DE1947175C2

DE1947175C2 - Dichtungs- und Klemmvorrichtung

Info

Publication number: DE1947175C2
Application number: DE1947175A
Authority: DE
Inventors: Fred Aloysius Chagrin Falls Ohio Lennon; Emery John Solon Ohio Zahuranec
Original assignee: SNO-TRIK Co SOLON OHIO US
Current assignee: SNO-TRIK Co SOLON OHIO US
Priority date: 1968-09-18
Filing date: 1969-09-18
Publication date: 1984-01-26
Also published as: NL168925B; JPS5035684B1; NL6914144A; FR1602484A; US3584900A; NL168925C; GB1288576A; BE739042A; DE1947175A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungs- und Klemmvorrichtung für den Anschluß einer verhältnismäßig dickwandigen Rohrleitung an einen Rohranschlußkörper, insbesondere eine Hochdruckrohrleitung, bei der der Kegelwinkel des sich konisch verjüngenden Rohrleitungsendes kleiner als der der daran anliegenden, sich konisch erweiternden Öffnung des Rohranschlußkörpers ist, und mit einer mit diesem Ende des Rohranschlußkörpers verschraubbaren Überwurfmutter, wobei diese das Rohrleitungsende über mindestens einen auf diesem Ende zwischen ihr und Rohranschlußkörper mindestens einen auf diesem Ende zwischen ihr und Rohranschlußkörper mindestens kraftschlüssig angreifenden Ring axial gegen das Ende des Rohranschlußkörpers treibt und der an die Dichtzone nach rückwärts anschließende Bereich mit der Umgebung in Verbindung steht.

Bekannt ist eine Dichtungs- und Klemmvorrichtung der eingangs genannten Gattung, bei der der sich an die Dichtzone nach rückwärts anschließende Bereich über einen Ringspalt zwischen der Rohrleitung und der Überwurfmutter mit der Umgebung in Verbindung steht. Durch diesen Ringspalt kann durch die Dichtzone durchleckende Hochdruckflüssigkeit nach außen abflie-

lu ßen. Damit wird diese Leckflüssigkeit daran gehindert, den Dichtspalt aufzudrücken und damit die Dichtigkeit der Verbindung zu beeinträchtigen (US-PS 26 79 411). Bei dieser bekannten Dichtungs- und Klemmvorrichtung weist das Rohrleitungsende ein Außengewinde auf, auf das ein mit der Überwurfmutter zusammenwirkender Ring aufgeschraubt ist. Dieses Außengewinde schwächt den Querschnitt der Rohrleitung. Dieses Außengewinde schwächt den Querschnitt der Rohrleitung. Damit muß die gesamte Vorrichtung zum Erreichen der gleichen Festigkeit stärker ausgebildet werden. Dies erhöht die Kosten und ist bei vielen Anwendungen aus Platzgründen nicht durchführbar.

Bekannt sind auch Dichtungs- und Klemmvorrichtungen mit zwei axial hintereinander angeordneten, kraftschlüssig auf dem Rohrleitungsende angreifenden Klemmringen mit keilförmig ausgebildeten Stirnseiten, die mit trichterförmigen Öffnungen des Rohranschlußkörpers bzw. des ersten Klemmringes zusammenwirken (US-PS 31 03 373 und 32 15 457). Bei diesen Vorrichtun-

3n gen liegt die Dichtzone nicht zwischen dem Rohrleitungsende und dem Rohranschlußkörper, sondern zwischen der Außenwand der Rohrleitung und dem ersten Klemmring. Diese bekannten Vorrichtungen fallen daher nicht in die Gattung der Erfindung.

Zwar ist eine Dichtungs- und Klemmvorrichtung bekannt, bei der die Dichtungs- und Haltefunktion dadurch getrennt ist, daß ein Schneid- oder Klemmring kraftschlüssig auf dem Rohrleitungsende lediglich zu dessen mechanischer Halterung angreift, während die Dichtzone zwischen dem Rohrleitungsende und dem Rohranschlußkörper unter Zwischenlage eines elastischen Dichtungselementes gebildet ist. Diese Anordnung ist für eine Hochdruckbeaufschlagung im Sinne der Anmeldung nicht ausreichend (DE-Gbm 19 78 892).

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Dichtwirkung der Dichtungs- und Klemmvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu erhöhen, so daß die Vorrichtung für einen vorgegebenen Rohrleitungs-Innendruck räumlich kleiner gestaltet werden kann. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung dadurch, daß jeder kraftschlüssig angreifende Ring durch einen radialen Klemmdruck auf die Rohrleitung ausübenden Klemmring gebildet ist, der mit einer keilförmigen Stirnseite versehen ist, die mit einer trichterförmigen Öffnung des Rohranschlußkörpers bzw. des vorderen Klemmringes zur Ausbildung einer elastischen Kompressionswelle im Rohrleitungsende axial vor dem Klemmring zusammenwirkt und auf

bO dieses Rohrleitungsende eine Vorbelastung ausübt, die wenigstens etwas größer ist als die zu erwartende hydraulische Kraft, die auf die Dichtfläche zwischen dem sich konisch verjüngenden Rohrleitungsende und der steiler konisch sich erweiternden Öffnung des Rohranschlußkörpers wirkt.

