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Rohrverbindungsstück mit Verriegelungsmechanismus Die Erfindung betrifft
ein Rohrverbindungsstück und insbesondere ein Rohrverbindungsstück mit einem Verriegelungsmechanismus,
der in einem hohen Grade luft#icht ist und Zugkräften, sowie Biegekräften oder einem
Schütteln der mit dem Rohrverbindungsstück zusammen#gespannten Rohre großen Widerstand
entgegensetzt.
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Bekannte Arten von Rohrverbindungsstücken mit Gewindeeingriff haben
den Nachteil, daß die mit Gewinde versehenen Bereiche der Rohre, die mit den Rohrverbindungsstücken
zusammengespannt
werden, oftmals unter einer Belastung abbrechen,
die sich aus dem Absinken oder den Erschütte -rungen des Bodens ergeben, in welchem
die Rohre verlegt sind. Infolge einer mangelnden Geschicklichkeit der Rohrverleger
sind oftmals die Rohre nicht in geeigneter Weise zusammengespannt, wodurch ebenfalls
Unfälle entstehen können.
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Zur Verhinderung der oben angeführten Nachteile wurden verschiedene
Arten von Rohrverbindungen mit Beißeingriff entwickelt. Die meisten der bekannten
Rohrverbindungsstücke haben sich jedoch als unfähig erwiesen, einer starken Zugkraft
Widerstand zu leisten, welche die Rohre aus dem Verbindungsstück zu ziehen versucht.
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Eines der bekannten Rohrverbindungsstücke ist so ausgebildet, daß
je ein Anschlagring und ein metallischer Schubring in jeder der Gegenbohrungen,
die sich in den Enden des Rohrverbindungsstückes befinden, in Reihe angeordnet sind.
Ein trichterförmig ausgebildetes Riegelelement ist zwischen den benachbarten Anschlag-
und metallischen Schubringen angeordnet. Wenn eine Abschlußmutter, die mit dem entsprechenden
Ende des Verbindungskörpers in Eingriff steht, angezogen wird, wölbt sich das Riegelelement
auf, während es zwischen dem Anschlag- und metallischen Schubring eingeklemmt wird,
wodurch sich die innere ringförmige Kante des Riegelelementes in die Umfangswandung
des entsprechenden Rohres einbeißt. Dadurch wird verhindert, daß die zusammengespannten
Rohre aus dem Rohrverbindungsstück leicht abgezogen werden.
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Bei der erwähnten Art von bekannten Rohrverbindungsstücken werden
die Riegelelemente jedoch deutlich verformt und vermögen einer großen,zufällig aufgebrachten
Rohrlösekraft
in Folge ihrer geringen Stabilität nicht standzuhälten.
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Darüber hinaus bleibt die Verformung für lange Zeit erhalten.
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Sogar dann, wenn die Abschlußmuttern gelöst werden, bei dem Versuch,
das Rohrverbindungsstück von den zusammengespannten Rohren für eine Wartung oder
Reparatur abzuziehen, nehmen die Riegelemente ihre ursprüngliche trichterförmige
Gestalt nicht wieder an, sondern bleiben mit den Umfangswandungen der zusammengespannten
Rohre verbunden, was den IMTachteil mit sich bringt, daß das Rohrverbindungsstück
nur schwer von den Rohren abgezogen werden kann.
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Eine andere Form eines RohrverbindungsQtiickes ist Beißeingriff weist
einen Flansch auf, der am äußeren Umfang eine ringförmige Nut trägt, die einen sägezahngeformten
Querschnitt hat und an jedem Ende des Rohrverbindungsstückes angebracht ist. Weiterhin
ist ein trichterförmiges elastisches Riegelelement vorgesehen, das im Inneren einer
Abschlußmutter liegt, die mit je einem Ende liegt,des Abschlußstückkörpers des Rohrverbindungsstückes
im Gewindeeingriff steht, sodaß der Flansch umschlossen wird.
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Dieses Rohrverbindungsstück ist so ausgebildet, daß die Enden der
Rohre, die zusammengespannt-werden sollen, am Einsatzort im Durchmesser aufgeweitet
werden müssen, um den Flansch einzusetzen.
