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Durch Flansche mit Schrauben zusammengehaltene Steckmuffenverbindung
Die Erfindung betrifft eine durch FlanschQ mit Schrauben zusammengehaltene Steckmuffenverbindung
für Stahlrohre mit je einer zentrierenden zylin-*drischen und einer dichtenden
konischen Umfangsfläche in der Steckmuffe bzw. auf dem Einsteckende .sowie mit einem
an einer konischen Umfangsfläche auf der Steckmuffe abgestützten innen konischen
Losflansch und einem Gegenflansch an dem Einsteckende.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flanschverbindung für
Stahlrohre gegenüber hohen inneren und äußeren Drücken in der Größenordnung von
mehreren 100 at, sowie gegenüber Biege-und Torsionsbeanspruchungen widerstandsfähig
zu machen. Dabei soll die Verbindung ohne Verwendung einer Dichtungsscheibe allein
durch Anziehen der Flanschsehrauben eine einwandfreie- Abdichtung auch unter erschwerten
Montagebedingungen, z. B. bei Unterwasserleitungen, ergeben.
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Es ist bereits eine mit zwei Losflanschen versehene Rohrverbindung
bekannt, bei der die Losflansche auf konischen Umfangsflächen der Steckmuffe bzw.
des Einsteckendes sitzen. Hier ist jedoch zur Abdichtung eine vorher einzulegende
Dichtscheibe notwendig. Auch sind die Kegelflächen -der Losflansche bzw.
der entsprechenden Gegenflächen so stark geneigt und von so geringer axialer Länge,
daß sich keine zufriedenstellende Torsions- und Biegefestigkeit ergibt.
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Bei einer anderen bekannten Rohrverbindung sind zwar zentrierende
Flächen vorgesehen, sie können jedoch nur ineinander eingesteckt werden, wenn die
zu verbindenden Rohrschüsse vor dem Zusammenstecken genau fluchten. Auch hier muß
vor dem Zusammenschrauben eine Dichtscheibe eingelegt werden.
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Eine bekannte Steckmuffenverbindung kommt
ohne besondere Dichtscheibe
aus; die Abdichtung erfolgt dabei durch Verformung der Stirnfläche des Einsteckendes
beim Anpressen auf eine -radiale Gegenfläche der Muffe. Diese Verbindung eignet
sich daher nur für Rohre aus entsprechend verformbarem Material, insbesondere aus
Kunstharzen, nicht aber für Stahlrohre.
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Auch eine Rohrverbindung mit einem - sich auf einer Kegelfläche
verkeilenden Losflansch gehört zum Stand der Technik. Hier handelt es sich aber
nicht um eine biege- und torsionssteife Verbindung, und es ist zur Abdichtung eine
vorher einzulegende Dichtscheibe erforderlich.
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Die Erfindung besteht in der gemeinsamen Anwendung der folgenden,
an sich bekannten Merkmale: a) der Gegenflansch ist mit dem Einsteckende einstückig
ausgeführt; b) die Flanschschrauben sind- in Gewindebohrungen des Gegenflansches
eingeschraubt; c) die zylindrischen und die konischen Umfangsflächen in der Steckmuffe
bzw. auf dem Einsteckende berühren sich; d) die Konusflächen zwischen dem
Losflansch und der Muffe weisen eine Neigung zur Rohrachse von etwa 1 : 10
auf und'bilden eine dreh- und biegefeste Klemmverbindung; e) zur Begrenzung der
axiälen Relativbewegung zwischen den Konusflächen sind zusammenwirkende Ansc
- hiagflächen an den beim Anziehen der Flanschschrauben gegeneinander beweglichen
Teilen vorgesehen.
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Das Merkmal der einstückigen Ausführung des Gegenflansches mit dein
Einsteckende schafft die Voraussetzung für eine hohe Biege- und Torsionsfestigkeit.
Weil die Flanschschrauben in Gewindebohrungen des Gegenflansches'eingeschraubt sind,
fallen Muttern- weg und es wird eine leichtere Montage möglich. Da sich die zylindtischen
und die konischeu
Umfangsflächen in der Steckmuffe bzw. auf dem
Einsteckende berühren, ergibt sich beim Anziehen der Flanschschrauben automatisch
eine Zentrierung der Rohrverbindung, bis zum endgültigen Festsetzpunkt. Weil die
Konusflächen zwischen dem Losflansch und der Muffe eine Neigung zur Rohrachse von
etwa 1 : 10 erhalten haben, bildet sich eine dreh- und biegesteife Klemmverbindung
für die konischen Dichtflächen. Schließlich führen die zusarnmen wirkenden Anschlagflächen
an den gegeneinander beweglichen Teilen zu einer Begrenzung der axialen Relativbewegung
zwischen den Konusflächen und schränken damit bei der Montage mögliche Spannungen
auf einen erlaubten Grenzwert ein.
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Durch das Zusammenwirken aller, die erfindungsgemäße Kombination bildenden
Merkmale wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine besonders biege-
und drehfeste Verbindung mit guter Dichtheit zu erreichen, gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 einen radialen Schnitt durch die zusammen
gebaute
Verbindung; F i g. 2 in auseinandergezogenem Zustand die Teile der Verbindung,
und F i g. 3 eine Teilansicht gemäß Linie 3-3 der Fig. 2.