Der Kraftschluß zwischen dem Ring und dem Rohrleitungsende wird daher nicht mehr wie bei der bekannten Dichtungs- und Klemmvorrichtung durch die

Gewindeverbindung zwischen dem Rohrleitungsende und dem Ring bewirkt, sondern allein durch einen radialen Klemmdruck. Jegliche Materialschwächung durch ein Gewinde wird damit vermieden. Es kommt hinzu, daß durch die Anlage der keilförmigen Stirnseite eines Klemmringes an der trichterförmigen Öffnung des Rohranschlußkörpers bzw. des vorderen Klemmringes im Rohrleitungsende eine elastische Kompressionswelle erzeugt und dieses damit vorbelastet wird. Damit werden das sich konisch verjüngende Rohrleitungsende und die sich konisch erweiternde Öffnung des Rohranschlußkörpers, zwischen denen die Dichtfläche ausgebildet ist, zusätzlich zusammengepreßt. Diese Anpreßkraft läßt sich mit mehr oder weniger starkem Anziehen bzw. Aufschrauben der Überwurfmutter steuern. Diese Steuerung ist sehr fein. Durch ein mehr oder weniger starkes Anziehen der Überwurfmutter um nur den Bruchteil einer vollen Umdrehung läßt sich die Anpreßkraft schon wesentlich beeinflussen. Dabei bedenkt die Elastizität der in dem Rohrleitungsende erzeugten Kompressionswelle eine zusätzliche Sicherheit. Das sich konisch verjüngende Rohrleitungsende wird auch infolge der Elastizität seines Materials in die sich steiler konisch erweiternde Öffnung des Rohranschlußkörpers hineingedrückt. Dadurch werden die Anpreßkräfte zusätzlich erhöht. Insgesamt gesehen liegt auch ein Zusammenwirken der verschiedenen einzelnen Merkmale vor. Durch die Überwurfmutter wird der Klemmring radial auf das Rohrleitungsende aufgedrückt. Durch die Anlage zwischen der keilförmigen Stirnseite des Klemmringes und der trichterförmigen öffnung des Rohranschlußkörpers werden axial wirkende Kräfte erzeugt. Hierdurch werden dann das sich konisch verjüngende Rohrleitungsende und die konisch sich erweiternde Öffnung des Rohranschlußkörpers zusammengepreßt. Durch die unterschiedliche Konizität der beiden aneinander anliegenden Flächen von Rohrleitungsende und Rohranschlußkörper wird weiter erreicht, daß die Dichtfläche bei noch geringem Aneinander-Anpressen klein ist und damit besonders hohe Abdichtdrücke auftreten. Als Vorteil ist weiter anzumerken, daß zwei Klemmringe verwendet werden können. Damit werden die eintretenden Wirkungen noch verstärkt.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Verbindung der Dichtzone mit der Umgebung aus einem sich geradlinig durch den Rohranschlußkörper nach außen hin erstreckenden Kanal besteht. Ein solcher Kanal läßt sich besser als Auslaßkanal für durchleckende Hochdruckflüssigkeit als der bei der bekannten Vorrichtung vorhandene Ringspalt ausbilden. Damit kann die durchleckende Hochdruckflüssigkeit sicher nach außen abströmen. Es wird sicher verhindert, daß sie zwischen der trichterförmigen Öffnung des Rohranschlußkörpers und der keilförmigen Stirnseite eines Klemmringes eintritt und diese Flächen voneinander trennt.

Als besonders zweckmäßig hat sich herausgestellt, daß der Unterschied der Kegelwinkel zwischen dem sich konisch verjüngenden Rohrleitungsende und der steller konisch sich erweiternden Öffnung des Rohranschlußkörpers 2° bis 10°, vorzugsweise 4°, beträgt.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Rohranschlußkörper aus zwei miteinander verschraubten Teilen besteht.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist

F i g. 1 ein Längsschnitt durch die obere Hälfte einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungsund Klemmvorrichtung,

F i g. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung von zwei verwendeten Klemmringen,

F i g. 3 ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungs- und Klemmvorrichtung, bei der der Rohranschlußkörper aus miteinander verschraubten Teilen besteht,

F i g. 4 ein Längsschnitt ähnlich F i g. 1 in derjenigen Lage der Dichtungs- und Klemmvorrichtung, bei der die Überwurfmutter stark aufgedreht ist,

F i g. 5 ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Dichtungs- und Klemmvorrichtung, bei der statt der Überwurfmutter eine Mutter in den Rohranschlußkörper hineingeschraubt wird,

F i g. 6 ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Dichtungs- und Klemmvorrichtung, bei der der Rohranschlußkörper aus zwei ineinandergeschraubten Teilen besteht,

Fig. 7 in größerem Maßstab ein Längsschnitt durch das Rohrleitungsende und den Rohranschlußkörper unter besonderer Darstellung der Abmessungen des Rohrleitungsendes und

F i g. 8 eine schematische Darstellung der beim Anziehen der Überwurfmutter im Rohrleitungsende auftretenden Kräfte.

F i g. 1 zeigt die Dichtungs- und Klemmvorrichtung 10 mit dem Rohranschlußkörper 12 mit Schlüsselflächen 14. Durch den Rohranschlußkörper 12 verläuft die Bohrung 16, die in eine Bohrung 18 übergeht. Eine Schulter 20 liegt zwischen den Bohrungen 16 und 18. Die Schulter 20 verläuft ein verhältnismäßig kurzes Stück radial nach innen und geht dann in eine sich konisch erweiternde Öffnung 22 über. An der öffnung 22 liegt das sich konisch verjüngende Rohrleitungsende 24 der Rohrleitung 26 an. Ein Kanal 29 erstreckt sich von der Außenseite der Vorrichtung 10 bis in die Bohrung 18. Die Bohrung 18 weist an ihrem in der Figur rechts liegenden Ende eine trichterförmige Öffnung 28 auf.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform verläuft sie zur Achse der Bohrung 16 unter einem Winkel von etwa 15° bis 25°.

