DE2244862B1

DE2244862B1 - Schraubverbindung

Info

Publication number: DE2244862B1
Application number: DE19722244862
Authority: DE
Inventors: Clemens 5204 Lohmar Pieper Rudolf 5330 Konigswmter Eickenbusch Hubert 5205 St Augustin Nienhaus
Original assignee: Jean Walterscheid GmbH
Current assignee: Jean Walterscheid GmbH
Priority date: 1972-09-13
Filing date: 1972-09-13
Publication date: 1973-12-06
Also published as: DK131744C; IT997194B; AU449082B2; FR2217624A1; CH563546A5; JPS4964917A; GB1387518A; HU170358B; DE2244862A1; AT325906B; PL87156B1; DK131744B; JPS5718073B2; CS163709B2; NL7312125A; ATA160573A; ES412903A1; DE2244862C2; FI57834C; US3851903A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung für das abdichtende Verbinden eines Rohres mit einem weiteren bzw. mit einem Einschraubteil. Eine bekannte Schraubverbindung weist einen mit Gewinde versehenen Körper auf, der mit einer sich kegelig zum Innern des Körpers hin verjüngenden Bohrung versehen ist. Ferner weist diese Schraubverbindung eine auf den Körper auf- bzw. in diesen einschraubbare Mutter auf, die ebenfalls mit einer kegeligen von dem Körper weg sich verjüngenden Bohrung versehen ist, welche gegebenenfalls in eine zylindrische Bohrung übergeht, die größer ist als der Außendurchmesser des Rohres. Darüber hinaus weist die Schraubverbindung einen zwischen Körper und Mutter aufgenommenen über das Rohr schiebbaren Klemmring auf, der auf seiner Außenfläche an beiden Enden zu den kegeligen Bohrungen von Körper und Mutter gleichgerichtet verlaufende Außenkegel besitzt. Dabei ist der Kegelwinkel des körperseitigen Außenkegels kleiner bemessen als der des mutterseitigen Außenkegels des Ringes. Des weiteren ist der Ring in seiner Bohrung mit Rillen versehen.

Bei dieser Art von Schraubverbindung (deutsche Patentschrift 894339 und deutsche Patentschrift 956187) ist von Nachteil, daß die Kegelwinkel der Bohrungen in Körper und Mutter mit den ihnen zugeordneten des Ringes übereinstimmen. Hierdurch ist die Flächenpressung relativ gering, so daß die Verklammerung zwischen Rohr und Ring nachteilig beeinflußt wird. Ferner ist dadurch auch die Dichtwirkung zwischen Ring und insbesondere dem Körper relativ gering. Eine geringe spezifische Flächenpressung macht sich besonders stark beim Auftreten von Axialschwingungen z. B. durch Druckstöße nachteilig bemerkbar. Eine gute Rohrhalterung und Abdichtung ist dann auch nicht mehr gewährleistet, wenn die Verbindung wiederholt gelöst und angezogen werden muß. Des weiteren besteht bei dieser Art der Ausbildung die Gefahr, daß das Rohr infolge der unterschiedlichen Kegelwinkel des Ringes eingeschnürt wird, da die Anzugskraft nicht begrenzt ist.

Ferner ist es auch bekannt (Prospekt »Walterscheid-Rohrverschraubungen« Ausgabe 1960), zur Erzielung einer örtlich hohen spezifischen Flächenpressung eine Knickkante in der kegeligen Bohrung des Körpers und/oder der Mutter vorzusehen, die durch zwei aneinanderstoßende kegelige Bohrungen mit unterschiedlichen Kegelwinkeln gebildet ist, welche mit dem zugehörigen Außenkegel des Klemmrings zusammenwirkt. Dabei ist der Klemmring symmetrisch ausgebildet. Diese Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß eine axiale Vorspannung des Klemmrings durch Aufwölben nicht entstehen kann, weil in axialer Richtung eine nur relativ geringe Schubkraft erzeugt werden kann.

