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Dichte Verbindung zweier rohrförmiger Körper Die Erfindung betrifft
eine dichte Verbindung zweier Rohre, deren an den Rohrenden befestigte Bunde durch
eine Spannschelle od. ä. axial zusammen gespannt sind, wobei eine kegelstumpfartig
vorgeforinte, metallische Dichtscheibe in einander benachbarten Ringnuten der einander
zugewandten Bundstimflächen angeordnet ist.
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Das Charakteristische einer bekannten Rohrverbindung dieser Art besteht
darin, daß die Ringnutböden gegen die Rohrmitte divergieren und die in zwei diagonal
gegenüberliegenden Ecken der Ringnuten zunächst axial eingeklemmte Dichtscheibe
beim Zusammenspannen der Rohrenden radial eingeklemmt wird, wodurch sich die aufzuwendende
Spannkraft infolge der elastischen Verformungskräfte der Dichtscheibe etwa verdoppelt.
Ein prinzipieller Unterschied zum Gegenstand der Erfindung liegt darin, daß lediglich
eine Verforinung innerhalb der Elastizitätsgrenze der Dichtscheibe stattfindet.
Insbesondere im Hinblick auf mechanische Beanspruchungen der Rohrverbindungen ist
jedoch eine derartige auf der elastischen Verformung der Dichtscheibe beruhende
Abdichtung der Rohrverbindung nicht als zufriedenstellend anzusehen.
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Weiterhin ist die dichte Verbindung eines einen Bund aufweisenden
Rohrendes mit einem einen Gegenbund aufweisenden Anschlußstück bekannt, welche Teile
durch Axialzug zusammengespannt werden, wobei eine kegelstumpfartig vorgefonnte
metallische Dichtscheibe in einem durch einander parallel gegenüberliegende, zur
Rohrlängsachse senkrecht bzw. parallel verlaufende Grenzflächen gebildeten Raum
angeordnet ist, nach dem Zusammenspannen diesen Raum völlig ausfüllt und über die
Elastizitätsgrenze ihres Werkstoffes hinaus plastisch verformt ist. Ab-
gesehen
davon, daß diese Ausführung wegen der speziellen Form des Anschlußstückes nicht
für eine lösbare Rohrverbindung mit axialer Zusammenspannung durch eine Spannschelle
geeignet ist, ist die vorbekannte Verbindung nach dem Zusammenspannen durch Axialzug
infolge Aufrichtung der Dichtscheibe in senkrechter Lage zur Rohrlängsachse unlösbar
und wird die Dichtscheibe infolge Ausbildung des von ihr ausgefüllten Raumes mit
je einer radial inneren und äußeren Ringnut bei betriebsmäßigem Axialzug
am Anschlußstück zusätzlich auf Scherung beansprucht, was besondere Anforderungen
an ihren Werkstoff stellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung zweier Rohrenden
einer Rohrleitung zu schaffen, die auch dann noch zuverlässig abdichtet, wenn die
Rohrleitung während des Gebrauchs mechanischen Beanspruchungen verschiedener Art
ausgesetzt ist, beispielsweise wenn die Rohrleitung in Schwingungen gerät. Die Verbindung
soll jedoch so sein, daß sie im Bedarfsfalle auch wieder eine Trennung der Rohrenden
voneinander gestattet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Böden der
Ringnuten einander parallel in einem spitzen Winkel zu einer Senkrechten auf die
Rohrlängsachse geneigt verlaufen, welcher Winkel kleiner ist als der Kegelstumpfwinkel
der eingelegten Dichtscheibe vor dem Zusammenspannen der Rohrenden, und daß die
Dichtscheibe in an sich bekannter Weise nach dem Zusammenspannen der Rohrenden den
von den Ringnuten gebildeten Raum völlig ausfüllt und über die Elastizitätsgrenze
ihres Werkstoffes hinaus plastisch verfonnt ist.