Der Rohranschlußkörper 12 weist an dem Ende, an welchem die Öffnung 28 ausgebildet ist, ein Außengewinde 30 auf, das im Innengewinde 32 einer Überwurfmutter 34 liegt. Das vom Innengewinde 32 abgekehrte Ende der Überwurfmutter 34 ist mit einem nach innen gerichteten Ringflansch 36 versehen. Dieser umschließt eine Bohrung 38, welche zur Bohrung 18 koaxial ist und annähernd den gleichen Durchmesser aufweist.

Die der trichterförmigen Öffnung 28 zugekehrte Seite des Ringflansches 36 bildet eine zur Bohrung 18 koaxiale kegelstumpfförmige Druckfläche 40. Die trichterförmige Öffnung 28, die Innenflächen der Überwurfmutter 34 und die Außenseite der Rohrleitung 26 begrenzen zusammen eine ringförmige Kammer 42. In dieser liegen Klemmringe 44 und 46.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Druckfläche 40 der Überwurfmutter 34 vom Innengewinde 32 durch eine ringförmige Innenfläche 48 getrennt.

Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, weist der vordere Klemmring 44 einen Hauptteil 50 und einen Nasenteil 52 auf. Durch ihn verläuft eine Bohrung 54, deren Durchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser der Rohrleitung 26. Der Hauptteil 50 hat im wesentlichen die Form eines Zylinders, dessen

Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser der Innenfläche 48 der Überwurfmutter 34, so daß ein kleiner radialer Spielraum gebildet wird. Die Außenfläche 56 des Hauptteils weist eine geringe Abschrägung auf, die von einer erhöhten Stellung 58 ausgeht, so da3 die Außenfläche 56 insgesamt Kegelstumpfform aufweist. Da der Grad der Abschrägung aber nur gering ist, kann die Außenfläche 56 im wesentlichen als zylindrisch bezeichnet werden.

Der nach vorne konvergierende, kegelstumpfförmige Nasenteil 52 weist eine Schrägfläche 60 auf, die am vorderen Ende in einer gerundeten Spitze 62 endet. Sie grenzt an das kleinere Ende 64 der trichterförmigen Öffnung 28 an, liegt aber im Abstand von dieser. Die Spitze 62 ist mit der Bohrung 54 durch eine im allgemeinen radial gerichtete Vorderfläche 66 verbunden. An der Schnittlinie der Vorderfläche 66 und der Wand der Bohrung 54 wird eine Ecke 68 gebildet.

Die Schrägfläche 60 ist mit dem Hauptteil 50 durch eine im allgemeinen konkave Ringfläche 70 verbunden. Eine koaxiale, nach hinten sich öffnende, im allgemeinen kegelstumpfförmige trichterförmige öffnung 72 verbindet die radiale Basis 61 des vorderen Klemmringes 44 mit der Bohrung 54.

Aus Fig. 1 ist zu entnehmen, daß zwischen den verschiedenen Abmessungen des vorderen Klemmringes 44 besondere Beziehungen bestehen. Beispielsweise ist die radiale Ausdehnung der Öffnung 72 an ihrer Schnittlinie 74 mit der Basis 61 (das heißt der radiale Abstand zwischen der Schnittlinie 74 und der Wand der Bohrung 54) wesentlich kleiner als die Hälfte der radialen Stärke des Hauptteiles 50. Aus F i g. 1 ist ferner zu entnehmen, daß die axiale Länge des Hauptteils 50 (gemessen zwischen der radialen Basis 61 und der Stelle 71, das heißt dem Übergangsgebiet zwischen der Schrägfläche 60 und der erhöhten Stelle (58) ungefähr gleich der axialen Länge des Nasenteils 52 ist (gemessen zwischen der Vorderfläche 66 und der Stelle 71). Außerdem beträgt die Wandstärke des Nasenteils 52 an der Stelle 71 ungefähr die Hälfte der des Hauptteils 50.

In den F i g. 1 und 2 ist auch der hintere Klemmring 46 dargestellt, der einen Hauptteil 76 und einen Nasenteil 78 aufweist. Durch diese läuft die Bohrung 80 durch. Wie die Bohrung 54 des vorderen Klemmringes weist die Bohrung 80 einen Durchmesser auf, der etwas größer als der Außendurchmesser der Rohrleitung 26 ist, so daß der hintere Klemmring 46 angrenzend an den vorderen Klemmring 44 und hinter diesem auf die Rohrleitung 26 aufgeschoben werden kann. Der Hauptteil 76 hat eine kreisförmige, im wesentlichen zylindrische Form, deren Außendurchmesser ungefähr dem Außendurchmesser des Hauptteils 50 des vorderen Klemmringes 44 entspricht. Der Nasenteil 78 des hinteren Klemmringes 46 ist im wesentlichen zylindrisch, kann aber auch eine geringe Abschrägung nach außen aufweisen. Die größte radiale Stärke des Nasenteils 78 ist im wesentlichen kleiner als die Hälfte der größten radialen Stärke des Hauptteils 76.

Das vordere Ende des Nasenteils 78 hat die Form einer äußeren, nach vorne konvergierenden, im allgemeinen kegelstumpfförmigen Fläche 82, die von der trichterförmigen Öffnung 72 aufgenommen werden kann. Der Nasenteil 78 weist an seinem größten Durchmesser eine radiale Stärke auf, die ungefähr gleich der radialen Ausdehnung der trichterförmigen öffnung 72 ist. Angemessene Abänderungen in dieser Beziehung sind jedoch zulässig. Das hintere Ende des hinteren Klemmringes 46 ist mit einer im allgemeinen kegelstumpfförmigen, nach hinten konvergierenden hinteren Fläche 88 versehen, welche mit der kegelstumpfförmigen Druckfläche 40 der Überwurfmutter 34 in Eingriff gelangt.