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Die Abschlußmutter wird angezogen, um das Riegelement in aufrechte
Stellung zu bringen, wodurch dessen innere Kante veranlaßt wird, sich indie äußere
Wandung des Endes -desjenigen Rohres einzugraben, dessen Durchmesser verbreitert
wurde, um den-Endbereich von dem Flansch zu unterstützen.
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Diese zweite Form bekannter Rohrverbindungsstucke-ist jedoch immer
noch mit Nachteilen behaftet, da es nötig ist, am Einsatz ort die Extraarbeit des
Durchme sseraufweitens der zu verbindenden Rohre vorzunehmen, was- unvermeidb-ar
zu einer unglichförmigen
Durchmesseraufweitung führt und konsequenterweise
zu einer unterschiedlichen Fähigkeit des Rohrverbindungsstückes, Kräften standzuhalten,
die an den Rohren ziehen. Weiterhin werden bei den vorerwähnten bekannten Rohrverbindungsstücken
die Riegelelemente dauerhaft verformt und vermögen ihre ursprüngliche trichterförmige
Gestalt nicht wieder einzunehmen, wodurch verhindert wird, daß das Rohrverbindungsstück
für eine Wartung oder eine Reparatur von den zusammengespannten Röhren leicht abgezogen
werden kann.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Rohrverbindungsstück
mit Beißeingriff zu schaffen, wobei einringförmiges Riegelelement, das im Endteil
des Rohrverbindungsstückes sitzt, durch die Keilwirkung eines Keilringes, der in
Reihe mit dem entsprechenden Abschlußglied des Rohrverbindungsstückes angeordnet
ist, im Durchmesser elastisch verkleinert wird. Diese Durchmesserabnahme bewirkt,
daß sich die innere Kante des Riegelelementes in die äußere Umfangswandung des Endes
jedes der zusammenzuspannenden Rohre eingräbt, wobei die zusammengespannten Rohre
einer auf sie einwirkenden Zugkraft einen vergrößerten Widerstand entgegensetzen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Rohrverbindungsstückes
mit Beißeingriff un#d einfachem Aufbau, das leicht lösbar ist, und das im wesentlichen
Kräfte aushält, welche die zusammengespannten Rohre herausziehen, zu biegen oder
zu schütteln versuchen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Rohrverbindungsstück
mit Beißeingriff zu schaffen, das angewandt werden kann, ohne daß die Notwendigkeit
für zusätzliche Arbeitsgänge am Einsatz ort an entweder dem Rohrverbindungsstück
oder den Rohren anfallen, um diese zusammenzuspannen.
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Mit der Erfindung wird an Rohrverbindungsstück geschaffen, bestehend
aus einem Verbindungskörper zur Aufnahme der Endabschnitte
der
zu verbindenden Rohre, einem Paar von Abschlußmuttern, die mit den Enden des Verbindungskörpers
in Gewindeeingriff stehen, einem Paar von Arbeitskammern, die von in beiden Enden
des Verbindungskörpers angeordneten Gegenbohrungen und Blindbohrungen in den Abschlußmuttern
begrenzt sind, bestehend weiterhin aus einem Paar ringförmiger Riegelelemente, die
in jeweils entsprechenden Arbeitskammern angeordnet sind unddie eine abgeschräg#äußere
Oberfläche aufweisen, mit einem Durchmesser, der zum mittleren Teil des Rohrverbindungsstückes
hin allmählich anwächst und einer abgeschrägten inneren Oberfläche, deren Durchmesser
gegen den mittleren Teil allmählich abnimmt, sowie mit einer kreisförmigen inneren
Kante, die von der abgeschrägten inneren Fläche und der Stirnfläche der Riegelelemente
begrenzt wird und die sich in der Nähe des Ir!iti-loren Bereichs des Verbindungskörpers
befindet, wobei jedes der Riegelelemente an einer Stelle aufgeschnitten ist. Weiterhin
ist ein Paar v#on Keilringen vorgesehen, die jeweils an einer Endwandung der entsprechenden
Abschlußmutter angeordnet sind, und in der entsprechenden Arbeitskammer liegen,
und die eine innere Oberfläche aufweisen, die komplementär zur abgeschrägten äußeren
Oberfläche des Schließelementes ausgebildet ist. Wenn die Abschlußmuttern gegen
den mittleren Teil des Verbindungskörpers infolge einer schraubenden Drehung vorrücken,
vermindert jeder Keilring allmählich den Durchmesser des korrespondierenden Riegelelementes,
wodurch sich dessen kreisförmige innere Kante in die Umfangswandung jedes der zusammenzuspannenden
Rohre eingräbt.