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Während der Winkelneigung der Ringnutböden die Möglichkeit der Wiedertrennung
der Rohrenden voneinander sicherstellt, wird durch die Volumenbemessung des Ringnutraumes
und durch die bis in den plastischen Bereich betriebeneVerformung der Dichtscheibe
eine zuverlässige Abdichtung auch unter erschwerten Bedingungen gewährleistet.
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Zweckmäßig sind an den einander zugewandten Bundstirnflächen radial
innerhalb und außerhalb der Ringnuten in an sich bekannter Weise ineinandergreifende
achsparallele Vorsprünge und Rückspränge angeordnet.
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines Erfindungsgegenstandes sieht
vor, daß in an sich bekannter
Weise der Kegelstumpfwinkel und die
Mantellänge der Dichtscheibe so groß sind, daß sich ihre inneren und äußeren Umfangskanten
gegen die Böden der Ringnuten und die daran anschließenden Schulterflächen abstützen,
ehe die Vorsprünge und die Rücksprünge ineinandergreifen.
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Hierbei ist die Anordnung vorteilhaft so getroffen, daß die inneren
und äußeren Umfangskanten der Dichtscheibe während des gesamten Schließvorganges
mit den Böden und Schulterflächen der Ringnuten zusammenwirken.
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Ein weiteres Merkmal der Verbindung ist darin zu sehen, daß die Radialentfernung
der die Böden der Ringnuten begrenzenden und gegeneinander gerichteten Schulterflächen
etwas größer ist als die radiale Entfernung zwischen der inneren und der äußeren
Umfangskante der Dichtscheibe im ungespannten vorgeformten Zustand.
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Zweckmäßig sind die Vorsprünge und Rücksprünge derart bemessen, daß
bei zusammengespannter Verbindung und beiderseitigem Anliegen der Dichtscheibe an
den Böden der Ringnuten sowohl zwischen den Schulterflächen als auch zwischen den
Stimflächen der ineinandergreifenden Vorsprünge und Rücksprünge Abstand bleibt.
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Nach der Erfindung ist der Neigungswinkel der Böden größer als
7' und kleiner als 451.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt.
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F i g. 1 ist zum Teil eine Seitenansicht und zum Teil ein senkrechter
Mittelabschntt einer Rohrverbindung nach der Erfindung; F i g. 2 ist eine
schaubildliche Darstellung einer ungespannten, vorgeformten Dichtscheibe; F i
g. 3 ist ein senkrechter Mittelschnitt durch einen Teil der Verbindung; F
i g. 4 ist ein Schnitt gemäß F i g. 3, der jedoch nur die Bunde und
die Dichtscheibe in ihren entsprechenden Stellungen vor dem Zusammenspannen der
Teile zeigt; F i g. 5 ist ein Schnitt in vergrößertem Maßstab durch die Dichtscheibe
und Teile der Bunde nach dem Zusammenspannen der Teile; Fig. 6 ist ein Schnitt
in vergrößertem Maßstab durch die Dichtscheibe und Teile der Bunde vor dem Zusammenspannen
der Teile, wobei die entsprechende Stellung der Dichtscheibe nach dem Zusammenspannen
der Teile in gestrichelten Linien dargestellt ist.
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An den Rohrenden 10 und 11 sind Bunde 12 und
13 befestigt, die innere und äußere zylindrische Oberflächen 14 bzw.
15 und zylindrische Ränder 16 aufweisen. In der gezeigten Anordnung
sind die Bunde, wie bei 17 gezeigt, durch Schweißen mit den entsprechenden
Rohrenden verbunden. Die Bunde 12 und 13 haben gegenüberliegende Stirnflächen,
die mit den Bezugszeichen 18 bzw. 19 bezeichnet sind. 20 bezeichnet
die Außenwand der Bunde, welche kegelstumpfförmig und von der äußeren zylindrischen
Oberfläche 14, 15 zu den Außenseiten der Ränder 16,
16' axial
nach außen abgeschrägt sind.
