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Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung für Rohrenden umfassend eine Stützhülse, einen Klemmring sowie eine Überwurfmutter, wobei sich bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Schraubverbindung zwischen Stützhülse und Klemmring ein hohlzylinderförmiger Hohlraum für ein Rohrende ergibt, das bei Schließen der Schraubverbindung mittels der den Klemmring konzentrisch umschließenden Überwurfmutter in dem Hohlraum verspannt wird.
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Gattungsgemäße Schraubverbindungen sind beispielsweise aus dem Heizungs- und Sanitärbereich bekannt und weisen in der Regel konische Flächen an der Innenseite der Überwurfmutter sowie an der Außenseite des Klemmrings auf. Bei Verschrauben der Überwurfmutter an einem passenden Gegenstück, beispielsweise einem geeigneten Rohranschluss eines Heizkörpers, wird die Überwurfmutter axial gegenüber dem Klemmring verschoben, der durch die konischen Flächen radial komprimiert wird. Die in das Rohrende eingeschobene Stützhülse dient dabei als Dichtungsträger und radiales Gegenlager, so dass das Rohrende bei Schließen der Schraubverbindung zwischen Stützhülse und Klemmring verspannt wie auch abgedichtet wird.
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Konstruktionsbedingt ergibt sich dabei das Problem, die Überwurfmutter einerseits so kräftig anzuziehen, dass das Rohrende trotz üblicher Fertigungs- und Passungstoleranzen sicher verspannt und abgedichtet wird, andererseits aber die Verbindung nicht zu überdrehen, um Verformungen insbesondere an Rohrende und/oder Stützhülse mit zwangsläufig folgenden Dichtungsproblemen zu vermeiden.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung durch eine Schraubverbindung für Rohrenden umfassend eine Stützhülse, einen Klemmring sowie eine Überwurfmutter, wobei sich bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Schraubverbindung zwischen Stützhülse und Klemmring ein hohlzylinderförmiger Hohlraum für ein Rohrende ergibt, das bei Schließen der Schraubverbindung mittels der den Klemmring konzentrisch umschließenden Überwurfmutter in dem Hohlraum verspannt wird, die dadurch weitergebildet ist, dass der Klemmring an einer inneren Umfangsfläche eine Klemmdrehsperrkontur aufweist.
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Die erfindungsgemäße Klemmdrehsperrkontur wirkt insbesondere einer Übertragung der zum Schließen der Schraubverbindung erforderlichen Drehung der Überwurfmutter auf das Rohrende entgegen. Dadurch wird sichergestellt, dass die auftretenden Klemmkräfte torsionsfrei und radial wirken, wodurch ein Verschieben der Komponenten zueinander ebenso verhindert wird wie eine torsionsbedingte strukturelle Schwächung von Rohrende und/oder Stützhülse.
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In diesem Zusammenhang wird unter einer bestimmungsgemäßen Anordnung der Klemmverbindung insbesondere verstanden, dass die Stützhülse, der Klemmring und die Überwurfmutter konzentrisch zueinander angeordnet sind, so dass insbesondere ein Rohr bzw. Rohrende durch die Überwurfmutter in den Hohlraum zwischen Klemmring und Stützhülse eingeführt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Klemmdrehsperrkontur ist dabei insbesondere dahingehend optimiert, dass sowohl eine sichere Verspannung des Rohres in der Schraubverbindung gewährleistet als auch ein Verdrehen von Klemmring und Rohrende zueinander, insbesondere beim Schließen der Schraubverbindung, unterbunden wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klemmdrehsperrkontur weist mehrere in Umfangsrichtung verteilte und jeweils axial erstreckte Rippen auf. Die Rippen dienen dabei als begrenzte Kontaktflächen zwischen Rohrende und Klemmring, an denen bei gleicher Verspannung wesentlich höhere Spann- oder Druckkräfte auftreten als bei großflächigem Kontakt.
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Ist das Material des Spannrings weicher als das Material des Rohres bzw. des Rohrendes, so führen die Spannkräfte zu einer hohen Reibung zwischen den Rippen des Spannrings und dem Rohrende, die ein Verdrehen von Spannring zu Rohrende verhindern. Gleichzeitig sind die Rippen derart ausgerichtet, dass sie etwaige Torsionskräfte durch Verformung aufnehmen können, ohne die reibschlüssige Verbindung zwischen Klemmring und Rohrende zu schwächen.
