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"Zug- und Schubsicherung für Schraubmuffen - Verbindungen von Rohren"
Die Erfindung betrifft eine Zug- und Schubsicherung rllr Schraubmuffen- Verbindungen
von Rohren, insbesondere duktilen Gußrohren, bei der das glatte zylindrische Ende
eines Rohres mit merklichem radialem Spiel in das Muffenende eines angrenzenden
Rohres eingreitt> das Muffenende einen Innengewindebereich und axial anschließend
einen bereich von sich in Richtung von der Muffenstirnseite weg verengendem Durchmesser
aufweist, der zur Aufnahme eines ringrörmigen, werformbaren Dichtungsabsohnittes
dient, der mittels eines, das glatte zylindrische Rohrende mit Spiel umgebenen,
im Innenewindebereich des Muffenendes schraubbaren Druckringes axial beaufschlagbar
ist, und bei der zwischen Dichtabschnitt und der diesem zugewandten konischen Stirnfläche
des Druckringes ein mit seiner radialen Innenfläche an dem Umfang des glatten zylindrischen
Rohrendes anpreßbarer ringförmiger Klemmabschnitt von etwa keilförmigem Querschnitt
vorgesehen ist.
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Um insbesondere für duktile Gußrohre, alle auftretenden Schub-und
Zugkräfte zuverlässig aufnehmen zu können, ohne daß das eingeschobene zylindrische
Rohrende oder die das Rohrende aufnehmende Muffe örtlich begrenzte hohe Spannungskonzentrationen
aufnehmen messen und um andererseits die Zuverlssigkeit der Verbindunst auch bei
erheblichen Toleranzen im Durchmesser der Rohre aufrechterhalten zu können und neben
einer zuverlässigen Dichtung auch vor oder nach Verlegen der Rohrleitungen auftretende
Fluchtungsfehler oder Wechselbelastungen aufnehmen zu können, ist es bekannt, als
Xlemmabschnitt einen Klemmring vorzusehen, der auf seiner Innenseite mit einer Zahnung
ausgerüstet ist und auf seiner Außenseite eine mit der konischen Fläche des Druckringes
zusammenwikende äußere, ballig ausgebildete Mantelfläche aufweist, und der weiterhinan
einer Umfangastelle radial geschlitze ißt und in Umfangsabständen angeordnete und
bis zu einer begrenzten radialen Tiefe reichende radiale Einschnitte auf seiner
inneren und/oder äußeren Mantelfläche aufweist (vgl. DBGM 6 800 630).
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Es hat sich in einigen Fällen gezeigt, daß beim Einschrauben des Druckringes
in den Gewindeabschnitt des Muffenendes der geschlitze klem bereits vorzeitig in
radialer Richtung an dem glatten zylindrischen Rohrende verspannt und verklemmt
wird, ohne daß der Dichtabschnitt ausreichend weit in das Muffenende unter axialer
Vorspannung eingedrilckt worden ist, um eine zuverlässige Dichtung zu gewährleisten.
Zwar kann man diesem
Nachteil dadurch abhelfen, daß man dem Klemmring
eine Innenzahnung gibt, welche schraubenlinienförmig ausgebildet ist und die gleiche
Steigung wie das Gewinde des Muffenendes aufweist, wobei daher Sorge getragen wird,
daß der Druckring beim Einschrauben den Klemmring in Umfangsrichtung mitnimmt und
bei eingreiwender Zahnung der Klemmring dadurch am Unfang des glatten zylindrischen
Rohrendes entlanggeschraubt wird. Diese Anordnung ist Jedoch aufwendig und führt
auch nicht in allen Anwendungsfällen zu dem erwUnachten Erfolg. In anderen Fällen
ist es be-Rannt, nacbUem Einschrauben des Druckringes das glatte Rohrende in axialer
Richtung um ein vorbestimmtes Maß in das Muffenende nachzuschieben, um dadurch den
Dichtabsohnitt zusätzlich unter axialen Druck zu setzen. Hierzu werden jedoch komplizierte
Lehren benötigt, die die Anwendung erschweren und besondere Aurmerksaukeit der Montagetrupps
erfordern. Außerdem besteht hierbei die Gefahr, daß die Stirnseite des glatten zylindrischen
Rohrendes zu nahe. der Innenschul-ter des Muffenendes kommt, so daß die relative
Veracbwenkbarkeit von Muffenende und glattem Rohrende Uber aebahr eingeschränkt
wird, Diese Verschwenkbarkeit ist Jedoch Voraussetzung dafür, daß vor und nach dein
Einbau Fluchtungsfehler bzw. Wechaelbelastungen zu-verltssig aufgenommen werden
können, ohne daß die Rohre örtlich überbeansprucht werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, auf einfache Weise hier Abhilfe zu schaffen
und zu gewährleisten, daß beim Einschrauben des Druckringes ohne Mitdrehen des klemmabschnittes
Ueber diesen zunähst
ein vorbestimmter axialer Druck auf den Dichtabschnitt
ausgeUbt werden kann, bevor die weitere Einsehraubbewegung des Druckringes zu einer
EinachnUrung des klemmabschnittes und damit zur Sicherung des glatten Rohrendes
genen Schub- und Zugkräfte erfolgt.
