DE1813779A1

DE1813779A1 - Biegsame Gewindesysteme fuer Hochdruckgefaesse u.dgl.

Info

Publication number: DE1813779A1
Application number: DE19681813779
Authority: DE
Inventors: Rossmann Peter Frank
Original assignee: National Forge Co
Current assignee: National Forge Co
Priority date: 1968-03-04
Filing date: 1968-12-10
Publication date: 1969-09-11
Also published as: GB1247916A; DE6810730U; FR1595426A; US3487442A; JPS4937214B1

Description

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 2, H 1UBUESTRASSE 2O

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stopf, 8 München 2, Hilblestro6e 20

Ihr Zeichen Unser Zeichen Gg/fr 17 818 Darum an η ,«~»

10. Dez, 1968

Anwaltsakten-Nr.; 17 818

NATIONAL FORGE COMPANY,
Irvine, Warren County, Pennsylvania / USA

"Biegsame Gewindesysteme fUr Hochdruckgefäße u.dgl."

Die Erfindung betrifft mit komplementären Gewinden versehene Teile zur Verwendung als VerschlußgefUge fUr Hochdruckgefäße. Die Erfindung bezfeht sich insbesondere auf Gewindeteile mit einem anhaftenden Elastizitätsverhalten.

Für bestimmte Anwendungen mit Hochdruck, wie beispielsweise solche unter Verwendung von isostatischen Gefäßen, welche mit einer Gewindeöffnung versehen sind, mit welcher ein mit einem Gewinde versehener Verschlußstopfen verschraubt wird, ist es wünschenswert, daß komplementäre Paßgewinde gleichförmig beansprucht werden, oder

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daß sie sich der durch den Druck hervorgerufenen Materialbeanspruchung des Hochdruckgefäßes anpassen.

In Hochdruckgefäßen der beschriebenen Art werden die höchsten Axialbeanspxichungen den Gewindegängen der Gefäßöffnung auferlegt, welche dem Innendruck in dem Gefäß am nächsten liegen, diese Beanspruchungen verringern sich allmählich, jedoch nicht unbedingt gleichförmig, in den Gewindegängen in einer Richtung weg von dem inneren Abschnitt der Gewindeöffnung. In der Gewindeöffnung des Druckgefäßes herrschen auch noch radiale Beanspruchungen vor, welche die Beanspruchungen in den Gewindegängen weiterhin verzerren und/oder erhöhen. Die mit komplementären Gewinden versehenen Teile, welche für Hochdruckgefäße verwendet worden sind, wurden deshalb mit Überdimensionierten Querschnitten versehen, um dadurch geeignete Sicherheitsfaktoren zu schaffen, weil nicht alle Gewindegänge des Verschlusses im Hinblick auf ihre Belastungsfähigkeit gleichmäßig und wirksam beansprucht sind.

Die Erfindung kann für Gefäße mit isostatischem Druck oder für Druckgefäße anderer Arten Anwendung finden, sie kann auch für Druckgefäße verwendet werden, welche für ihre Verschlußgefüge Parallelgewinde oder Gewinde mit Schraubenverzahnung benötigen. Die mit einem Gewinde versehenen Verschlußteiie können entweder von der Art mit kontinuierlicher Gewindeschraub© und Schraubenmutter sein, oder sie können unterbrochene, parallole ©der schraubenförmige Gewinde haben, wie diese für den Verschluß von Artilleriegeschützen im allgemeinen Verwendung finden. In allen diesen Fällen kann ein wahres Gewindeprofil verwendet werden, welches sich für die besondere Anwendung eignet.

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Unter Berücksichtigung des Vorstehenden werden erfindungsgemäß mit komplementären Gewinden versehene Teile geschaffen, welche sich als VerschlußgefUge fUr Hochdruckgefäße eignen und einen Außengewindeteil und einen Innengewindeteil umfassen, die zur Bildung einer komplementären Gewindeverbindung miteinander verschraubt sind und welche dadurch gekennzeichnet sind, daß unterhalb des normalen Fußabschnittes von wenigstens einem der beiden zusammenpassenden Gewinde eine derart geformte ZahnlUcke vorgesehen ist, daß sich die zusammenpassenden Gewinde unter Beaufschlagung mit hohen Drucken gleichförmig beanspruchen lassen.