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Alternativ ist es jedoch auch möglich, das Material des Klemmrings derart auf das Material des Rohrendes anzupassen, dass es unter Einfluss der Spannkräfte zu einer Verformung des Rohrendes kommt. Das Material des Rohres weicht dann seitlich in die Zwischenräume zwischen den Rippen aus, so dass Klemmring und Rohrende quasi miteinander verzahnt werden.
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Der Querschnitt der Rippen ist im Rahmen der Erfindung geeignet wählbar und ist beispielsweise trapezförmig, rechteckig, dreieckig oder halbrund.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich ergeben, wenn die Rippen dabei keine scharfen Grate oder Kanten aufweisen, die sich in das Material des Rohrendes einschneiden und zu möglichen Bruchstellen führen könnten. Beispielsweise bilden die Rippen eine Wellenstruktur aus. Die sich dadurch ergebenen weichen Übergänge zwischen Rippen und Zwischenräumen zwischen den Rippen ermöglichen insbesondere eine gleichmäßige Verformung des Rohres und vermeiden so lokale Überlastung der Schraubverbindung und/oder des Rohrendes.
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Vorzugsweise weist die Stützhülse an einer äußeren Umfangsfläche eine Stützdrehsperrkontur auf. Die erfindungsgemäße Stützdrehsperrkontur ist dabei insbesondere dahingehend optimiert, dass sowohl eine sichere radiale Abstützung des Rohrendes bei Verspannung in der Schraubverbindung gewährleistet als auch ein Verdrehen von Stützhülse und Rohrende zueinander, insbesondere beim Schließen der Schraubverbindung, unterbunden wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stützdrehsperrkontur weist mehrere in Umfangsrichtung verteilte und axial verlaufende Kanten auf. Die Kanten dienen dabei als relativ kleine Kontaktflächen zwischen Stützhülse und Rohrende, die bei Verspannung in ihrer Gesamtheit das Rohr radial abstützen. An den einzelnen Kanten treten jedoch konzentrierte Kräfte auf, die durch hohe Reibung und gegebenenfalls lokale Verformung einem Verdrehen von Stützhülse und Rohrende zueinander entgegenwirken.
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Strukturell einfach ausgebildet werden die Kanten beispielsweise jeweils zwischen zwei aneinanderstoßenden Flächen. Durch geeignete Ausrichtung jeweils einer der beiden Flächen zu einer gemeinsamen Vorzugsrichtung ist ein hinterschnittfreier Querschnitt ermöglicht, der beispielsweise eine kostengünstige und massenweise Fertigung mittels Spritzgussverfahren ermöglicht. In diesem Fall entspricht die Vorzugsrichtung beispielsweise der Öffnungsrichtung der Spritzgussformen. Besonders geeignet ist diese Fertigung für Stützhülsen mit einem Material, das einen Kunststoff umfasst.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Klemmring an einer Außenseite und/oder die Überwurfmutter an einer Innenseite wenigstens abschnittsweise doppelkonisch mit einem ersten Konus und einem zweiten Konus ausgebildet, wobei insbesondere der erste Konus einen größeren Radius und eine flachere Steigung aufweist als der zweite Konus. Während des Schließens der erfindungsgemäßen Schraubverbindung dominieren der erste Konus und der zweite Konus aufgrund ihrer unterschiedlichen Radien nacheinander die innerhalb der Schraubverbindung und auf das Rohrende wirkenden Kräfte.
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Beim Schließen der Schraubverbindung wird dabei zunächst durch den ersten Konus eine gleichmäßige Verspannung der erfindungsgemäßen Schraubverbindung unter moderatem Kraftaufwand zum Drehen der Überwurfmutter ermöglicht. Gerade zu Beginn des Schließvorgangs, wo noch kaum Spannkräfte und entsprechend geringe Druck-, Reibungs- und/oder Verformungskräfte zwischen den Komponenten auftreten, werden dadurch die in Umfangsrichtung wirkenden Kräfte reduziert. Auftretende Torsionskräfte können so sehr gut durch die erfindungsgemäßen Drehsperrkonturen, d.h. die Klemmdrehsperrkontur und/oder die Stützdrehsperrkontur, aufgenommen werden, ohne dass sich die Komponenten ungewünscht gegeneinander verdrehen.