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An ein Stahlrohr 1 ist ein ringförmiges Einsteckende
3 angeschw&ßt. Dieses Einsteckende weist einen Ansatz mit einer zylindrischen
Umfangsfläche 4, einer daran anschließenden konischen Umfangsfläche 5, sowie
einer zur Achse des Rohres rechtwinkligen Stimfläche 6 auf. Der mittlere
Teil des Einsteckendes 3
ist zu einem Gegenflansch 7 verstärkt, der
gleichmäßig über seinem Umfang verteilt eine Anzahl von Gewindebohrungen
8 aufweist, deren Gewindeteil ein glattzylindrischer Eintrittsbereich
9 vorangeht. Die rechtwinklig zur Rohrachse verlaufende Stirnfläche des Flansches
7 weist außerdem eine schräg zurückspringende ringförmige Unterschneidung
10 auf, welche durch die Zylinderfläche 4 begrenzt ist.
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An das Ende eines anderen Stahlrohres 2 ist- eine Steckmuffe
11 angeschweißt. Das Innenprofil der Steckmuffe 11 ist dem Ansatz
des Einsteckendes 3
angepaßt, d. h. sie weist von ihrer Eingangsöffnung
aus beginnend eine zylindrische Umfangsfläche 12 auf, der eine konische Umfangsfläche
13 folgt. Das Muffeninnere endet in einer zur Muffenachse rechtwinkligen
Bodenfläche 14. Die Umfangsflächen 12 und 13 entsprechen in ihrer Form den
Umfangsflächen 4 und 5.
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Die Stirnfläche 15 der Steckmuffe 11 ist abgeschrägt
und paßt in die komplementäre Unterschneidung 10 des Gegenflansches
7. Die Außenfläche 6 der Steckmuffe 11 ist schwach konisch
und endet in einer Schulter mit einer Anschlagfläche 17.
Auf das Stahlrohr
2 ist ein Losflansch 18 mit einer Innenbohrung 19 aufgefädelt. An
diese Bohrung 19
schließt sich eine konische Umfangsfläche 20 von der gleichen
Neigung wie die Fläche 16 an. Zwischen der Umfangsfläche 20 und der zylindrischen
Bohrung 19
verläuft eine zu der Rohrachse rechtwinklige Ringfläche 21. Der
Flansch 18 enthält in Anzahl und Verteilung den Gewindebohrungen
8 entsprechende Löcher 22.
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Zur Herstellung der Verbindung wird der Ansatz des Einsteckendes
3 in die öffnung der Steckmuffe 11 eingeführt, wobei die Anlage der
zylindrischen Umfangsfläche 4 an ihrer Gegenfläche 12 die Verbindung zentriert.
Darauf wird der Losflansch 18 mit Hilfe von durch seine Löcher 22 gesteckten
und in die Gewindebohrungeil 8 des Gegenflansches eingeschraubten Schrauben
23 zunächst fest verbunden. Durch weiteres paarweise diagonales Anziehen
der Schrauben 23 wird der Losflansch 18 dem Gegenflansch
7 weiter genähert, wobei sich gleichzeitig die konische Umfangsfläche
5 an ihre Gegenfläche 13
anlegt und dadurch die Abdichtung der Verbindung
bewirkt wird. Diese Näherungsbewegung ist dadurch begrenzt, daß die Stimfläche
15 zur Anlage an der Unterschneidungsfläche 10 gelangt.
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Durch das Anziehen der Schrauben 23 werden gleichzeitig auch
die konischen Umfangsflächen 16
und 20 aufeinander verkeilt und damit der
Losflansch 18 auf der Steckrauffe 11 so festgelegt, daß eine Schwenkbewegung
des Rohres 2 gegenüber dem Rohr 1 ausgeschlossen ist. Um eine gute Verkeilung.
zu erzielen, weisen die konischen Umfangsflächen eine Neigung zur Rohrachse von
etwa 1 : 10 auf. Diese Neigung liegt in der Größenordnung der Morsekegel,
die für das Einsetzen der Werkzeuge in die Spindeln von Werkzeugmaschinen verwendet
werden.
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Dadurch, daß die Anschlagfläche 21 des Losflansches 18 zur
Anlage an ihrer Gegenfläche 17
kommt, wird die radiale Pressung
zwischen dem Losflansch 18 und der Steckmuffe 11 begrenzt. Sobald
die Anschlagflächen sich berühren, steigt das Spannmoment der Schrauben plötzlich
an und zeigt damit an, daß der Verspannungsvorgang zwischen den konischen Flächen
beendet ist.
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Die besondere Torsionsfestigkeit der erfindungsgemäßen Rohrverbindung
ergibt sich daraus, daß eine gegenseitige Verdrehung der miteinander verbundenen
Rohrenden durch die Verkeilung des Losflansches 18 auf der Steckmuffe
11 unmöglich ist. Die hohe Biegefestigkeit ist bedingt durch zentrierende
Wirkung der zylindrischen Umfangsflächen 4 und 12 und durch das Aufschieben des
Losflansches 18 auf die Konusfläche 16, das ein Zusammenpressen der
konischen Umfangsflächen 5 und 13 zur Folge hat und ein Gleiten der
Flächen 5 und 13 aufeinander ausschließt.