Wie aus F i g. 1 zu entnehmen ist, bestehen zwischen den verschiedenen Abmessungen des hinteren Klemmringes 46 besondere Beziehungen. Wie bereits erwähnt, ist die radiale Stärke des Nasenteils 78 wesentlich kleiner als die Hälfte der radialen Stärke des Hauptteils

ίο 76. Ebenso ist die axiale Länge des Nasenteils 78 wesentlich kleiner als die Hälfte der axialen Länge des Hauptteils 76.

Nunmehr wird auf das Rohrleitungsende 24 Bezug genommen. Es weist eine im allgemeinen kegelstumpfförmige Dichtfläche 94 auf und endet in einer gekrümmten Spitze 96, welche an der öffnung 22 des RohranschJußkörpers 12 längs einer Linie aufsitzt, die einen Kreis vorbestimmten Durchmessers umschreibt, welcher an das kleinere Ende 98 der Öffnung 22 angrenzt, aber im Abstand von dieser liegt. Die Spitze 96 ist mit der Wand einer Bohrung 100 der Rohrleitung 26 durch eine im allgemeinen radial gerichtete Vorderfläche 102 verbunden. Die axiale Ausdehnung der Dichtfläche 94 ist gewöhnlich ungefähr gleich oder größer als die axiale Ausdehnung der öffnung 22. Außerdem begrenzt die Dichtfläche 94 relativ zur Achse der Bohrung 16 einen Halbwinkel, der kleiner ist als der von der öffnung 22 begrenzte Halbwinkel, obwohl in manchen Fällen diese Halbwinkel mehr oder weniger gleich sein können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform begrenzt die öffnung 22 relativ zur Achse der Bohrung 16 einen Halbwinkel von ungefähr 30°, während die Dichtfläche 94 einen Halbwinkel von ungefähr 28° begrenzt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt der Unterschied der von den Dicht-Flächen begrenzten Halbwinkel nur ungefähr 2°, obwohl dieser Unterschied im Bereich von Γ bis 5° liegen kann.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Dichtungs- und Klemmvorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 und 4 beschrieben- Die Klemmringe 44, 46 werden zuerst so angeordnet, wie in F i g. 1 gezeigt ist, wobei die Überwurfmutter 34 mit der Hand auf den Rohranschlußkörper 12 aufgeschraubt «vird. Dann wird die Rohrleitung 26 durch die Überwurfmutter und den Rohranschlußkörper eingeführt, so daß die Spitze 96 auf der öffnung 22 längs einer Linie aufsitzt, die einen Kreis vorherbestimmten Durchmessers umschreibt, bei 108 in F i g. 1. Nach dem anfänglichen Anziehen der Überwurf mutter 34 durch die Druckfläche 40 auf den Klemmring 46 ein axialer Druck ausgeübt. Der Klemmring 46 übt seinerseits einen wesentlichen axialen Druck auf den vorderen Klemmring 44 aus, so daß dieser an der gekrümmten Spitze 62 mit der öffnung 28 in Anlage gedrückt wird. Bei weiterem Anziehen der Überwurfmutter 34 wird der Nasenteil 52 des vorderen Klemmringes in Anlage mit der Außenseite der Rohrleitung 26, bei 104 in F i g. 4, progressiv nach innen verklemmt. Gleichzeitig wird die anfängliche Linienberührung zwischen der gekrümmten Spitze 62 und der trichterförmigen öffnung 28 in eine Flächenberührung ausgedehnt, bei 106 in F i g. 4.

Bei weiterem Anziehen der Überwurfmutter 34 bewegt sich der vordere Klemmring 44 weiter, aber infolge des zunehmenden Widerstandes, der von der Oberfläche der Rohrleitung 26 und der trichterförmigen Mündung 28 geleistet wird, mit einer verringerten Geschwindigkeit. Wenn der Widerstand gegen die

Bewegung des vorderen Klemmringes 44 zunimmt und die Geschwindigkeit von dessen Bewegung abnimmt, wird die Steifheit des verhältnismäßig kurzen Nasenteils 78 des hinteren Klemmringes 46 allmählich überwunden, so daß ein progressives Verkeilen des Nasenteils 78 des hinteren Klemmringes nach innen in Anlage mit der Oberfläche der Rohrleitung 26 beginnt, bei 108 in F i g. 4.

Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform erfordert ungefähr etwas mehr als eine Umdrehung der Überwurfmutter 34, um die Verbindung herzustellen. Selbstverständlich ist die Anzahl der erforderlichen Umdrehungen von vielen Faktoren abhängig, wie zum Beispiel von den Drücken, unter denen die Vorrichtung verwendet werden soll, sowie von der Steigerung der Gewinde 30 und 32.

Die Aufmerksamkeit wird nunmehr auf die Herstellung einer lecksicheren Abdichtung zwischen der Dichtfläche 94 der Rohrleitung 96 und der öffnung 22 des Rohranschlußkörpers 12 während des Anziehens der Überwurfmutter gerichtet. Wie F i g. 8 zeigt, wird der Nasenteil 52 des vorderen Klemmringes 44 durch eine Kraft Fr mit der Rohrleitung 26 in Anlage gedrückt, die eine Komponente Fn aufweist, welche zur Achse des Klemmringes 44 senkrecht steht und diesen mit der Rohrleitung 26 in Berührung hält, sowie eine Komponente Fa, die zur Achse des Klemmringes 44 parallel ist.

Durch die Komponente Fn wird in der Rohrleitung vor dem Klemmring 44 eine elastische Kompressionswelle 10 ausgebildet. Die Komponente Fa, die auf einer Berührungslinie C-C(F i g. 8) gegen die Welle 110 wirkt, drückt die elastische Welle gegen das freie Ende der Rohrleitung vor.

Die Amplitude der elastischen Welle 110 verändert sich in Abhängigkeit von dem Grad der Verformung des Nasenteils 52 des vorderen Klemmringes 4. In F i g. 8 ist diese Amplitude stark übertrieben durch die Pfeile D-D dargestellt. Die Wirkung der Komponente Fa besteht darin, die Welle längs der Rohrleitung 26 zu drücken, um dadurch die Dichtfläche 94 der Rohrleitung in Dichteingriff mit der öffnung 22 des Rohranschlußkörpers vorzurücken, wo eine lecksichere Abdichtung hergestellt wird. Ein weiteres Anziehen der Überwurfmutter bewirkt eine stärkere Verformung des Nasenteils 52 und vergrößert die Amplitude der elastischen Welle UO, wodurch der von der Dichtfläche 94 auf die öffnung 22 aus'geübte Dichtdruck verstärkt wird. Die in Fig. 1 dargestellte ursprüngliche Berührungslinie 108 der Rohrleitung 26 mit dem Rohranschlußkörper 12 wird nunmehr zu einer Dichtfläche, bei 112 in F i g. 4. Da die Amplitude der elastischen Welle 110 mit zunehmender Verformung des Nasenteils 52 des vorderen Klemmringes 44 zunehmen soll, soll theoretisch der durch diesen auf das Leitungsende ausgeübte Dichtdruck in ähnlicher Weise zunehmen. Theoretisch kann aber gegebenenfalls ein Punkt erreicht werden, an welchem das verstärkte Anziehen der Überwurfmutter eine Verformung des vorderen Klemmringes in dem Maße bewirkt, daß ein Eindrücken der Rohrleitung erfolgt. Falls dies eintritt, besteht die Gefahr, daß die Abdichtung unterbrochen wird.

Die obige Erörterung, welche sich auf die Erzeugung einer Kompressionswelle durch Verformung des vorderen Klemmringes bezieht, gilt auch für die Verformung des hinteren Klemmringes 46. Die Einwärtsbewegung des Nasenteils 78 des hinteren Klemmringes 46 dient daher zum Erzeugen einer nicht dargestellten zweiten elastischen Kompressionswelle in der Rohrleitung 26, welche jener ähnlich ist, die unter Bezugnahme auf Fig.8 beschrieben wurde. Der Nutzen der durch den hinteren Klemmring 46 erzeugten zweiten elastischen Welle besteht darin, die durch den vorderen Klemmring 44 erzeugte erste elastische Welle bei der Vorbelastung der Rohrleitung zu unterstützen.

In F i g. 7 stellt d\ den durchschnittlichen Durchmesser der Dichtfläche 112 dar, gegen welche der Druck in der Rohrleitung 26 wirkt. Die durch den Druck ausgeübte Kraft kann daher berechnet werden, indem der zu

ίο erwartende innere Druck mit der Fläche multipliziert wird, gegen welche er wirkt, die Fläche eines Kreises mit dem Durchmesser d\. Die Verformung der Klemmringe, die erforderlich ist, um im Rohrleitungsende eine Vorbelastung mit einer Kraft zu erzeugen, die gleich, aber entgegengesetzt der Kraft ist, welche mit dem inneren Druck auf die Leitung wirkt, kann daher berechnet werden. Die Stärke der Vorbelastung, welche von den Klemmringen ausgeübt wird, soll eine Größe aufweisen, die wenigstens etwas größer ist als die zu erwartende hydraulische Kraft innerhalb der Rohrleitung und die auf die Dichtfläche der Rohrleitung wirkt, um zu gewährleisten, daß sie nicht von ihrem Sitz abgehoben wird, wenn sie unter Druck gesetzt wird.
Nunmehr wird die Aufgabe des Kanals 29 unter Bezugnahme auf die F i g. 4 und 7 beschrieben. Wenn eine Dichtungs- und Klemmvorrichtung in Betracht gezogen wird, in welcher die Abdichtung am äußeren Ende in dem vom vorderen Klemmring 44 ausgeübten Klemmbereich, bei 104 in Fig.4, oder längs eines Durchmessers di, F i g. 7, erfolgt, wird die Kraft auf einen Kreis mit dem Durchmesser cfe wirken. Diese Kraft wird beträchtlich größer sein als eine ähnliche Kraft, die auf die kleinere konische Spitze der Rohrleitung 26 wirkt und auf einem Kreis mit dem Durchmesser d\ abdichtet.

Wenn beispielsweise d\ gleich 3,125 mm ist, wird ein Innendruck von 7000 kp/cm², der auf die konische Spitze wirkt, auf die Rohrleitung eine Kraft von 557 kp ausüben. Wenn deren Innendruck auf den Kreis mit dem Durchmesser d₂ wirken könnte, der beispielsweise gleich 6,25 mm ist, würde ein Innendruck von 7000 kp/cm² eine Kraft von 2228 kp ausüben.

Der Nutzen der Abdichtung an der konischen Spitze der Rohrleitung liegt daher darin, die auf die verschiedenen Teile der Vorrichtung wirkende Kraft zu verringern. Wenn der Durchmesser des Abdichtkreises um die Hälfte verringert wird, wird der Enddruck auf ein Viertel verringert. Aus diesem Grunde erfolgt die Abdichtung in der Vorrichtung nach Fig.4 nur an der

so konischen Spitze der Rohrleitung. Die Klemmringe erfassen die Rohrleitung 26 und liefern die Vorbelastung, die notwendig ist, um zu gewährleisten, daß die Abdichtung aufrecht erhalten wird. Für den Fall, daß an der konischen Spitze ein Lecken erfolgen sollte, ist der Kanal 29 vorgesehen, um Hochdruckflüssigkeit nach außen statt in die Nähe der Klemmringe abzuführen, wo die Rohrleitung einem viel größeren Enddruck unterworfen werden könnte.

Drei Hauptfaktoren bestimmen die Erzeugung der elastischen Kompressionswelle, mit der die Abdichtung bewirkt wird. Es sind dies:

1. die Abmessung der Vorrichtung und der Rohrleitung,

2. die physikalischen Eigenschaften dieser Elemente und ihre Beziehung zueinander,

3. die Beziehung der Abmessung der Vorrichtungsteile und der Rohrleitung zu diesen physikalischen

Eigenschaften.

Um eine optimale Abdichtcharakteristik zu erzielen, ist es wünschenswert, die konische Spitze der Rohrleitung mit einer elastischen Kompressionswelle vorzubelasten. Die Entwicklung der Welle steht zur Verformung der Rohrleitung in Beziehung, welche ihrerseits durch radiale und axiale Kräfte erzeugt wird, welche auf die Rohrleitung durch die Klemmringe ausgeübt werden.

Die Faktoren, welche die Größe der Kräfte regeln, die erforderlich sind, um die Verformung der Rohrleitung zu bewirken, sind dessen Streckgrenze, Scherfestigkeit und Dehnbarkeit.

Die Fähigkeit der Klemmringe, die erforderlichen Kräfte zur Einwirkung zu bringen, ist ebenfalls von der Streckgrenze, Scherfestigkeit und Dehnbarkeit der Materialien abhängig, aus denen sie und die übrigen Vorrichtungsteile hergestellt sind, sowie von der Beziehung dieser physikalischen Eigenschaften zu denen der Rohrleitung.

Überdies beeinflußt die Verteilung der Kräfte in der Verformung der Klemmringe und in der Verformung der Rohrleitung die Art der elastischen Kompressionswelle. Die Abmessungen der verschiedenen Vorrichtungsteile und der Rohrleitung hat ihrerseits Einfluß auf die Art dieser Kraftverteilung.

Da schließlich die Größe der Kraft, die erforderlich ist, um eine Verformung der richtigen Art zu erzielen, durch die physikalische Eigenschaften der verschiedenen Elemente beeinflußt wird und da die Verteilung der Kräfte durch die Abmessung dieser Elemente beeinflußt wird, ist ersichtlich, daß eine Beziehung zwischen der Abmessung und den physikalischen Eigenschaften besteht.

Bei der Bestimmung der Abmessungen der verschiedenen Elemente und bei der Auswahl der Materialien, welche einen Bereich von physikalischen Eigenschaften liefern, ist ein bestimmter Spielraum vei fügbar, vorausgesetzt, daß die oben genannten Beziehungen berücksichtigt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Vorrichtungsteile aus einem Material hergestellt, das eine Streckgrenze aufweist, die im allgemeinen so groß oder größer ist als jene des Materials der Rohrleitung. Außerdem müssen alle Teile aus einem dehnbaren Material bestehen, so daß sie ohne Bruch einer Verformung unter Belastung Widerstand leisten können.

Die Streckgrenze der bei einer bevorzugten Ausführungsform verwendeten Rohrleitung soll zum Elastizitätsmodul in einer solchen Beziehung stehen, daß sie nicht vorzeitig eingedrückt wird, da die elastische Vorbelastung des Rohrendes verwendet wird, um die Abdichtung an der konischen Spitze aufrecht zu erhalten. Die Rohrleitung soll daher aus jenen Materialien ausgewählt werden, welche eine ausreichende Streckgrenze und Wandstärke aufweisen, um ein vorzeitiges Eindrücken zu verhindern, die aber nicht die große Härte aufweisen, welche die Erzeugung der elastischen Kompressionswelle verhindern würde.

Verschiedene abgeänderte Ausführungsformen der Vorrichtungsteile sollen nun in Betracht gezogen werden. Einige mögliche Abänderungen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die F i g. 3, 5 und 6 beschrieben. Bei der Beschreibung werden ähnliche Bezugsziffern verwendet wie bei der Beschreibung der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Wenn die Elemente ähnlich, aber nicht identisch sind, werden die Bezugsziffern mit einem Index versehen.

In F i g. 3 ist der Rohranschlußkörper ein zusammengesetzter Bauteil, der aus einem Rohranschlußkörper 12' und einem Verbinderteil 120 besteht. Der Rohranschlußkörper 12' weist eine Bohrung 16', eine Dichtfläche 22', einen Kanal 29', eine Bohrung 18', eine trichterförmige öffnung 28' und ein Außengewinde 30', das mit einer Überwurfmutter 34' in Eingriff kommt, auf.

Das von dem mit der trichterförmigen öffnung 28' versehene Ende abgekehrte Ende des Rohranschlußkörpers 12' trägt ein Außengewinde 116, das mit dem Innengewinde 118 in einer Innenbohrung des Verbinderteiles 120 in Eingriff kommt. In das Innengewinde 118 ist ein axial verlaufender Schlitz 119 eingeschnitten, der einen Austrittsdurchlaß bildet. Der Verbinderteil 120 kann die Form einer ebenen Platte oder eines anderen Teils aufweisen, an welchem eine Rohrleitung 26' befestigt werden soll. Dieser Teil ist mit einer Bohrung 122, einer radialen Schulter 124 und einer kegelstumpfförmigen Fläche 126 versehen, welche die radiale Schulter 124 mit der Wand der Bohrung 122 verbindet. Der Verbinderteil 120 ist ein üblicher, mit einer Innenbohrung versehener Teil. Um die Innenbohrung mit der Vorrichtung zu verbinden, ist der Rohranschlußkörper 12' mit einem Außengewinde 116 und einem Nasenteil 128 versehen. Dieser wird durch eine im allgemeinen kegelstumpfförmige Fläche 130 begrenzt, welche relativ zur Achse der Bohrung 16' einen vorherbestimmten, nach vorne gerichteten Halbwinkel bildet, welcher kleiner ist als der Halbwinkel, den die kegelstumpfförmige Fläche 126 relativ zur Achse der Bohrung 122 begrenzt. Da die Industrienorm für die kegelstumpfförmige Fläche 126 einen Halbwinkel von 30° vorschreibt, wie F i g. 3 zeigt, begrenzt die kegelstumpfförmige Fläche 130 des Nasenteils 128 einen Halbwinkel von ungefähr 25° bis 29°, wobei ein Halbwinkel von 28° bevorzugt wird. Das vordere Ende des Nasenteils 128 weist eine gekrümmte Spitzenzone 132 und eine im allgemeinen radiale Fläche 134 auf.

Die Wirkungsweise der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform ist wie folgt:

Der Rohranschlußkörper 12' wird zuerst in die Innenbohrung des Verbinderteils 120 eingeführt, indem das Außengewinde 116 in das Innengewinde 118 eingeschraubt wird, bis die gekrümmte Spitzenzone 132 des Nasenteils 128 mit der Fläche 126 des Verbinderteils 120 in Dichtberührung kommt. Die mit einer konischen Spitze 24' versehene Rohrleitung 26' wird dann eingeführt und die Verbindung wird durch Anziehen der Überwurfmutter 34' hergestellt, wie unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschrieben wurde. Falls an der Spitzenzone 132 ein Lecken erfolgt, wird die Hochdruckflüssigkeit durch den Schlitz 119 nach außen ablaufen, um den Enddruck auf den Rohranschlußkörper 12' zu verringern. Dieser in F i g. 3 dargestellte Körper 12', der an einem Ende mit der trichterförmigen öffnung 28' und am anderen Ende mit dem Außengewinde 116 versehen ist, bildet daher ein geeignetes Einschraubstück zum Verbinden einer Hochdruckleitung mit einer üblichen Innenbohrung.

In Fig.5 ist eine abgeänderte Ausführungsform des Rohranschlußkörpers und der Überwurfmutter dargestellt, bei welcher ein Innengewinde 136 im Rohranschlußkörper 12" und ein Außengewinde 138 auf der Außenseite der Mutter 34" ausgebildet sind. Wie in F i g. 3 sind die Bezugsziffern von ähnlichen, aber nicht identischen Elementen mit einem Index versehen. Mit

Ausnahme der Umkehrung der Gewinde auf der Überwurfmutter und auf dem Rohranschlußkörper sind in F i g. 5 die übrigen Elemente der Mutter und des Körpers mit den in F i g. 1 gezeigten Elementen identisch. Die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß F i g. 5 ist identisch mit jener in F i g. 1, da die Mutter 34" in den Rohranschlußkörper 12" eingeschraubt wird, um dadurch mit der Druckfläche 40" eine Axialkraft auf den hinteren Klemmring 46" auszuüben. Der Nasenteil 52" des vorderen Klemmringes 44" wird dann mit der Außenseite der Rohrleitung 26" in Anlage gebracht, indem er durch die trichterförmige öffnung 28" nach innen gedrückt wird. Zwecks genauerer Beschreibung der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform wird auf die Beschreibung der F i g. 1 Bezug genommen.

Bei der in F i g. 6 dargestellten Ausführungsform ist der Rohranschlußkörper ein zusammengesetztes Bauteil, wobei die trichterförmige öffnung in einem ringförmigen Element 140 ausgebildet ist. Das zusammengesetzte Bauteil besteht aus einem Element 12'" und einem ringförmigen Element 140. Das Element 12'" enthält eine Bohrung 16'", eine Dichtfläche 20'", eine radiale Schulter 20'" und ein Innengewinde 136'". Das ringförmige Element 140 ist mit einem Außengewinde 142 versehen, welches in das Element 12'" eingeschraubt wird, bis die Vorderseite 143 des ringförmigen Elementes gegen die radiale Schulter 20'" stößt. Das ringförmige Element 140 muß nicht durch Gewinde in Stellung gehalten werden. Irgendeine Halteeinrichtung kann verwendet werden. Das ringförmige Element 140 weist eine Bohrung 144 auf, deren Durchmesser etwas größer als der Außendurchmesser der Rohrleitung 26'" ist, so wie eine Gegenbohrung 146. Im ringförmigen Element 140 ist eine im allgemeinen koaxiale, nach hinten sich öffnende, kegelstumpfförmige trichterförmige öffnung 148 vorgesehen, welche dem gleichen Zweck dient wie die trichterförmige öffnung 28 der Fig. 1. Die Rückseite 150 des ringförmigen Elementes 140 ist mit einem Längsschlitz 152 zur Aufnahme eines Schraubenziehers oder eines ähnlichen Werkzeuges versehen, um das ringförmige Element 140 in das Element 140'" einzuschrauben.

Die Wirkungsweise der in Fig.6 dargestellten Ausführungsform ist ähnlich jener, die unter Bezugnahme auf die F i g. 5 und 1 beschrieben wurde. Nachdem das ringförmige Element 140 in das Element 12'" eingeführt wurde und nachdem die Klemmringe 44'", 46'" mit der Mutter 34'" festgeklemmt wurden, wird die Rohrleitung 26'" eingeführt, bis das Rohrleitungsende 24'" mit der Dichtfläche 22'" in Eingriff steht und die Verbindung durch Anziehen der Mutter 34'" hergestellt ist. Wie bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß F i g. 1 begrenzt die trichterförmige öffnung 148 relativ zur Achse der Bohrung 16'" einen Halbwinkel, der etwas größer ist als der Halbwinkel, den die Schrägfläche 60'" des Nasenteils 52'" begrenzt.

In F i g. 6 sind zwei mögliche Kanäle dargestellt, von denen einer oder beide benutzt werden können. Wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 ist ein Kanal 29'" unmittelbar hinter der Dichtfläche 22'" vorgesehen, der die radiale Schulter 20'" kreuzt. Außerdem kann im Element 140 ein Kanal 154 ausgebildet werden, der sowohl die Wand 156 der Gegenbohrung 146 als auch deren Rückseite 150 schneidet. Auf der Außenseite der Mutter 34'" ist ein langgestreckter Axialschlitz 158 quer

ίο zum Außengewinde 138" ausgebildet, um einen Durchlaß für die in der Kammer 160 befindliche Flüssigkeit vorzusehen, welche von dem Element 12'", dem ringförmigen Element 140 und der Mutter 34'" begrenzt wird. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 6 kann daher am Rohrleitungsende 24'" leckende Flüssigkeit durch einen oder beide Kanäle 29'" oder 154 und 158 nach außen ablaufen.

Es wird nochmals auf die Ausführungsform gemäß F i g. 4 Bezug genommen. Ein weiteres Anziehen der Überwurfmutter 34 bewirkt, daß sich die vordere Stirnseite des Klemmringes 46 gegen die hintere Seite des Klemmringes 44 bewegt. Wenn während des zu starken Anziehens der Überwurfmutter die Berührung zwischen den betreffenden Seiten der Klemmringe hergestellt ist, nimmt der Widerstand gegen weiteres Anziehen plötzlich zu.

Ebenso wird ein zu starkes Anziehen der Überwurfmutter 34 der F i g. 4 den Klemmring 44 in Eingriff mit der ganzen trichterförmigen Öffnung auf einer Eingriffsfläche 106 vorrücken. Ein weiteres Anziehen wird eine plötzliche Zunahme des Widerstandes ergeben, da die konkave Ringfläche 70 mit der Kante der trichterförmigen Öffnung 28 in Berührung kommt.

Ein weiteres Anziehen mittels gewöhnlicher Handwerkzeuge ist praktisch unmöglich. Da die Abdichtung der Rohrleitung aufrecht erhalten wird, wenn sich die Überwurfmutter im zu stark angezogenen Zustand befindet, in welchem die Klemmringe aneinander anliegen, und da weiteres Anziehen ausgeschlossen ist, besteht keine Gefahr, daß die Abdichtung durch zu starkes Anziehen aufgehoben wird.

Die Erfindung hat gezeigt, daß sobald eine Dichtungsund Klemmvorrichtung auf eine Rohrleitung aufgesetzt worden ist, die Verbindung mehrere Male hergestellt und wieder gelöst werden kann, ohne die Wirkungsweise wesentlich zu beeinträchtigen. Bei jedem Anziehen der Überwurfmutter wird eine zuverlässige lecksichere Abdichtung erzielt.

Zusätzlich zur Herstellung einer lecksicheren Abdichtung an der konischen Spitze der Rohrleitung dient die elastische Welle 110 (F i g. 8) auch dazu, auf die gesamte Abdichtung eine federartige Belastung auszuüben. Die Dichtungs- und Klemmvorrichtung ist daher fähig. Schwingungen und anderen Kräften Widerstand zu leisten, von denen bekannt ist, daß sie die bekannte Dichtungs- und Klemmvorrichtung lösen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungs- und Klemmvorrichtung für den Anschluß einer verhältnismäßig dickwandigen Rohrleitung an einen Rohranschlußkörper, insbesondere eine Hochdruckrohrleitung, bei der der Kegelwinkel des sich konisch verjüngenden Rohrleitungsendes kleiner als der der daran anliegenden, sich konisch erweiternden Öffnung des Rohranschlußkörpers ist, und mit einer mit diesem Ende des Rohranschlußkörpers verschraubbaren Überwurfmutter, wobei diese das Rohrleitungsende über mindestens einen auf diesem Ende zwischen ihr und Rohranschlußkörper mindestens kraftschlüssig angreifenden Ring axial gegen das Ende des Rohranschlußkörpers treibt und der an die Dichtzone nach rückwärts anschließende Bereich mit der Umgebung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß jeder kraftschlüssig angreifende Ring durch einen radialen Klemmdruck auf die Rohrleitung (26) ausübende Klemmring (44,46) gebildet, der mit einer keilförmigen Stirnseite (60, 82) versehen ist, die mit einer trichterförmigen Öffnung (28, 72) des Rohranschlußkörpers (12) bzw. des vorderen Klemmringes (44) zur Ausbildung einer elastischen Kompressionswelle im Rohrleitungsende axial vor dem Klemmring (44, 46) zusammenwirkt und auf dieses Rohrleitungsende eine Vorbelastung ausübt, die wenigstens etwas größer ist als die zu erwartende hydraulische Kraft, die auf die Dichtfläche zwischen dem sich konisch verjüngenden Rohrleitungsende (24) und der steiler konisch sich erweiternden Öffnung (22) des Rohranschlußkörpers (12) wirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Dichtzone mit der Umgebung aus einem sich geradlinig durch den Rohranschlußkörper(12) nach außen hin erstreckenden Kanal (29) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der Kegelwinkel zwischen dem sich konisch verjüngenden Rohrleitungsende (94) und der steiler konisch sich erweiternden Öffnung (22) des Rohranschlußkörpers (12)2° bis 10°, vorzugsweise4° beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohranschlußkörper (12) aus zwei miteinander verschraubten Teilen (12 — 120,12"'-140,12a-120a;besteht.