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Durch den zweiten Konus erfolgt dann ein schneller Anstieg der Verspannungskräfte und entsprechend des zum Drehen der Überwurfmutter erforderlichen Kraftaufwandes. Dadurch ist nur ein geringer Drehweg der Überwurfmutter zum sicheren Schließen der Schraubverbindung erforderlich, so dass allein hierdurch keine nennenswerte Verdrehung des Rohrendes zu der Stützhülse oder dem Klemmring auftreten kann. Des Weiteren erfolgt durch den spürbaren Anstieg des erforderlichen Kraftaufwandes eine deutliche Rückmeldung, wenn die Schraubverbindung sicher geschlossen ist. Ein Überdrehen der Überwurfmutter kann dadurch sicher verhindert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigen
- 1 schematisch eine perspektivische Schnittdarstellung einer beispielhaften Schraubverbindung gemäß der Erfindung mit einem Rohrende;
- 2 schematisch eine Schnittdarstellung der Überwurfmutter der erfindungsgemäßen Schraubverbindung aus 1;
- 3 schematisch eine Seitenansicht der Stützhülse der erfindungsgemäßen Schraubverbindung aus 1;
- 4 schematisch eine Schnittdarstellung des Klemmrings der erfindungsgemäßen Schraubverbindung aus 1; und
- 5 schematisch eine radiale Ansicht von Stützhülse und Klemmring der erfindungsgemäßen Schraubverbindung aus 1.
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1 zeigt ein Rohrende 5 mit einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung 1 zum Verbinden des Rohres 5 mit einem geeigneten Verbindungspartner, beispielsweise einem Anschlussstutzen, einem weiteren Rohr oder dergleichen. Die erfindungsgemäße Schraubverbindung 1 umfasst eine in das Rohrende 5 eingeführte Stützhülse 3, einen das Rohrende 5 umschließenden Klemmring 4 sowie eine Überwurfmutter 2. Detailansichten zu Stützhülse 3, Klemmring 4 sowie Überwurfmutter 2 sind in den 2 bis 5 gezeigt.
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Die Überwurfmutter 2 umfasst ein Innengewinde 20 zum Verschrauben mit einem geeigneten Außengewinde an dem in den Figuren nicht dargestellten Verbindungspartner. Über zwei Konusflächen 22, 23 wird während des Schraubens dabei der Klemmring 4 radial zusammengedrückt und so das Rohrende 5 innerhalb der Schraubverbindung, nämlich zwischen Klemmring 4 und Stützhülse 3, verspannt.
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Die Stützhülse 3 weist zwei Nuten 30 auf, in die O-Ringe 31 zum Abdichten der Stützhülse 3 gegen das Rohr 5 einerseits und gegen den nicht gezeigten Verbindungspartner andererseits eingebracht werden.
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Die Stützhülse 3 weist des Weiteren 2 Abschnitte mit Axialsicherungen 32 auf, die die Stützhülse 3 in Umfangsrichtung umschließen und durch asymmetrische Ausformung einerseits ein einfaches Einbringen der Stützhülse 3 in das Rohrende 5 ermöglichen, andererseits jedoch ein unbeabsichtigtes Herausrutschen der Stützhülse 3 aus dem Rohr 5 verhindern.
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Des Weiteren ist an der Stützhülse 3 ein Abschnitt mit einer Stützdrehsperrkontur 34 vorgesehen, um ein Verdrehen der Stützhülse 3 innerhalb des Rohres 5 zu unterbinden. Die Stützdrehsperrkontur 34 besteht aus einer Vielzahl von Kanten 36, die jeweils durch angewinkelt zueinander angeordnete Flächen gebildet werden. Zu jeder Kante 36 gibt es dabei jeweils eine Fläche 38, die zu einer gemeinsamen Vorzugsrichtung ausgerichtet ist, um eine hinterschnittfreie Kontur zu erreichen. Dadurch wird ein Herstellen der Stützhülse 3 als Guss- oder Spritzgussteil ermöglicht, wobei die Vorzugsrichtung in diesem Fall die Öffnungsrichtung der Formhälften wäre. In der in 5 gezeigten Darstellung verläuft die Vorzugsrichtung beispielsweise in etwa waagerecht.