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Ein erfindungsgemäßes Rohrverbindungsstück weist den Vorteil auf,
daß durch die sehr einfache Maßnahme einer Durchmesserverminderung jedes der Riegelelemente
den zusammengespannten Rohren ein großer Widerstand gegen Kräfte vermittelt wird,
welche
versuchen, diese aus dem Rohrverbindungsstück herauszuziehen. Ein weiterer Vorteil
der Erfindung liegt darin, daß der Keilring, der die Abschlußteile berührt oder
an ihnen befestigt ist,den axialen Bewegungen der Letzteren folgt, wodurch es den
Riegelelementen ermöglicht wird, zuverlässig entweder in oder außer Eingriff mit
dem entsprechenden Rohr zu gelangen.
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Wenn nötig, können der Keilring und das Anschlußteil als einstückiger
Körper ausgebildet sein. Um eine elektrische Isolation zwischen den in dem Rohrverbindungsstück
eingeführten Rohren zu erreichen, können die Keilringe aus elektrisch isolierendem
Werkstoff bestehen.
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Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen
genauer beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Rohrverbindungsstückes, teilweise im Schnitt, bevor die Rohre zusammengespannt werden,
Fig. 2 die Zusammenstellung der Ausführungsformen nach Fig. 1 nach erfolgtem Zusammenspannen
der Rohre, Fig. 3 die Anordnung der Teile der Ausführungsform nach Fig. 1, nachdem
versucht wurde, die zusammengespannten Rohre aus dem Rohrverbindungsstück herauszuziehen,
Fig. 4 eine Vorderansicht des ringförmigen Riegelelementes der Ausführungsform nach
Fig. 1, Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 4, Fig. 6 eine andere
Ausführung des erfindungsgemäßen Rohrverbindungsstückes
teilweise
im Querschnitt, Fig. 7 die Lage der Teile des Rohrverbindungsstückes nach Fig. 6,
wobei das Verbindungsstück die Rohre nicht zusammenspannt, Fig. 8 die Lage der Teile
des Rohrverbindungsstückes nach Fig. 6, wobei das Verbindungsstück die Rohre zusammenspannt,
Fig. 9 die Anordnung des Rohrverbindungsstückes nach Fig. 6, nachdemversucht wurde,
die zusammengespannten Rohre aus dem Rohrverbindungsstück herauszuziehen, Fig. 10
ein ringförmiges Riegelelement, das bei der Ausführungsform nach Fig. 6 verwendet
wird, und Fig. 11 einen Querschnitt entlang der Linie 11-11 der Fig. 10.
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In den Zeichnungen wurden gleiche oder ähnliche Teile mit den gleichen
Bezugsziffern versehen.
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Bezugnehmend auf Fig. 1 besteht ein Rohrverbindungsstück, das im allgemeinen
mit 20 bezeichnet ist, aus einem zylindrischen Verbindungskörper 22 und einem Paar
von Abschlußgliedern oder Abschlußmuttern 24, die an beiden Enden des Verbindungskörpers
befestigt sind.
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Der Verbindungskörper 22 wird von einer sich längs erstreckenden Hauptbohrung
26 durchdrungen, in welche die Stirnenden der Rohre 28 eingeführt werden, die miteinander
verbunden werden sollen. Beide Enden 23- des Verbindungskörpers 22 sind mit koaxialen
Gegenbohrungen
30 versehen, die einen größeren Durchmesser, als die Hauptbohrungen 26 aufweisen.