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Die Stirnfläche 19 des Bundes 13 ist mit einer Ringnut
23 ausgebildet, deren Boden 24 mit einer Senkrechten auf die Rohrlängsachse
in einem spitzen Winkel nach innen geneigt ist, an den eine zylindrisehe Schulterfläche
25 stößt, welche sich vom Boden 24 axial nach außen erstreckt. Die am Stoß
der Schulterfläche 25 und des Bodens 24 gebildete Kante 26 ist abgerundet.
Der Bund 13 ist ferner mit einem ringförmigen Vorsprung 27 ausgerüstet,
welcher durch die Schulterfläche 25, die innere zylindrische Oberfläche 14
und die Stirnfläche 28 begrenzt ist.
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Die Stirnfläche 18 des Flansches 12 ist ebenfalls mit einer
Ringnut 31 versehen, deren Boden 32 paiallel zum Boden 24 der Ringnut
23 des Bundes 13
verläuft. An dem äußeren Umfang des Bodens
32
stößt eine Schulterfläche 33, wobei die am Stoß gebildete Kante
34 ebenfalls gerundet ist. Die Schulterfläche 33 und die äußere zylindrische
Oberfläche 15
begrenzen die Seitenwände eines ringförmigen Vorsprunges
35, der eine Stimfläche 36 aufweist.
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Der Bund 12 ist mit einem ringförmigen Rücksprung 38 zur Aufnahme
des Vorsprunges 27 versehen, wobei dieser Rücksprung eine Stimfläche
39
und eine zylindrische Wand 40, welche den Innenumfang des Bodens
32 begrenzt, aufweist. Gleichermaßen weist der Bund 13 einen ringförmigen
Rücksprung 41 mit einer Stimfläche 42 und einer zylindrisehen Wand 43 auf, welche
den Außenumfang des Bodens 24 begrenzt. Diese Rücksprünge 38, 41 haben radiales
Spiel gegenüber den von ihnen aufgenommenen Vorsprüngen 27, 35.
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Die Dichtscheibe ist mit 46 bezeichnet, sie wird in den einander benachbarten
Ringnuten 23, 31 der Bunde 13 und 12 angeordnet.
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Die Dichtscheibe ist kegeistumpfförmig vorgeformt und weist innere
und äußere Seitenflächen 47 bzw. 48 sowie innere und äußere Endflächen 49 bzw.
50 auf. In der gezeigten Anordnung hat die Dichtscheibe zur Verwendung mit
Bunden, welche die parallel zueinander liegenden Böden 24 und 32 der Ringnuten
23
und 31 aufweisen, einen rechtwinkligen, radialen Querschnitt. Die
Umfangskanten der Seiten- und Endflächen 47, 48, 49, 50 sind mit
51, 52, 53, 54 bezeichnet. Der Kegelstumpfwinkel der Seitenflächen
47, 48 der Dichtung ist mit Bezug auf eine senkrechte Ebene zur Rohrlängsachse wesentlich
größer als die der Ringnutböden 24, 32. Wenn daher die Dichtscheibe auf den
Vorsprung 27 zwischen die Bunde in die in F i g. 4 gezeigte Stellung
gelegt wird, berührt vor dem Zusammenspannen der Teile die Umfangskante 54 der Dichtscheibe
den Boden 32 und die Umfangskante 52 den Boden 24.
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Zum Zusammenspannen der Bunde kann eine Spannschelle 60, 61, 62,
63. 64 verwendet werden. Die Dichtscheibe und die Bunde sind so ausgelegt, daß
die Dichtscheibe beim Abdichten der Verbindung bis zu einem Punkte beansprucht ist,
an dem ihre Winkeineigung der der Böden der Ringnuten gleicht und zwei flüssigkeitsdichte
Abdichtungen in den Ringnutenkanten 26 und 34 gebildet werden. Beim Bilden
dieser Abdichtungen wird die Dichtscheibe über die Elastizitätsgrenze ihres Materials
hinaus beansprucht und insbesondere an ihren Umfangskanten plastisch verformt, wobei
die Dichtscheibe den Ringnutraum völlig ausfüllt. Die dabei erzielten Abdichtungen
werden sogar unter Betriebsbedingungen, in denen sie starker Schwingung und Biegung
der Verbindung ausgesetzt sind, sicher und flüssigkeitsdicht bleiben und andererseits
eine Trennung der Rohrenden voneinander nicht ausschließen.
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Wenn die Dichtscheibe durch Zusammenspannen der Bunde bis auf die
Dichtstellung gemäß F i g. 5 beansprucht wird, fließt das Material der Dichtscheibe
an den Umfangskanten 41, 54. da es weicher als das der Bunde ist, in einer Richtung
zentral zu der äußeren
Endfläche 50 der Dichtscheibe, mit
dem Ergebnis, daß die äußere Endfläche sich nach außen wölbt, wie aus der gestrichelten
Linie 50' ersichtlich, um den an die Schulter 33 anstoßenden Raum
an der gerundeten Kante 34 der Ringnut 31 auszufüllen. In gleicher Weise
iffießt das Material der Dichtscheibe an den Umfangskanten 53 und
52, um die innere Endfläche 49 der Dichtscheibe zu wölben und den an die
Schulterflächen 25 anstoßenden Raum an der gerundeten Kante 36 der
Ringnut 23 zu füllen. Mit anderen Worten, wenn die Dichtscheibe und die Bunde
in ihrer Dichtstellung sind, dann ist die Schrägungshöhe der Dichtscheibe
- gemessen entlang einer Linie 70 -
in einer die Dichtscheibenachse
enthaltenden Ebene, von einem Punkt P an der äußeren Endfläche 50 zwischen
den Seitenflächen 47 und 48 bis zu einem Punkt 0 an der inneren Endfläche
49 zwischen den Seitenflächen 47 und 48 gleich der Entfernung zwischen den Schulterflächen
25 und 33, gemessen auf der Linie 70.
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Die aufeinander abgestimmten Ringnuten und die Vorsprünge der Bunde.
sind so bemessen, daß sie keinen der durch die Spannschelle ausgeübten Kräften ausgesetzt
sind, sondern die gesamte Kraft unmittelbar auf die Dichtscheibe ausgeübt wird.
Zu diesem Zwecke sind die Ringnuten so groß, daß, wenn die Ringnutenböden 24,
32 die Seitenflächen 47, 48 der Dichtscheibe berühren, die Stirnflächen
28, 36 der Vorsprünge noch gering von den Stimflächen 39, 42 der entsprechenden
Rücksprünge entfernt sind.
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Um zu gewährleisten, daß die ungespannte, vorgeformte Dichtscheibe
um den Vorsprung 27 herum und innerhalb des Vorsprunges 35 angebracht
werden kann, wird sie in ihrer radialen Abmessung etwas kleiner als der Raum zwischen
den Schulterflächen 25
und 33 gehalten, d. h., der lotrechte
Abstand r, (siehe F i g. 6) zwischen den Umfangskanten 51 und
53 der ungespannten, vorgeformten Dichtscheibe ist etwas geringer als der
lotrechte Abstand r. zwischen den Schulterflächen 25 und 33. In der
Praxis sollte dieser Unterschied etwa 0,75 mm betragen.
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Es gibt eine praktische untere Grenze für den Neigungswinkel der Böden
24 und 32. In Verbindungen mit einem Neigungswinkel der Ringnutböden von
weniger als 70 (WinkeIA in Fig.5) können die Rohrenden nur mit großer Schwierigkeit
getrennt werden. Eine Lösung der Dichtscheibe von den Bunden kann bei Bedarf leicht
ausgeführt werden, wenn die Winkelneigung der Böden, d. h. (Winkel
A) wenigstens 100 beträgt. Bei einer Rohrverbindung, in welcher Winkel
A 100 beträgt, sollte der Kegelstumpf-Winkel B für die ungespannte, vorgeformte
Dichtscheibe etwa 3011 betragen.
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Einzelheiten in der Zeichnungsbeschreibung, die nicht Gegenstand der
Patentansprüche sind, gehören nicht zur Erfindung, sondern sind nur zum Verständnis
der Gesamtanordnung näher erläutert.