Darüber hinaus ist es bekannt, die dem Klemmring

zugeordnete Außenkegelfläche im Bereich des Körpers mit einem Kegelwinkel auszubilden, der größer ist als der Kegelwinkel der kegeligen Bohrung des Körpers. Dabei ist der größte Durchmesser der Kegelfläche kleiner als der größte Durchmesser der kegeligen Bohrung des Körpers (deutsches Gebrauchsmuster 1 797 515). Der Nachteil dieser Ausbildung ist darin begründet, daß infolge der symmetrischen Ausbildung des Klemmringes keine genügend starke Axialschubkraft erzeugt wird und daß ferner die Berührung zwischen der kegeligen Bohrung des Körpers und dem Klemmring im Bereich des größten Durchmessers des Klemmrings liegt. Die erzielbare Verformung ist aus diesem Grunde sehr gering und damit auch die Klemmwirkung.

Bei Schneidringverschraubungen (deutsche Auslegeschrift 1223 635) ist es bekannt, die zusammenwirkenden Kegelflächen von Mutter und Schneidring so auszubilden, daß sich beim Anzug der mittlere Teil des Schneidrings in für Schwingungsbeanspruchungen günstiger Weise nach außen krümmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schraubverbindung zu schaffen, die eine wirksame Halterung des Rohres bei hohen Drücken und insbesondere bei Axialschwingungen gewährleistet und wobei gleichzeitig ein großer Dichteffekt erzielt wird, d. h. eine hohe spezifische Flächenpressung zu erzielen, ohne daß eine nachteilige Kerbwirkung der Ringrillen auf das Rohr entsteht. Darüber hinaus soll in weiterer Ausgestaltung der Erfindung erreicht werden, daß mit steigendem Anzug ein Anwachsen des an der Mutter aufzubringenden Drehmomentes dem Monteur anzeigt, daß eine wirksame Verbindung hergestellt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der dem Körper zugeordnete Außenkegel des Klemmringes eine Kegelfläche besitzt, deren Kegelwinkel größer ist als der Kegelwinkel der kegeligen Bohrung des Körpers und daß der größte Durchmesser der Kegelfläche etwa gleich oder kleiner ist als der größte Durchmesser der kegeligen Bohrung des Körpers, daß der Klemmring anschließend an die Kegelfläche ausgehend von deren größtem Durchmesser zunächst einen gleichen Durchmesser aufweisenden oder verjüngten Bereich besitzt, der mit einem Ubergangsbereich in die Außenumfangsfläche übergeht, und daß die mutterseitige Kegelfläche des Klemmringes einen Kegelwinkel aufweist, der kleiner ist als der Kegelwinkel der kegeligen Bohrung der Mutter.

Im Berührungsbereich der körperseitigen Kegelfläche des Klemmringes mit dem daran anschließenden Bereich entsteht eine Ringkante. Diese Ringkante sorgt für eine erhöhte Flächenpressung im Bereich unterhalb derselben, so daß die Ringrillen in diesem Bereich in die Oberfläche des Rohres eindringen. Durch die unterschiedliche Bemessung der Kegelwinkel der mutterseitigen Kegelfläche des Klemmringes und der kegeligen Bohrung der Mutter entsteht eine linienartige Berührung zwischen beiden, so daß auch hier eine erhöhte spezifische Belastung der in diesem Einflußbereich liegenden Ringrillen des Klemmringes gegeben ist.

Durch die Wahl der unterschiedlichen Kegelwinkel des Klemmringes im Bereich von Mutter und Körper in Verbindung mit den unterschiedlichen Kegelwinkeln der mutterseitigen Kegelfläche des Klemmringes und der kegeligen Bohrung der Mutter wird eine radial und axial wirkende Vorspannung des Ringes erzielt. Daraus resultiert, daß dieser sich mit seinen Ringrillen im wesentlichen nur im Bereich unter der körperseitigen Ringkante bzw. im Einflußbereich der Ringkante, die zwischen der Berührung der mutterseitigen Kegelfläche mit der kegeligen Bohrung der Mutter entsteht, einpreßt, während er sich im dazwischenliegenden Bereich elastisch aufwölbt. Ferner wird durch die körperseitige Ringkante des Klemmringes ein großer Dichteffekt zwischen Klemmring und Körper hergestellt. Die Vorspannung des Klemmringes bewirkt,

ίο daß eine hohe Flächenpressung und damit wirksame Dichtung zwischen Körper und Klemmring einerseits und eine gute Verklammerung zwischen Klemmring und Rohr andererseits auch beim Auftreten von Axialschwingungen gewährleistet ist. Die unter-

»5 schiedliche Bemessung der Kegelwinkel des Klemmringes bewirkt auf Grund des mutterseitig größeren Kegelwinkels ein günstiges Verhältnis zwischen Anzug der Schraubverbindung und des an der Mutter aufzubringenden Drehmomentes.

ze Durch Anschlag des Übergangsbereiches an die kegelige Körperbohrung wird eine wirksame Begrenzung des Anzuges gewährleistet und ein unzulässiges Einschnüren des Rohres vermieden, d. h. der Axialweg des Klemmringes wird begrenzt.