Die Gegenbohrungen 30 und Hauptbohrung 26 stehen miteinander über eine abgeschrägte
in innere Fläche 32 in Verbindung.
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Die Abschlußmutter 24, in die ein Blindloch 34 ge1~ohrt ist, trägt
an ihrer Innenwand ein Innengewinde 25 und steht mit dem Ende 23 des Verbindungskörpers
22 in Gewindeeingriff, an dessen Außenseite ein Außengewinde 27 ausgebildet ist.
Das Blindloch 34 und die Gegenbohrung 30 umgrenzen eine Arbeitskammer 36. In dieser
Kammer 36 ist eine ringförmige Abdichtung 38 aus elastischem Werkstoff, wie synthetischem
Gummi und einer abgeschrägten Eingriffsfläche 40, die komplementär zur abgeahrägt#iinneren
Fläche 32 ausgebildet ist, an dieser Fläche 32 angeordnet.
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Ein ringförmiger Anschlagring 42 ist der Abdichtung 38 benachbart
angeordnet.
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Das Riegelelement 44 weist eine Stirnfläche 46 in der Nähe des mittleren
Bereiches des Verbindungskörpers 22 auf, die im wesentlichen rechtwinkelig zur Achse
des Rohrverbindungsstückes 20 gerichtet ist, weiterhin eine abgeschrägte äußere
Fläche 48, deren Durchmesser in Richtung des mittleren Bereiches des Verbindungskörpers
22 allmählich anwächst und eine abgeschrägte innere Oberfläche 50, deren Durchmesser
in Richtung des mittleren Bereiches des Verbindungskörpers 22 allmählich abnimmt.
Die abgeschigte innere Oberfläche 50 und die Stirnfläche 46 des Riegelelementes
44 begrenzen eine scharfe ringförmige innere Kante 52.
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Wie in den Fig. 1, 2, 3 und 5 gezeigt, weist das Riegelelement 44
einen trapezförmigen Querschnitt auf. Alternativ dazu kann das Riegelelement 44
auch einen dreieckigen Querschnitt aufweisen.
Wie in den Fig 4
und 5 zu sehen ist, ist das Riegelelement 44 an einer Stelle aufgeschnitten, wie
bei 54 bezeichnet. Wenn auf den Umfang des Riegelelementes 44 eine Druckkraft aufgebracht
wird, schließt sich der ausgeschnittene Spalt 54 und verringert damit den Durchmesser
des Riegelelementes 44. Das Riegelelement 44 ist vorzu#sweise aus Stahl gefertigt,
z.B.
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AISI 1045 oder 1046, welcher härter als das Rohr 28 ist. Es ist weiterhin
zur Erhöhung der Härte des Riegelelementes und zur Vermeidung seiner Abnutzung erwünscht,
daß wenigstens die kreisförmige Kante 52 und derenbexchbarter Bereich des Riegelelementes
44 gehärtet ist.
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Der Teilring 56 weist eine ringförmige innere Oberfläche 58 auf, die
komplementär zur abgeschrägten äußeren Oberfläche 48 des Riegelelementes 44 ausgebildet
ist. Wenigstens ein Teil der ringförmigen inneren Oberfläche 58 ist wenigstens einem
Teil der äußeren Oberfläche 48 überlagert. Das Ende 60 des Keilringes 56, das von
der abgeschrägten Eingriffsfläche 40 der Abdichtung 38 oder dem mittleren Bereich
des Verbindungskörpers 22 entfernt liegt, berührt, oder ist gegen die innere Fläche
62 der Endwandung 64 der Abschlußmutter 24 gepresst. Es ist wünschenswert, daß der
Teilring 56 aus einem hochfesten Werkstoff, wie gerolltem Stahl besteht, wie ertür
allgemeine Bauzwecke verwendet wird. Alternativ dazu kann der Keilring 56 aus einem
elektrisch nicht leitendem Werkstoff, wie einem synthetischen Harz an Stelle von
Stahl bestehen und die Rohre 28 können voneinander elektrisch isoliert sein.