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Diese Aufgabe wird erfindunsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der
konischen Stirnfläche des Druckringes und dem mmabschnitt eine geschlossene Ringacheibe
angeordnet ist, die bei Einschrsuben des Druckringes in den Innengewindebereich
des Muffenendes in Abhängigkeit von der Größe des axialen Gegendruckes im Dichtabschnitt
aus einer zur Muffenachse etwa senkrechten, ebenen Gestalt in eine etwa konische
Gestalt verformbar ist. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß beim Einschrsuben
des Druckringes dieser trotz seiner konischen Stirnfläche auf den Klemmabschnitt
zunächst nur eine rein in axialer Richtung verlaufende Vorschubkraft ausflbst, die
über den Klemmabschnitt unmittelbar in axialer Richtung auf den benachbarten Dichtabschnitt
Ubertregen wird, der auf diese Weise zuverlässig in axialer Richtung weit genug
in das Innere des Muffenendes eingeschoben wird, un unter der Schraubkraft des Druckringes
den Spalt zwischen Muffenende und glattem zylindrischen Rohrende abzudichten. Erst
wenn hierbei sich in dem Dichtabsehnitt ein ausreichender axialer Gegendruck aufgebaut
hat, dessen größe vorherbestimmt werden kann, beginnt beim weiteren Einschrauben
des Druckringes dieser1 die Ringscheibe aus der zur Achse des Muffenendes senkrechten
ebenen aeUalt
in eine konische Gestalt umzuformen, und zwar so,
daß über die konische Stirnfläche des Druckringes und die an£enommene konische Geatalt
der Ringscheibe aus dem Xlemmabschnitt die erforderliche, radial wirkende Einschnürungskraft
ausgeübt wird, so daß dieser mit einer, die ewUnschte Zug- und Schub sicherung gewährleistenden
radialen Kraft am glatten Umfang des zylindrischen Rohrendes angreift. Hiermit wird
auf einfache Weise eine ausreichende Vorpressung des Dichtabschnittes sowie eine
vorbestimmte Reihenfolge gewährleistet, in der zunächst der Dichtabschnitt vorgespannt
und erst dann der klemmabschnitt zum Angreifen an dem Rohrende gebracht wird, und
zwar ohne Aufmerksamkeit des Montagetrupps und ohne zusätzliche Mahnahmen. Die Große
der gewünschten Gegenkraft im Dichtabschnitt kann durch Formgebung, Materialwahl
und Abmessungen der Hingscheibe vorgegeben sein, ohne daß es dazu wiederum besonderer
Aufmerksamkeit des Montagetrupps bedarf. Es besteht keinerlei Gefahr, daß sich beim
Einschrauben des Druckringes und der aufeinanderfolgenden Verspannung des Dichtabschnittes
und Einschnürung des Klemmabschnittes das glatte zylindrische Rohrende gegenüber
dem Muffenende verschiebt. Dieses kann also vor Einschrauben des Druckringes bereits
in die gewünscht genaue, relative axiale Lage gegenüber dem Muffenende gebracht
werden.
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Die Ringscbeibe muß so ausgebildet sein, daß sie auch innerhalb der
zulässigen Toleranzen des Durchmessers des glatten zylindrischen Rohrendes auf diesem
ohne Hemmung gleitet und auch mit einem radial äußeren Rand nicht am inneren Muffenende
hängenbleibt
Die Praxis hat gezeigt, daß sich überraschenderweise
die in sich geschlossene Ringscheibe beim Einschrauben nen Druckringes weitgehend
selbsttätig gegenber der Achse des Muffenendes zentriert und praktisch keine Gefahr
besteht, daß sich die Ringscheibe im Muffenende schrägstellt oder im Gewindegrund
der Muffe hängenbleibt.
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Wenn,wie im bekannten Fall der Klemmabschnitt aus einem massiven,
an einer Stelle radial geschlittan, innen gezahnten und außen ballig ausgebildeten
Klemmring besteht, zeigt sich, daß durch die neue Ausbildung die Balligkeit des
Klemmringes und ihre Bedeutung im Zusammenwirken mit der konischen Stirnfläche des
Druckringes im vollen Umfange erhalten bleibt, da sich die Ringscheibe bei ihrer
Verformung selbsttätig an die ballige Umfangsfläche des Klemmringes anpaßt und selbst
eine ballige Form annimmt, die mit der konischen Stirnfläche des Druckringes in
der gleichen Weise zusammenwirkt, wie die ballige Umfangafläche des Klemmringes.
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Vorteilhafterweise kann der Klerwnabschnitt aber auch aus einem elastisch
verformbaren Ringabschnitt aus einem Elastomer bestehen, in dem in dichter Packung
Kugeln weicher oder unterschiedlicher vorbestirtimter Größe fest eingebettet sind.
Dieser klemmabschnitt kann direkt oder unter Zwischenschaltung einer Zwischenscheibe
an der axial auSenliegenden Stirnseite der Dichtung anliegen. Er kann aber auch
mit der Dichtung aus einem Stuck
hergestellt sein, wobei der Elemmlabschnitt
aerr axial äußeren Fußabschnitt der aus Dichtung und Xlemmabschnitt bestehenden
Einheit bildet, während der Dichtabschnitt selber ohne Kugeln ausgebildet und aus
einem entsprechend elastischen Werkstoff gefertigt ist. Bei dieser Ausbildung wird
die Kugelpackung im eingeschraubten Zustand des Druckringes zwischen dem unter Vorspannung
stehenden Dichtabschnitt und der konischen Stirnflflche des Druckringes axial eingespannt
und gleichzeitig in radialer Richtung zwischen den angrenzenden Flächen von Muffe
und Druckring einerseits und glattem zylindrischem Rohrende andrerseits verklemmt,
wobei sich die Kugeln unmittelbar untereinander abstutzen und daher in der Lage
sind, eine hohe radiale Klemkraft auf das glatte zylindrische Rohrende auszuüben
Der aus der Kugelpackung und dem Elastomer bestehende Klemmabschnitt kann eine nach
außen weisende Stirnfläche aufweisen, die im wesentlichen senkrecht zur Achse des
Muffenende8 verläuft.
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Dies. Stirnfläche wird unter der Einwirkung der konischen Stirnfläche
des Druckringes beim E schrauben des Druckringes ebenfalls konisch verformt. Die
dem Druckring zugewandte Stirnfläche des Klemmabschhittes kann aber auch von vornherein
ebenfalls etwas konisch ausgebildet sein. In jedem Fall ist auch hier zwischen dem
Druckring und dem aus der kugelpackung beshenenden klemmabschnitt eine Ringscheibe
eingeschaltet, die ursprunglich etwa senkrecht zur Achse des Nuffenendes eben verläuft.
Damit wird,i zuvor beschrieben, beim Einschrauben des Druckringes
zunächst
der klemmabschnitt ohne radiale EinachnUrung in axialer Richtung gegen den Dichtabschnitt
gepreßt bis sich in der Dichtung ein ausreichender axialer Widerstand aufgebaut
hat. An diesem unter Druck stehenden Dichtabschnitt stützt sich der die Kugelpackung
aufweisende klemmabschnitt einerseits ab, während beim weiteren Einschrauben des
Druckringes die Ringscheibe entsprechend konisch verformt wird und damit die Kugelpackung
unter Spannung versetzt und eine hohe, in radialer Richtung nach innen weisende
Klemrnkraft erzeugt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an/zwei
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig.1 einen senkrechten Teilschnitt durch eine Schraubmuffenverbindung
mit einer Zug- und Schubsicherung gemaß der Erfindung, wobei die Teile etwa im ursprunglichen
Zustand wiedergegeben sind, Fig. 2 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 die Schraubmuffenve@indung
im abgedichteten und gesicherten Zustand, Fig. 3 in ähnlicher Darstellung, wie Fig.
1 ein abgewandeltes AusfUhrungsbeispiel der Zug- und Schubsicherung und Fig. 4 in
einen Ausschnitt von größerem Maßstab eine Einzelheit der Anordnung nach Fig. 3.
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Die Schraubmuffenverbindung nach Fig. 1 und 2 besteht zwischen einem
glatten zylindrischen Rohrende 1 und einem Muffenende 2, deren Muffe mit 3 bezeichnet
ist. Die beiden Rohrabschnitte sind in der gewUnsohten Einbaulage wiedergegeben,
bei der zwischen einer nach außen weisenden Innenschulter des MuFfenendes 2 und
der Stirnseite des glatten Rohrenden 1 ein vorbentimmter axialer Spalt besteht,
der mit 4 bezeichnet ist.
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Zur Abdichtung und Sicherung der Verbindung dient ein Druckring 5
mit Außengewinde, der in Richtung des Pfeiles 6 in einen Gewindeabschnitt 7 der
Muffe 3 einschraubbar ist.
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Die Stirnseite des Druckringes 5 ist konisch ausgebildet, wie dies
bei'8 angedeutet ist.
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An den Innengewindeabschnitt 7 schließt sich nach innen zu in der
Muffe 3 ein sich verengender Abschnitt 9 an, der in einen zylindrischen, an die
vorerwähnte Schulter angrenzenderl Abschnitt übergeht. Dieser zylindrische Abschnitt
bildet mit dem in diesen Abschnitt hineinra>enden Ende des glatten zylindrischen
Rohrabschnittes 1 einen Ringapalt 10, dessenradiale Weite abhängig ist von den Durchmessertoleranzen
des Rohrendes, jedoch stets eine minimale Größe aufweist, die zusammen mit dem axialen
Spalt 8 eine relative Schwenkbewegung der beiden miteinander verbundenen Rohre um
begrenzte Winkel zuläßt, so daß vor oder nach Verlegung der Rohre Fluchtungsfehler
und auch Wechselbelaatungen
ohne Schaden fUr die Rohre aufgenommen
werden können.
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In dem sich verjüngenden Bereich 9 der Muffe 3 ist ein Dichtabschnitt
11, s.B. aus Weichgummi, angeordnet, an dessen axial außenliegender Stirnfläche
ein Zwischenring 13 anliegt. An diesem stützt sich ein an einer Umfangs stelle radial
geschlitwer Klemmring 14 aus Metall ab, der innen eine Zahnung 16 und außen eine
ballige Umfangsfläche 15 aufweist. Im ganzen gesehen ist der Klemmring 14 im gezeigten
Querschnitt keilförmig ausgebildet, wobei die Keilspitze in axialer Richtung nach
außen auf den Druckring 5 zu weist.
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Zwischen dem Druckring 5 und dez Klemmring 14 ist eine Rinscheibe
17 angeordnet, die im Ausgangszustand, der inFig. 1 gezeigt ist, senicrecht zur
Achse der Muffe Wenn der Druckring nach Einlegen der Dichtung 11, der Zwischenscheibe
13, des Klertimringes 14 und der Ringscheibe 17 in Richtung des Pfeiiea 6 in die
Muffe eingeschraubt wird, trifft seine konische Stirnfläche zunächst auf die Ringscheibe
17 und greift an dieser nahe dem äußeren Umfang der Ringecheibe an. GleSchzeitig
liegt diese nahe ihrem inneren Umfang an dem Klemmring 14 an. Die Ringscheibe 17
ist aus relativ steife; Material hergestellt, beispielsweise aus einer 3mm starken
Stahlscheibe. Beim weiteren Einschrauben des Druckrinoes 5 wird daher auf die formstabile
Ringsobeibe eine axiale Kraft entsprechend dem Pfeil 18 ausgeübt, die sich über
den Klemmring 14 und die Zwiachenschöibe
13 in Borm einer axialen
Preßkraft entsprechend dem Pfeil 12 auf den Dichtring 11 auswirkt. Dieser wird daher
tief in den sich ver engenden Teil 9 der Muffe eingeschoben und eingepreßt und gleichzeitig
in axialer Richtung vorgespannt, bis er ausreichend den Spalt 10 zwischen den Rohrabschnitten
abdichtet.
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Sobald der Widerstand in der dichtung 11 einen ausreichend großen
Wert erreicht, gibt die Ringscheibe unter der durch weiteres Einachrauben des Druckringes
5 wirkenden Kraft nach, wobei sich der Ring gemäß Fig. 2 aus der ebenen Gestalt
nach Fig. 1 umformt und an 4 ballige Außenfläcje 15 des klemmringes 14 anlegt. Nach
Beendigung dieser Umformung nimmt die Ringscheibe die in Fig02 bei 17a gezeigte
Gestalt an, in der sie praktisch die ballige Umfangzfläche 15 des klemmringes nachbildet.
In dieser Stellung ist die volle axial Schraubkraft des Druckringes 5 entsprechend
dem Pfeil 19 und dem Pfeil 20 für die radiale Einachnrung des Xlemmringes 14 ausgenutzt,
so daß dessen Zahnung fest in den Umfang des glatten Rohrendes 1 eingreifen und
dieses Rohrende gegen Zug und Schub zuverlässig sichern kann. Gleichzeitig ist gewährleistet,
dhne daß sich Beim Einschrauben des Druckringes 5 einer der beiden Rohrabschnitte
1 oder 2 axial verschiebt, daß eine zur Dichtung ausreichende Vorspannung des Dichtabschnittes
11 er reicht wird.
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.Die Ringscheibe 17 kann von gleicher Abmessung und gleicher Größe
wie die Zwischenscheibe 13 sein, so daß sich die Herstellung und
Lagerhaltung
vereinfacht. Beide Ringe sind leicht axial verschiebbar, und zwar sowohl gegenüber
dem glatten Rohrende 1 als auch gegenüber der Muffe 3.Beim Einschrauben des Druckringes
5 zeigt sich eine ausreichende Selbstzentrierung der Ringscheibe 17 gegenüber der
Achse der Muffe und damit gegenüber der Achse der Kegelfläche 8 des Druckringes
5, der durch seinen Gewindeingrirf gegenüber der Muffe 3 genau zentriert ist.
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Bei der Ausführungsform nach Pig. 4 sind die gleichen Teile mit den
Bezugsziffern nach Fig. 1 und 2 bezeichnet. Ein Dichtabschnitt 23 ist wiederum im
Innern der Muffe angeordnet . Im dargestellten Beispiel liegt an der Stirnseite
der Dichtung 23 unmittelbar ein Xleuimabschnitt 24 an, an dessen Außenseite eine
senkrecht zur Achse der Muffe ebene Ringacheibe 25 anliegt. Der Kleinmabachnitt
besteht in diesem Beispiel aus eine in Grenzen elastisch biegsamen Ringkörper. Dieser
besteht aus einem elastomeren Material, in den eine dichte Kugelpackung aus starren
Kugeln eingebettet ist. In Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus dem Klemmabschnitt 24 im
größeren Maßstabe wiedergegeben1 Man erkennt in dieser Darstellung die in dichter
Packung angeordneten Kugeln 28, welche beispielsweise Stahlkugeln sein können und
welche in das elastomere Material 29 durch Einvulkanisieren oder dergl.
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fest eingebettet sind.
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Im dargestellten Beispiel ist der Klemmabsehnitt 24 auf der Seite
der Dichtung 23 durch eine senkrecht zur Achse der Muffe
verlaufende
Stirnfläche begrenzt, während die andere Stirnfläche konisch ist. Auch in diesem
Beispiel sorgt beim Einschrauben des Druckringes 5 die Ringscheibe 25 dafür, daß
zunächst der Klemnzabschnitt 24 und die Dichtung 23 in axialer Richtung tief in
die Muffe eingeschoben werden bis sich in dem Dichtabschnitt 23 eine zur Abdichtung
ausreichende Vorspannung aufbaut, Hat diese Vorspannung einen bestimmten Wert erreicht,
so führt das weitere Einschrauben des Druckringes 5 zur Verformungder Ringscheibe
25, welche sich nunmehr der konischen Fläche 8 des Druokringes anpaßt und dabei
mit ihrem äußeren Bereich entsprechend dem Pfeil 26 umkippt und eine hohe radiale
Kraft auf die dichte Kugelpakkung des klemmabschnittes 24 ausübt, Sine solche Umformung
erfolgt auch dann, wenn die der Ringscheibe 25 zugewandte Stirnseite des klemmabschnittes
24 im wesentlichen senkrecht zur Muffenachse verläuft. Mit der darseatellten Anordnung
läßt sich Jedoch mit geringerer axialer Kraft eine gleichhohe radiale Klemmkraft
über die Kugelpackung auf das glatte Rohrende 1 ausüben.
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Im voll eingebauten Zustand, der in den Figuren nicht wiedergegeben
ist, wird die dichte kugelpackung zwischen densie umgrenzenden starren Flächen von
Muffe, Ringscheibe 25 und Umfang des Rohrendes 1 sowie zwischen der unter Vorspannung
stehenden Dichtung 23 verklemmt. Diese klemmkraft sichert das glatte Rohrende 1
gegen Zug und Schub.
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Zwischen Klemmabschnitt 24 und Dichtung 23 kann wie beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. lund 2 ein Zwischenring angeordnet sein.
Beide können
aber auch einstückig durch Zusammenvulkaniiieren oder durch Herstellung in einem
einheitlichen Arbeitsgang zu eine einzigen Ringkörper züsammengefaßt sein.