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Der Klemmring 4 verfügt über einen Schlitz 40, wodurch ein einfacher Toleranzausgleich an den Außendurchmesser des Rohres 5 ermöglicht wird.
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Des Weiteren ist an der Innenfläche oder Innenseite des Klemmrings 4 eine Klemmdrehsperrkontur 44 vorgesehen, um ein Verdrehen des Klemmrings 4 gegenüber dem Rohrende 5 zu verhindern. Die Klemmdrehsperrkontur 44 umfasst mehrere, in Längsrichtung verlaufende und in Umfangsrichtung verteilte Rippen 46. Die Rippen 46 sowie die dazwischenliegenden Zwischenräume sind wellenförmig ausgebildet und erlauben so, dass sich die Rippen 46 an die Außenfläche des Rohres 5 anschmiegen und bei Schließen der Schraubverbindung 1 eine gleichmäßige Verspannung des Rohrendes 5 in der Schraubverbindung 1 sicherstellen. Gegenüber einer flächigen Auflage wird durch die Rippen die Spann- oder Druckkraft zwischen Klemmring 4 und Rohrende 5 lokal erhöht. Das Material des Klemmrings 4 ist relativ zu dem Material des Rohres 5 derart gewählt, dass eine Verformung des Rohres 5 bewirkt wird, wobei ein Teil des Rohrmaterials durch die Rippen 46 in die Zwischenräume zwischen den Rippen 46 gepresst, so dass Spannring 4 und Rohr 5 miteinander verzahnt werden. Dadurch können durch die Überwurfmutter 2 auf den Klemmring 4 übertragende Drehmomente abgefangen werden, ohne dass sich der Klemmring 4 gegenüber dem Rohr 5 rutschend verdreht. Gleichzeitig verhindert die kanten- und gratfreie Wellenstruktur der Rippen 46, dass die Rippen 46 zu stark in das Material des Rohres 5 einschneiden, wodurch lokal geschwächte Bereiche, Bruchstellen oder sogar Undichtigkeiten des Rohres 5 entstehen könnten.
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Der Klemmring 4 weist an seiner Außenseite zwei Konusflächen 42, 43 auf, die unterschiedliche Steigung aufweisen und an die Konusflächen 22, 23 der Überwurfmutter 2 angepasst sind.
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Beim Schließen der erfindungsgemäßen Schraubverbindung 1 wird zunächst über den flacheren Konus 22, 42 eine radiale Verspannung des Rohrende 5 innerhalb der erfindungsgemäßen Schraubverbindung 1 aufgebaut, wobei durch die flachere Steigung zunächst nur geringe Drehkräfte oder Drehmomente zwischen den beteiligten Komponenten wirken. Diese können sicher durch die Drehsperrkonturen 34, 44 abgefangen werden, ohne dass sich Rohrende 5, Stützhülse 3 und Klemmring 4 gegeneinander verdrehen.
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Kurz vor Ende des Schließvorganges stößt dann der steilere Konus 23 der Überwurfmutter 2 an den entsprechenden Konus 43 des Klemmringes 4, wodurch eine geringe weitere Drehbewegung der Überwurfmutter 2 ausreicht, um die Schraubverbindung 1 endgültig zu schließen und das Rohrende 5 sicher innerhalb der Schraubverbindung 1 zu verspannen. Gleichzeitig steigt dabei spürbar der zum Drehen der Überwurfmutter 2 notwendige Kraftaufwand, so dass sowohl bei manuellem Schließen als auch bei Verwendung eines drehmomentbegrenzenden Werkzeuges ein Überdrehen der erfindungsgemäßen Schraubvorrichtung 1 wirksam verhindert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schraubverbindung
- 2
- Überwurfmutter
- 3
- Stützhülse
- 4
- Klemmring
- 5
- Rohr(-ende)
- 20
- Innengewinde
- 22
- flacher Konus (Überwurfmutter)
- 23
- steiler Konus (Überwurfmutter)
- 30
- Nut
- 31
- O-Ring
- 32
- Axialsicherung
- 34
- Stützdrehsperrkontur
- 36
- Kante
- 38
- ausgerichtete Fläche
- 40
- Schlitz
- 42
- flacher Konus (Klemmring)
- 43
- steiler Konus (Klemmring)
- 44
- Klemmdrehsperrkontur
- 46
- Rippe