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Wie aus den Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, sind die Rohre 28 in dem
Rohrverbindungsstück 20 durch entsprechende Keilringe 56, Riegelelemente 44, Anschlagringe
42 und Abdichtungen 38 hindurchgeführt.
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Wenn die Abschlußmutter 24 gedreht wird, um sich gegen den mittleren
Bereich des Verbindungskörpers 22 durch Gewinde eingriff zwischen der Abschlußmutter
24 und dem Ende 23 des Verbindungskörpers 22 zu bewegen, wird der Keilring 56 in
die gleiche Richtung und über die gleiche Strecke wie die Abschlußmutter 24 bewegt.
Dadurch werden die äußere Oberfläche 48 des Riegelelementes 44 und die kreisförmige
innere Oberfläche 58 des Keilriemens 46 in einem größeren Ausmaß einander überlagert.
Der Keilring 56 übt dabei eine Keilwirkung auf das Riegelelement 44 aus, daß sich
seinerseits in den mittleren Bereich der Verbindungskörper 22 verschiebt, wobei
sein Durchmesser, in Folge der Zusammenschiebung des ausge#chnittenen Spaltes 54
(Fig. 4 und 5) allmählich abnimmt. Die axiale Be"<#J'ii i## s Rn lelementes 44
bewirkt, daß die Abdichtung 38 durch den Anschlagring 42 in gleicher Richtung gepresst
wird, mit einer sich daraus ergebenden Verformung. Die innere Wandung der Abdichtung
38 legt sich dementsprechend eng an den Umfang des entsprechenden Rohres 28 an,
wodurch eine zuverlässige Abdichtung erreicht wird.
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Wenn die Abschlußmutter 24 durch weitere Drehung ihre Endstellung
52 erreicht, gräbt sich die kreisförmige Kante # des Riegelementes 44 in den Umfang
des Rohres 28 ein, wie dies übertrieben in Fig. 2 gezeigt ist. Da zu dieser Zeit
die kreisförmige Kante 52 des Riegelelementes 44 fast eine linienberührung mit dem
Umfang des Rohres 28 hat, wird das Eingraben oder Einbeißen durch nur eine leichte
Krafteinwirkung gegen die Mitte des Riegelelementes 44 voll bewirkt. Wenn nun die
zusammengespannten Rohre 28 nach Fig. 2 in einer Anordnung nach Fig. 3 vorliegen,
d.h. daß die Rohre 28 mit einer Kraft beaufschlagt wurden, die sie aus dem Rohrverbindungsstück
20 herauszuziehen versucht, so daß sich die Stirnseiten der Rohre 28 aus ihrer ursprünglichen,
mit strichpunktierten Linien wiedergegebenen Stellung in die Stellung bewegt haben,
die mit ausgezogenen Linien gekennzeichnet ist,
dann hat sich das
Riegelelement 44 gegen die Endwandung 64 der Abschlußmutter 24 entlang der angeschrägten
ringförmigen inneren Oberfläche 58 des Keilringes 56 verschoben,wobei der Durchmesser
des Riegelelementes 44 allmählich abnimmt, so daß die ringförmige Kante 52 des Riegelelementes
44 tiefer in den Umfang des entsprechenden Rohres 28 eingegraben wird. Da das Riegelelement
44 um eine geringere Strecke als das Rohr 28 gegen die Endwandung 64 der entsprechenden
Abschlußmutter 24 bewegt wird, wird auf dem Umfang des Rohres 28 ein Grat 66 erzeugt.
Der Grat 66 stößt gegen die Endfläche 46 des Riegelelementes 44 und wirkt dabei
als Anschlagglied. Sogar dann, wenn eine auf die Rohre einwirkende Zugkraft unbeabsichtigt
aufgebracht wird, wirkt das Riegelelement 44 umgekehrt, um die Rohre 28 mittels
der Grate 66 noch fester zusammenzuspannen, wodurch ein Abziehen der Rohre 28 aus
dem Rohrverbindungsstück 20 verhindert wird, außer die Rohre brechen an der oben
erwähnten Einkerbungsstelle oder in einem anderen Bereich.