Eine Verfeinerung der Axialwegbegrenzung des Klemmringes wird insbesondere für Wiederholungsmontagen nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung dadurch erreicht, daß der Übergangsbereich eine zweite Kegelfläche ist, die zur ersten körperseitigen Kegelfläche gleichgerichtet verläuft, jedoch einen Kegelwinkel aufweist, der etwa gleich dem oder größer als der Kegelwinkel der kegeligen Bohrung des Körpers ist und daß bei lose in den Körper eingelegten Klemmring die zwischen dem Schnittpunkt des Mantels der kegeligen Bohrung des Körpers und der Stirnseite des Körpers und dem Schnittpunkt einer gedachten Parallelen zur Längsachse der Schraubverbindung durch den ersten Schnittpunkt mit der zweiten Kegelfläche des Klemmringes ergebende Strecke etwa gleich dem maximalen Axialweg des Klemmringes ist.

Die zweite Kegelfläche im körperseitigen Bereich des Klemmringes kommt zur Anlage in der kegeligen Bohrung des Körpers, wenn etwa der maximale Axialweg durchmessen ist. Durch die Anlage der beiden Flächen steigt das an der Mutter aufzubringende Drehmoment deutlich an. Ein Anschlag des Klemmringes und damit eine Begrenzung des Anzugsweges kann auch dadurch erreicht werden, daß der Klemmring mit einer Anschlagfläche versehen ist, die an die Stirnfläche des Körpers zur Anlage kommt.

Bei Schneidringverschraubungen ist es bekannt (deutsche Auslegeschrift 1238 734), zur fühlbaren Anzeige des Anzugs der Überwurfmutter eine konisehe Ringfläche vorzusehen, die an der Bohrungsfläche des Körpers zur Anlage kommt.

Um zu vermeiden, daß der Klemmring im Bereich seines mutterseitigen Endes zu stark belastet wird, ist nach der Erfindung vorgesehen, die Bohrung des Klemmringes in Richtung auf ihr mutterseitiges Ende über eine gering bemessene Strecke erweitert auszubilden. Die spezifisch hohe Belastung der Ringrillen der Bohrung wird um dieses Maß zurückverlegt. Besonders günstige Verhältnisse für den Verlauf des Anzugsmomentes an der Mutter, die Abdichtung und die Verklammerung zwischen Klemmring und Rohr ergeben sich dann, wenn etwa gewährleistet ist, daß die erste körperseitige Kegelfläche des Klemm-

ringes einen Kegelwinkel von etwa 30° und die kegelige Bohrung des Körpers einen kegeligen Winkel von etwa 24° aufweist und/oder daß die kegelige Bohrung der Mutter einen Kegelwinkel von etwa 90° hat und der Kegelwinkel der mutterseitigen Kegelfläche des Klemmringes etwa 75° beträgt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, wobei nur eine Anschlußstelle gezeichnet und beschrieben ist. Es zeigt

. Fig. 1 die Schraubverbindung im zusammengebauten Zustand, halb Schnitt, halb Ansicht,

Fig. 2 die Einzelteile zur Schraubverbindung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Einzelheit, die die Bemessung und Ausbildung der zweiten körperseitigen Kegelfäche des Klemmringes veranschaulicht.

Die Schraubverbindung besteht im wesentlichen aus dem Körper 1, der auf dem Körper 1 aufschraubbaren Mutter 3 und dem zwischen Körper 1 und Mutter 3 aufgenommenen Klemmring 2. Die Mutter 3 und der Klemmring 2 sind über ein Rohr 10 geschoben, welches durch den Klemmring 2 nach dem Montagevorgang festgeklemmt gehalten wird. Der Klemmring 2 hat im wesentlichen drei Aufgaben zu erfüllen, und zwar soll er das Rohr 10 halten, eine Abdichtung gegenüber dem Rohr 10 und eine Abdichtung gegenüber dem Körper 1 gewährleisten.

Der Körper 1 weist einen mittleren mit einem Sechskant versehenen Teil und beidseitig davon einen mit Außengewinde versehenen Teil auf. Der Körper 1 weist eine zum Inneren des Körpers 1 hin sich verjüngende kegelige Bohrung 4 auf. Der Kegelwinkel β dieser Bohrung 4 beträgt bevorzugt etwa 24°. An die kegelige Bohrung 4 schließt sich ein zylindrischer Bohrungsteil 5 an. Dieser geht mit einer Durchmesserstufe 6 in eine weitere zylindrische Bohrung 21 über. Der Durchmesser des Bohrungsteils 5 ist etwas größer als der Außendurchmesser des Rohres 10.

Der Klemmring 2 besitzt eine Bohrung 17, in der das zu haltende Rohr 10 aufgenommen ist. Die Bohrung 17 ist mit Ringrillen versehen. Der Klemmring 2 weist auf seiner dem Körper 1 zugeordneten Außenseite eine Kegelfläche 11 auf, deren Kegelwinkel a größer ist als der Kegelwinkel β der kegeligen Bohrung 4. Bevorzugt beträgt der Kegelwinkel α etwa 30°. An diese erste Kegelfläche 11 schließt sich ein entgegengerichtet zu dieser verlaufender ebenfalls kegeliger Bereich 12 an. Im Schnittpunkt zwischen der Kegelfläche 11 und diesem Bereich 12 entsteht eine umlaufende Ringkante 22. Der größte Durchmesser Dl der Kegelfläche 11 ist jedochogleich oder kleiner als der größte Durchmesser Dl der kegeligen Bohrung 4 des Körpers 1. Im vorliegenden Beispiel ist der Durchmesser Dl geringfügig kleiner als der Durchmesser D2. Auf den kegeligen Bereich 12 folgt eine zweite Kegelfäche 13, die so angeordnet ist, daß eine gedachte Parallele 20 zur Achse der Schraubverbindung durch den Schnittpunkt 18 zwischen der

ίο Stirnseite 7 des Körpers 1 und der Mantelfläche der kegeligen Bohrung 4 des Körpers 1 zwischen diesem Schnittpunkt 18 und dem Schnittpunkt 19 mit der Kegelfläche 13 eine Länge X aufweist, die etwa dem maximalen Axialweg des Klemmringes entspricht (Fig.'3). Der Kegelwinkel γ der zweiten Kegelfläche 13, die als Übergang zum Äußenumfang 14 des Klemmringes 2 dient, beträgt vorzugsweise ebenfalls wie der der kegeligen Bohrung 4 24°. Nach Durch-" messen der Strecke X kommt die Kegelfläche 13 an der Wandung der kegeligen Bohrung 4 bzw. im Schnittpunkt 18 zur Anlage. Durch die Anlage wird das an der Mutter 3 aufzubringende Drehmoment wesentlich erhöht, so daß bei Montage angezeigt wird, daß eine wirksame Verbindung hergestellt ist. Mutterseitig ist der Klemmring 2 mit einer Kegelfläche 15 versehen, die entgegengerichtet zur ersten körperseitigen Kegelfläche 11 verläuft und die einen Kegelwinkel δ aufweist, der etwa 75° beträgt. Die Mutter 3 weist eine zu dieser Kegelfläche 15 gleichgerichtet verlaufende kegelige Bohrung 8 auf, deren Kegelwinkel ε jedoch größer ist als der der Kegelfläche 15 des. Klemmringes 2 und bevorzugt 90° beträgt. Die Bohrung 17 des Klemmringes 2 ist im Bereich des mutterseitigen Endes kegelig erweitert. Diese kegelige Er-

Weiterung 16 erstreckt sich etwa über eine Länge Y von ein bis zwei Ringrillen. Die Mutter 3 weist im Anschluß an die kegelige Bohrung 8 eine zylindrische Bohrung 9 auf, mit der sie über das Rohr 10 geschoben ist. Die Mutter 3 ist mit einem Innengewinde versehen, mit dem sie auf das Außengewinde des Körpers 1 aufgeschraubt werden kann.

Funktion

Im zusammengebauten Zustand (Fig. 1) wird der Klemmring 2 zwischen Körper 1 und Mutter 3 eingespannt gehalten. Das Rohr 10 befindet sich in der Bohrung 17 des Klemmringes, nachdem zunächst die Mutter 3 aufgeschoben ist. Beim Anziehen der Mutter 3 wird der Klemmring 2 mit seinen Ringrillen in den Bereich unter der Ringkante 22 und neben dem kegeligen Bereich 16 der Bohrung 17 in die Oberfläche des Rohres 10 eingedrückt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schraubverbindung für das abdichtende Verbinden eines Rohres mit ein oder mehreren weiteren bzw. mit einem Einschraubteil, bestehend aus einem mit Gewinde versehenen Körper, der eine sich kegelig zum Inneren des Körpers hin verjüngende Bohrung aufweist, einer auf den Körper auf- bzw. in diesen einschraubbaren Mutter, die ebenfalls eine kegelige von dem Körper weg sich verjüngende Bohrung aufweist, die in eine zylindrische Bohrung übergeht, die größer ist als der Außendurchmesser des Rohres und aus einem zwischen Körper und Mutter aufgenommenen über das Rohr schiebbaren Klemmring, der auf seiner Außenfläche an beiden Enden zu den kegeligen Bohrungen von Mutter und Körper im wesentlichen gleichgerichtet verlaufende Außenkegelflächen aufweist, wobei der körperseitige Außenkegel einen kleineren Kegelwinkel aufweist als der mutterseitige Außenkegel des Klemmringes und die Bohrung des Klemmringes mit Ringrillen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Körper (1) zugeordnete Außenkegel des Klemmringes (2) eine Kegelf äche (11) besitzt, deren Kegelwinkel (α) größer ist als der Kegelwinkel (ß) der kegeligen Bohrung (4) des Körpers (1) und daß der größte Durchmesser (Dl) der Kegelfläche (11) etwa gleich oder kleiner ist als der größte Durchmesser (D2) der kegeligen Bohrung (4) des Körpers (1), daß der Klemmring (2) anschließend an die Kegelfläche (11) ausgehend von deren großem Durchmesser (Dl) zunächst einen gleichen Durchmesser aufweisenden oder verjüngten Bereich (12) besitzt, der mit einem Übergangsbereich (13) in die Außenumfangsfläche (14) übergeht, und daß die mutterseitige Kegelfläche (15) des Klemmringes (2) einen Kegelwinkel (δ) aufweist, der kleiner ist als der Kegelwinkel (ε) der kegeligen Bohrung (8) der Mutter (3).

2. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich eine zweite Kegelfläche (13) ist, die zur ersten körperseitigen Kegelfläche (11) gleichgerichtet verläuft, jedoch einen Kegelwinkel (y) aufweist, der etwa gleich dem oder größer als der Kegelwinkel (j8) der kegeligen Bohrung (4) des Körpers (1) ist und daß bei lose in den Körper (1) eingelegten Klemmring (2) die zwischen dem Schnittpunkt (18) des Mantels der kegeligen Bohrung (4) des Körpers (1) und der Stirnseite (7) des Körpers (1) und dem Schnittpunkt (19) einer gedachten Parallele (20) zur Längsachse der Schraubverbindung durch den ersten Schnittpunkt (18) mit der zweiten Kegelfläche (13) des Klemmringes (2) ergebende Strecke (X) etwa gleich dem maximalen Axialweg des Klemmringes (2) ist.

3. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (17) des Klemmringes (2) in Richtung auf ihr mutterseitiges Ende über eine gering bemessene Strecke (Y) erweitert ausgebildet ist (Kegelbohrung bzw. Ansenkung 16).

4. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste körperseitige Kegelfläche (11) des Klemmringes (2) einen Kegelwinkel (α) von etwa 30° und die kegelige Bohrung (4) des Körpers (1) einen kegeligen Winkel (ß) von etwa 24° aufweist und/oder daß die kegelige Bohrung (8) der Mutter (3) einen Kegelwinkel (ε) von etwa 90° hat und der Kegelwinkel (δ) der mutterseitigen Kegelfläche (15) des Klemmringes (2) etwa 75° beträgt.