Vorzugsweise ist die ZahnlUcke oder Nut kegelförmig, um eine Elastizitätskennlinie zu bilden, aufgrund welcher der Gewindequerschnitt sich als ein Hebel biegen oder durchfedern läßt, so daß sich dadurch die zusammenpassenden Gewinde gleichförmig beanspruchen oder deren Materialbeanspruchung unter Druck des Hochdruckgefäßes anpassen lassen. Wenn hier von "kegelförmig" gesprochen wird, so wird damit eine axiale Profilierung geneint. Das Profil muß nicht geradlinig sein.

Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung erkennbar. Es zeigt: Fig. 1 eine Ansicht mit zentralem, vertikalen Schnitt durch die

Verschlußfläche eines Hochdruckgefäßes, Fig. 2 einen Abschnitt der mit komplementären Gewinden versehenen

Teile der Fig. 1, in vergrößerte« Maßstab zum Zwecke einer

Verdeutlichung, Fig. 2a eine der Fig. 2 «Küche Ansicht, bei welcher jedoch in gestrichelten Linien und in einen Übertriebenen Ausmaße

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die Biegungen oder Durchfederungen des Gewindes dargestellt sind,

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, bei welcher jedoch die den Gewinden zugeordneten Zahnlücken eine abgeänderte AusfUhrungsform aufweisen, und

Fig. 3a eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht, bei welcher jedoch

eine weiterhin geänderte AusfUhrungsform dargestellt ist und bei welcher auch in gestrichelten Linien und in einem Übertriebenen Ausmaße die Biegungen oder Durchfederungen des Gewindes dargestellt sind.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 in Besonderem ist mit 10 das Hochdruckgefäß bezeichnet, welches jede beliebige AusfUhrungsform haben kann. Nur der Teil des Gefäßes ist dargestellt, welcher die mit komplementären Gewinden versehenen Teile umfaßt, diese bestehen aus einer Gewindeöffnung 11 und einem mit einem Gewinde versehenen Verschlußstopfen 12, der in die Öffnung eingeschraubt ist, um das Innere des Gefäßes nach außen abzuschließen. Die Offnung 11 ist mit einem Innengewinde versehen, das mit 13 bezeichnet ist, das Außengewinde des Verschlusses 12 ist mit 14 bezeichnet.

FUr den Schraubenverschluß sind in der Zeichnung Sägezahngewinde dargestellt, die verbesserte AusfUhrungsform der Gewinde ist jedoch nicht auf dieses spezielle Gewinde beschränkt, wie dies vorstehend bereits angedeutet wurde.

Der Rollkreis- oder Wälzkreisdurchmesser des Gewindesystems ist mit der Maßlinie D 1 angedeutet. Der normale Fußkreisdurchmesser des Innengewindes 13 ist mit der Maßlinie D 2 und der Fußkreisdurchmesser des Außengewindes 14 ist mit der Maßlinie D 3 angedeutet. Dem normalen Fußabschnitt des Innengewindes 13 ist eine

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kegelförmige Nut oder ZahniUcke 15 zugeordnet, und gleichartig ist dem Fußabschnitt des Außengewindes 14 eine kegelförmige Nut oder ZahniUcke 16 zugeordnet.

Die Tiefe der kegelförmigen ZahniUcke 15 ist Über die gesamte axiale Länge des Innengewindes 13 nicht gleichförmig, sie nimmt vielmehr in Richtung auf das am nächsten zum Innern des Gefäßes 10 liegende Gewindeende hin allmählich zu. Dies ist aus dem Querschnitt gemäß Fig. 1 erkennbar, der Fuß der ZahniUcke 15 weist eine Kegeligkeit auf, die mit der Linie L 1 - L 1 angedeutet ist.

In gleichem Maße ist die Tiefe der kegelförmigen ZahniUcke 16 nicht Über die gesamte axiale Länge des Gewindes 14 gleichförmig, sie nimmt vielmehr gleichfalls in Richtung auf das am nächsten zum Inneren des Gefäßes 10 liegende Gewindeende hin allmählich zu. Wie aus Fig. 1 erkennbar, weist demzufolge der Fuß der ZahniUcke 16 gleichfalls eine Kegeligkeit auf, die mit der Linie L 2 - L verdeutlicht ist.

Die Wirkung der Zahnlücken besteht darin, die Steifheit der umgebenden, metallischen Körper zu reduzieren und folglich ein Biegen des Metalles unter Beanspruchung zu erleichtern. Das Vorsehender ZahniUcke an der Basis des Innengewindes gestattet demzufolge ein Biegen der Wand dieses Innengewindes, wie dies erforderlich ist, um ein Anpassen an die Kraft zu ermöglichen, die auf es durch das zugeordnete Außengewinde und umgekehrt ausgeübt wird. Die Tiefe der Zahnlücken und das Ausmaß und die Richtung der Kegeligkeit, welche diese Tiefe von Punkt zu Punkt ändert, sollte so gewählt werden, daß alle Abschnitte der Gewinde um Beträge gebogen oder durchgefedert werden, weiche in im wesentlichen gleichförmigen Einheitsbeanspruchungen in dem Metall resultieren.

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Es muß vermerkt werden, daß entgegen der Darstellung mit einem sowohl dem Gewinde des Verschlußstopfens wie auch dem Gewinde der Öffnung in. dem Gefäß zugeordneten kegelförmigen, schraubenförmigen Zahnlücke der erfindungsgewollte Zweck auch erreicht werden kann, wenn die kegelförmige Zahnlücke nur dem Gewinde des Verschlußstopfens oder nur dem Gewinde der Gefäßöffnung zugeordnet wird. DarUbe/hinaus können die Winkel ^ und ρ der Zahnlückenkegel divergierend oder konvergierend sein, oder es können die Zahnlücken veränderliche Kegeligkeiten haben, oder sie können mit geradlinigen Bereichen in Wechselbeziehung mit den durch den Druck induzierten Beanspruchungen kombiniert werden, welchen das Gefäßsystem ausgesetzt ist. Während eine kegelförmige Ausfuhrungsform

der Zahnlücken bevorzugt ist, kann auch eine Ausführungsform verwendet werden, welche keine Kegeligkeit aufweist.

Eine gleichförmige Beanspruchung der Gewinde des Verschlusses wird dadurch erreicht, daß der Gewindequerschnitt als ein Hebel in der axialen Richtung durchbiegt oder durchfedert,und daß die Zahnlücken 15 und/oder 16 die notwendigen Biegungs- oder Durchfederungseigenschaften erleichtern.

Unter Bezugnahme nunmehr auf die vergrößerte Darstellung gemäß Fig. 2 ist erkennbar, daß die Flanken 17 und 17* der Zahnlücke parallel zueinander verlaufen, dies ist jedoch kein notwendiges Merkmal, da sie auch schräg verlaufen können. In gleicher Art und Weise können auch die Flanken 18 und 18' der Zahnlücke 16, welche parallel zueinander verlaufend dargestellt sind, schräg ausgerichtet sein. Die Radii oder Krümmungen der Oberflächen 19, an den Füßen der Zahnlücken 15, 16 und der Oberflächen 21, 22 an den Füßen der Gewinde 13, 14 sind vorzugsweise so gestaltet, daß sie eine Verteilung der Beanspruchung in dem Gefäßsystem aus»

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gleichen, so daß die Gewinde als gleichförmig beanspruchte, lontinuierlich biegsame Hebel wirken. Die Flankenabschnitte der Gewinde sind geradlinig gezeigt.

Fig. 2a zeigt eine herkömmliche Sägezahngewinde-Verbindung, bei welcher die gestrichelten Linien die Biegungen oder Durchfederungen darstellen. Das Ausmaß der Biegungen oder Durchfederungen ist zum Zwecke der Darstellung Übertrieben. D 1 ist die Maßlinie fUr den Rollkreisdurchmesser und 26 zeigt die paxllelen, zusammenpassenden Oberflächen in nicht beanspruchtem Zustand. Diese Parallelität ist das erwartete Ideal, es ist jedoch zu bezweifeln, ob sie unter Belastung in der Praxis tatsächlich erreicht wird. Im belasteten oder beanspruchten Zustand geht diese Parallelität bestimmt zu einem gewissen Ausmaße verloren, und die Gewindespitzen 24 und 25 könnten die B&astungspunkte werden, wodurch komplexe Biegungs- und Scherbeanspruchungen auftreten, welche nicht richtig verstanden werden.

Um die Beanspruchungen entlang des Rollkreises zu zentralisieren und um die Hebelarme auszugleichen, kann eine ballige AusfUhrungsform der Gewinde Verwendung finden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

In der in Fig. 3 dargestellten, abgeänderten Ausfuhrungsform sind die Flanken 21A des Gewindes 13 nicht geradlinig wie in der Fig. 2, die Flanke 21A des Gewindes 13 ist vielmehr sowohl an der Spitz· wie auch am Fuß, wie bei 23 angedeutet, ballig ausgeführt, um dadurch ein Anpassen an die Biegungsbeanspruchungen zu ermöglichen. Falls erwünscht kann eine gleichartige Balligkeit auch für die Flanken des Gewindes 14 vorgesehen werden, wie dies in Fig. 3a

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gezeigt ist, die Balligkeit kann auch nur fUr das Gewinde 14 und nicht fUr das Gewinde 13 vorgesehen sein.

Fig. 3a zeigt eine Sägezahn-Balliggewinde-Verbindung, welche auf die sich hin und her bewegenden oder oszillierenden Flächen 27 die Belastung ausUbt. Es sollte vermerkt werden, daß die Gewindespitzen 28 und 29 nicht unter Belastung stehen, wodurch konsequenterweise ein kürzerer Hebelarm zur Verfugung gestellt ist. Eine ballige Ausfuhrung erlaubt fUr das Herstellungsverfahren eine größere Breite, in_,dem parallele Gewindeoberflächen nicht notwendig sind. In Fig. 3a veranschaulicht die gestrichelte Linie in einem Übertriebenen Ausmaße die Lagen der Gewinde, welche in belastetem Zustand infolge von Biegungen oder Durchfederungen erwartet werden. Die Wirkverbindung der Gewinde unter Belastung ist durch die mit 27* bezeichneten durchgebogenen oder durchgefederten Oberflächen gezeigt.

Während die Erfindung in Verbindung mit einer spezifischen Ausführungsform und fUr eine spezielle Anwendung beschrieben worden ist, können verschiedene Änderungen von dem einschlägigen Fachmann vorgenommen werden, ohne daß dabei von dem Erfindungsgedanken, wie er in den beigefugten Ansprüchen erfaßt ist, Abstand r genommen wird.

Claims

Patentansprüche

1. Mit komplementären Gewinden versehene Teile zur Verwendung als VerschlußgefUge fUr Hochdruckgefäße mit einem Außengewindeteil und einem Innengewindeteil, welche zur Bildung einer komplementären Gewindeverbindung miteinander verschraubt sind, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des normalen Fußabschnittes wenigstens eines der beiden zusammenpassenden Gewinde eine ZahnlUcke (15 oder 16) vorgesehen ist, welche derart geformt ist, daß sich die zusammenpassenden Gewinde unter Beaufschlagung mit hohen Drucken gleichförmig beanspruchen lassen.

2. Gewindeteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Gewindeteil ein Verschlußstopfen und der andere eine mit einem Gewinde versehene Öffnung eines Hochdruckgefäßes ist.

3. Gewindeteile nach Anspruch 1 oder. 2, dadurch gekennzeichnet, daß fUr beide Gewinde eine ZahnlUcke vorgesehen ist.

4. Gewindeteile nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (21) der Gewinde geradlinig sind.

5. Gewindeteile nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanke (21A) wenigstens eine« der beiden zusammenpassenden Gewinde ballig ausgebildet ist.

- 2 -ORIGINAL INSPECTED

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-Λ. V)

6. Gewindeteile nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanke sowohl an der Spitze wie auch am Fuß ballig ausgebildet ist.

7. Gewindeteile nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne t,daß die Zahnlücke derart geformt ist, daß die Gewinde der zusammenpassenden Teile unter Beanspruchung eine Biegung zulassen.

3. Gewindeteile nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Zahnlücke derart ist, daß die gleichk förmige Beanspruchung der Teile Über deren axiale Erstreckung

in der Nähe der Gewinde stattfindet®

9. Gewindeteile nach ©inera der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnlücke in einer solchen Richtung kegelförmig ist, daß die Ti©fs von einem äußeren Ende zu einem inneren Ende des xusanfsienpassendon Teiles in der Nähe des Druckgefäßinneren allmählich zunimmt.

10. Gewindeteile nach öin©sn der vorhergehenden Anspruch®, dadurch gekennzeichnet, daß die ZahnlUdk©n in jedem dsr beiden zusammenpassenden Gewinde vargassbeti si

11. Gewindeteile nach Anspruch 10, dadurch g © k © η η ζ e i c hn e t, daß die beiden Zahnlücken in einer solchen Richtung kegelförmig sind, daß dl® Tiefen von einem Hußeren Ende zu einem inneren Ende der zueansmenpassenden Teil-® in der Nähe des Druckgefäßelnnaron alliüählich zunehmen.

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