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In der nachstehenden Tabelle 1 sind Versuchsergebnisse angeführt,
die mit der erfindungsgemäßen Rohrverbindung erzielt wurden.
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Tabelle 1 Versuchsergebnisse Nenndurchmesser Auf die Abschluß- Größte
aufgeder Gasrohre (cm) muttern aufge- brachte Zuglast brachtes Drehmoment -(tonnen)
(kg/m) 25 10 5,7 50 20 15,0 75 40 20,8
Jedes der bekannten Rohrverbindungsstücke
, das speziell zum Aushalten hoher Zugspannungen geschaffen wurde, ergibt nur einen
Bruchteil der oben aufgeführten Werte, woraus sich ergibt, daß die erfindungsgemäße
Rohrverbindung einer die Rohre auseinanderziehenden Kraft einen deutlich hohen Widerstand
entgegensetzt.
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In den Fig. 6 bis 11 ist eine weitere Ausführungsform eines Rohrverbindungsstückes
nach der Erfindung gezeigt. Anders als in der vorausgehenden Ausführungsform ist
das Außengewinde 70 auf den äußeren Wandungen des Abschlußteils oder der Abschlußmutter
68 ausgebildet. Das Innengewinde 72 ist in die Innenwandung beider Enden 74 des
Verbindungskörpers 22 geschnitten.
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Die Abschlußmuttern 68 sind daher in beiden Enden 74 des Verbindungskörpers
22 eingeschraubt.
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Das innere Ende der Abschlußmutter 68 bildet einen Keilring 76, dessen
angeschrägte innere Oberfläche 78 einen Durchmesser aufweist, der gegen den inneren
Bereich des Rohrverbindungsstückes 20 allmählich anwächst, so daß er komplementär
zur abgeschrägten äußeren Oberfläche 48 des Riegelelementes 44 verläuft.
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Zwischen einer Abdichtung 38 und dem Keilring 76 ist ein Stützring
80 angeordnet, der eine Aussparung 82 zur Aufnahme der Stirnfläche 46 des Riegelelementes
44 aufweist, die nahe dem mittleren Bereich des Verbindungskörpers 22 liegt. Die
anderen Teile und Glieder der zweiten Ausführungsform sind von gleicher Konstruktion
und Anordnung als jene der vorausgegangenen Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis
5 und sind mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
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In der Fig. 7 ist die Anordnung des Rohrverbindungsstückes 20 gezeigt,
wo das Riegelelement 44 noch vom Rohr 28 entfernt ist.
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Wenn die Abschlußmutter 68 gedreht wird, um in den Endbereich 74
des
Verbindungskörpers 22 einzutreten,gräbt sich die ringförmige innere Kante 52 des
Riegelelementes 44 in den Umfang des Rohres 28 ein und vollendet die Verbindung
der Rohre 28, wie übertrieben in Fig. 8 dargestellt ist. Die Teile der zweiten Ausführungsform
werden in gleicher Art und Weise bedient, sie haben die gleichen Funktionen als
diejenigen der vorausgehenden Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 5, deren Beschreibung
daher hierfweg -gelassen wird.
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In Fig. 9 ist die Anordnung des Rohrverbindungsstückes 20 gezeigt,
wenn sich die kreisförmige innere Kante 52 des Riegelelementes 44 tiefer in den
Umfang des Rohres 28 eingräbt, wenn die zusammengespannten Rohre 28 einer Zugkraft
unterworfen werden und von ihrer ursprünglich in strichpunktierten Linien wiedergegebene
Stellung in eine Lage gebracht werden, die durch ausgezogene Linien gekennzeichnet
ist. Die verbundenen Rohre 28 werden dadurch nur noch zuverlässiger vom Abziehen
aus dem Rohrverbindungsstück 20 gesichert, wie vorstehend im Hinblick auf die erste
Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wurde.
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In den Fig. 10 und 11 ist das Riegelelement 44 nach der zweiten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Dieses Riegelelement 44 ist von genau gleichem Aufbau als
das der ersten Ausführungsform, wie es in den Fig. 4 und 5 bezeichnet wurde.
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Patentansprüche: