innenkante 11 auf das Rohr 5 auftrifft. Zufolge der Kantenberührung wird ein hoher spezifischer Flächendruck erzeugt, wodurch eine plastische Verformung des Metalls eintritt. Die plastische Verformung besteht in einer Abplattung der Stirnkanten des Dichtungsringes durch Fließen des Ringwerkstoffes, wie es aus dem Spannungs-Dehnungs-Schaubild von ungehärtetem Stahl, von Messing oder einem ähnliche Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften aufweisenden Metall bekannt ist. Beim Fließvorgang werden alle Poren, Riefen und Unebenheiten der Rohroberfläche und der Fläche 7 ausgefüllt. Im Endzustand ist die Festigkeit der Verbindung der einer Hartlötung vergleichbar. Dieselbe Wirkung tritt ein, wenn der Dichtungsring 10 entsprechend Fig. 3 als einseitig vorgeformter Ring ausgebildet ist. Wegen der gewählten Neigung der Preßfläche 7 tritt beim Anziehen der Mutter 4 zunächst eine geringe radiale Verformung des Ringes 10 ein, und im weiteren Verlaufe ergibt sich die gleiche Wirkung hinsichtlich der Kantenverformung entsprechend der Fig. 5. In Fig. 6 ist das Zusammenspiel der Druckflächen 7 und 8 mit dem Druckring 9 und dem Dichtungsring 10 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Es ist erkennbar, daß der Dichtungsring 10 sich längs der Druckfläche 7 kegelig so verformt, daß die Kante 11 auf dem Rohr 5 aufsitzt. In diesem Augenblick befindet sich die Kante 11' noch an der Druckfläche 7. Die Schubwirkung wird von der Mutter 4 über den Druckring 9 ausgeübt, und zwar dadurch, daß die obere äußere Kante des Druckringes 9 an der kegeligen Fläche 8 der Mutter 4 anliegt. Diese kegelige Fläche dient gleichzeitig der Zentrierung des Druckringes 9. Damit der Dichtungsring 10 während der Verformung seines Stirnbereiches in seinem rückwärtigen Abschnitt gestützt wird, besitzt der Druckring 9 einen Führungsbund 12, in dem der Dichtungsring 10 zentriert und geführt ist. Es ist wichtig, daß die Kanten 11 und 11' auch bei fertig angezogener Überwurfmutter rechts von dem Begrenzungskreis 14 des Hohlkegels 7 liegen, da sonst der Werkstoff des Dichtungsringes 10 in den Spalt 6 eindringt und über die für einwandfreie Dichtungswirkung zulässige Verformung hinaus verformt wird und dadurch unter Umständen in einen Zustand gelangt, daß er seine elastischen Eigenschaften ganz verloren hat und bei Wärmedehnungen der Rohrleitung oder bei Erschütterungen nicht mehr in der Lage ist, die Dichtheit der Verbindungsstelle zu gewährleisten. In diesem Sinne ist es wesentlich, daß die Dicke s des Dichtungsringes 10 entsprechend größer ist als die Weite b des Spaltes 6. Durch Änderung des Winkels a, den die Druckfläche 7 mit der Rohrachse bildet, kann in gewissen Grenzen hierauf Einfluß genommen werden. Durch Verlängerung des Führungsbundes 12 am Druckring 9 ist es weiterhin möglich, in an sich bekannter Weise eine Wegbegrenzung für das Anziehen der Überwurfmutter zu bewirken. Dadurch wird vermieden, daß durch extremes Anziehen der Mutter eine Einschnürung des Rohres 5 eintritt. Damit der Dichtungsring 10, wenn er gegen die unter dem Winkel α geneigte Fläche 7 gepreßt wird, in seinem vorderen Bereich eine Konizität mit dem Winkel β erhält, muß das Verhältnis der Länge L zur Wandstärke s des Dichtungsringes 10 so gewählt werden, daß sich sein mittlerer Abschnitt unter der axialen Krafteinwirkung nicht nach außen baucht. Für die genannten Werkstoffe des Dichtungsringes liegt das Maß verhältnis L : s zwischen 4 und 8. Damit die innere Stirnkante 11 des Dichtungsringes etwa in radialer Richtung auf die Rohroberfläche auftrifft, müssen auch die Länge L des Ringes 10 bzw. seine Wandstärke s und der Abstand α zwischen dem ίο Ring 10 und der Rohroberfläche eine bestimmte Beziehung zueinander aufweisen, und zwar muß der Abstand α größer als die halbe Wandstärke j und kleiner als ein Viertel der Ringlänge sein. J5 Patentansprüche:

1. Rohrverbindung mit einem plastisch verformbaren metallischen Dichtungsring, der zwischen einer hohlkonischen Schulter einer Überwurfmutter und einer hohlkonischen Gegenfläche, z. B. einer Ausnehmung einer Anschlußarmatur oder einer Rohrverbindungsmuffe, beim Anziehen der Überwurfmutter axial unter Pressung gesetzt, dadurch in seinem dem Rohrende zugekehrten, vorderen Bereich durch Umbiegen zur Rohrwand hin radial verengt wird und dabei in Berührung mit der Rohroberfläche gelangt, dadurch gekenn-' zelcrinetT* daß der Dichtungsring (10) in an sich bekannter Weise aus ungehärtetem Stahl, aus Messing oder einem ähnliche Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften aufweisenden Metall besteht, die Form einer zylindrischen Hülse von der Länge L und der Wandstärke s aufweist, wobei das Zahlenverhältnis L :s zwischen 4 und 8 liegt, in seinem rückwärtigen, dem Rohrende abgewandten Teil von einem satt anliegenden und mit einem Führungsbund (12) ausgestatteten Druckring (9) gestützt ist und daß die hohlkonische Gegenfläche (7), die der Stirnfläche des Dichtungsringes gegenüberliegt, in an sich bekannter Weise eine Neigung α von etwa 30 bis 60° aufweist und ihre den Hohlkonus nach innen begrenzende kreisförmige Kante (14) die Rohrwand in einem Abstand b umgibt, während der Dichtungsring (10) von der Rohrwand den Abstand α hat, wobei b

^ i/2 ^ α ^ L/4

ist.

2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (10) in seinem dem Rohrende zugekehrten, vorderen Bereich kegelstumpfartig oder kalottenförmig sich verjüngend vorgeformt ist (Fig. 3).

3. Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (10) und der Druckring (9) gemeinsam aus einem Stück bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 843 935, 616 208;
belgische Patentschrift Nr. 512 769;
schwedische Patentschrift Nr. 86 771;
französische Patentschriften Nr. 1 050533, 878058; britische Patentschriften Nr. 575 825, 391 140,
380 237, 109 712;

USA.-Patentschriften Nr. 2 450 170, 2 255 673,
225 208.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen