DE2617667C2 - Rohrförmiges Glied - Google Patents

Rohrförmiges Glied

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DE2617667C2 DE2617667A DE2617667A DE2617667C2 DE 2617667 C2 DE2617667 C2 DE 2617667C2 DE 2617667 A DE2617667 A DE 2617667A DE 2617667 A DE2617667 A DE 2617667A DE 2617667 C2 DE2617667 C2 DE 2617667C2
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Description

65
Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Glied, bei dem mindestens eines seiner Enden mit einem Gewinde versehen ist, mit welchem beim Verschrauben mit einem der ebenfalls mit einem Gewinde versehenen Enden eines anderen rohrförmigen Gliedes entlang einer Längsachse in dem Ende des einen rohrförmigen Gliedes ringförmige Zugkräfte und im Ende des anderen rohrförmigen Gliedes ringförmige Druckkräfte ausübbar sind.
Aus der US-PS 22 07 005 ist eine der Verbindung der oben umnssenen Art bekannt, bei welcher ein konischer Zapfen mit einem Außengewinde in eine Muffe einschraubbar ist, in welche ein konisches Innengewinde eingearbeitet ist Bei beiden Gewinden sind dort die Gewindeflanken zur Längsachse rückwärts geneigt angeordnet, damit durch eine Nockenwirkung zwischen den sich berührenden Gewindeflächen der Zapfen mit der Muffe sicher verriegelt und der Zapfen in die Muffe gedrückt wird.
Bei dem Vorschlag nach der US-PS 6 71 274 ist eine Verriegelungsanordnung mit kämmenden schwalbenschwanzförmigen Gewinden an zylindrischen Bauteilen vorgesehen, wobei das äußere Teil in der gewünschten Lag= auf dem mit Außengewinde versehenen Schaft mittels eines besonderen Werkzeuges verriegelt werden kann.
Schwalbenschwanzförmige Gewindeausbildungen sind als solche in der GB-PS 1 37 777 erläutert, wogegen in der GB-PS 4 12446 ein radial abgestuftes Gewinde beschrieben ist dessen Kammbreite am Gewindeanfang geringer als auf der übrigen Länge des Gewindes ausgebildet ist
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein rohrförmiges Glied mit einem Gewindeende zu schaffen, das bei Verschrauben mit einem anderen rohrförmigen Glied eine Verbindung gestattet, die mechanisch stabil ist und durch Belastung oder Verformung infolge Zug, Druck, Innendruck, Außendruck, Torsion, Biegen, thermische Schwankungen oder irgendwelchen Kombinationen derartiger Beanspruchungen nicht geschwächt wird, bis das Material selbst infolge seiner mettihrgischen Grenzen reißt oder bricht
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die einzelnen Gänge schwalbenschwanzförmigen Querschnitt und eine sich in Gangrichtung über die gesamte Länge des Gewindes fortschreitend verringernde Breite aufweisen.
Vorteilhaft sind beide Flanken des Gewindes gegen die entsprechenden Radialebenen geneigt.
Dabei kann auch eine Flanke des Gewindes in der Radialebene verlaufen und die andere Flanke gegen die Radialebene geneigt sein.
Zweckmäßig sind die Flankenwinkel gegen die Gewindekämme und Gewindeböden gemessen kleiner als 85°.
Vorteilhaft weist das Gewinde eine Keilpassung auf, die durch das Zusammenschrauben begrenzt ist.
Dabei sind vorteilhaft ringförmige Schultern vorgesehen, die abdichtend gegeneinander anlegbar sind. Diese Schultern können aus einem Metall oder auch aus einem Nichtmetall bestehen.
Zweckmäßig sind zwei Gewinde vorgesehen, die ein Mehrstufengewinde bilden. Beide Gewinde können vorteilhaft konisch ausgebildet sein.
Die Anordnung kann aber auch so getroffen sein, daß sich die ringförmigen Schultern zwischen den beiden Gewinden befinden. Die Schultern verlaufen vorteilhaft konisch.
Zweckmäßig sind axial auf der einen Seite der
ringförmigen Schultern ein drittes Gewinde und axial auf der anderen Seite der ringförmigen Schulter ein viertes Gewinde vorgesehen, die ebenfalls eine Schwalbenschwanzverbindung bilden.
Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag stellt sich also bei vollständiger Verschraubung der rohrförmigen Glieder Ringzug und Ringdruck ein, wobei die Gewindegänge ineinander verkeilt sind.
Wird ein Moment aufgebracht, um die Verbindung herzustellen, i?t eine weitere Drehbewegung zwischen den rohrförmigen Gliedern nicht mehr möglich, wenn die Keile bzw. Flanken der Gewindegänge aneinanderliegen. Da die Gewindegänge keilförmig sind und infolge eines negativen Flächenwinkels auf der Rückflanke miteinander versperren und die Gewindekämme und -boden parallel verlaufen, treten die Reaktionsverformungen im wesentlichen in axialer Richtung auf. Einem Drehmoment wirkt das axiale »Zusammenquetschen« der Gewindegänge entgegen. Da die Rückflanke immer negativ sein soll (die Flanke nimmt mit dem Gewindeboden einen Winkel von weniger als 90" ein), bewirken Verforniungsreaktionen gegen diese Fläche, daß das eine rohrförmige Glied radial einwärts und das andere rohrförmige Glied radial auswärts gezogen wird. Es treten also Ringdruck und Ringzug auf.
Weiterhin sind die Gewindegänge so ausgeführt, daß ein mögliches Spiel zwischen ineinandergreifenden Kämmen und Böden bei keilartigem Aneinanderliegen der Flanken minimal bleibt Auf diese Weise sind die Gewindegänge lecksicher. Der Hauptwiderstand gegen ein Lecken der Verbindung wird von der separaten Metall-Metall-Dichtung bewirkt Sind sie einwandfrei angeordnet und radial gepreßt, wird die Lecksicherheit der Verbindung weder von Drehmomenten, Zug, Innenoder Außendruck, axialem Biegedruck oder abrupten thermischen Änderungen bei intern oder extern aufgebrachten Temperaturänderungen beeinträchtigt. Weitere Vorteile lassen sich folgendermaßen zusammenfassen.
Die Verbindung widersteht Radialdehnungsdifferenzen, die von Innen- oder Außendrücken hervorgerufen werden und normalerweise ein Pressen zwischen den Dichtelementen verringern.
Die beiden rohrförmigen Glieder werden mechanisch so miteinander verriegelt, daß hohe Biegespannungen keinen Einfluß auf die Lecksicherheit der Verbindung haben.
Eine Verbindung der beiden rohrförmigen Glieder ist selbstsperrend und gegen ein Lösen äußerst beständig.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbei- so spielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine Schnittansicht einer Verbindung zweier rohrförmigen Glieder;
F i g. 2 eine Teilansicht von zwei ineinandergreifenden Gewinden (Schwalbenschwanzverbindung) bei der Verbindung nach Fig. 1;
Fig.3 eine vergrößerte Ansicht des Gewindes auf einem rohrförmigen Glied nach F i g. 2;
Fig.4 perspektivisch einen Gewindegang nach Fig. 3;
Fig.5 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht, zeigt jedoch das Gewinde vor dem vollständigen Eingriff;
Fig.6 eine Schnittansicht durch eine Zweistufen-Verbindung; F i g. 6a eine der r · g. 6 entsprechende Darstellung; Fig. 7 eine Ansicht einer (Halbschwalbenschwanz) Gewindeverbindung än/ilich der Verbindung nach Fig.6;
F i g. 8 eine Schnittansicht des Gewindes auf dem in F i g. 7 gezeigten rohrförmigen Teil;
F i g. 9 eine Ansicht nach F i g. 2 mit sich in Axialrichtung verjüngenden Gewindegängen.
Nach Fig. 1 bis 5 weist eine Verbindung 10 zwei rohrförmige Glieder, im Ausführungsbeispiel einen Zapfen 11 und eine Muffe 12 auf, die eine gemeinsame Längsachse 13 haben. Die ineinandergreifenden Gewinde auf den Enden der rohrförmigen Glieder weisen schraublinienförmig verlaufende Gewindegänge 14 bzw. 15 auf, die beim Verschrauben in dem Ende des einen Gliedes ringförmige Zugkräfte und im Ende des anderen rohrförmigen Gliedes rohrförmige Druckkräfte ausüben. Dabei greifen die Gewindegänge 14, 15 schwalbenschwanzartig ineinander, wobei die Flanke 16 des Gewindegangs 14 an der Ranke 17 des Gewindegangs 15 und die Flanke 18 des Gewindeganges 14 an der Flanke 19 des Gewindeganges 15 anliegen. Die Winkel & und β nach F i g. 2 sind spitz, wobei der Winkel α zwischen der Ranke 18 und deir Gewindeboden 20 des Gewindeganges 14 (bzw. zwischen der Flanke 19 und dem Gewindeboden des Gewindeganges 15) und der Winkel β zwischen der Flanke 16 und dem Gewindeboden 20 (bzw. der Flanke 17 und dem Gewindeboden 21) liegen. Es ist ein Spiel 22 und 23 zwischen den Gewindeböden und den Gewindekämmen 24,25 der Gewindegänge 14 bzw. 15 gezeigt Weiterhin weiten sich die Flanken 16, 18 des Gewindeganges £4 zum Gewindekamm 24 und die Flanken 17, 19 zum Gewindekamm 25 auf. Die Gewindegänge 14, 16 schaffen miteinander eine Schwalbenschwanzverbindung.
Der Gewindegang 14 weist zwischen den Flanken 16, 18 an dem Gewindekamm eine größere Breite (d. h. in Axialrichtung) auf als an dem Gewindeboden, entsprechend weist auch der Gewindegang 15 zwischen den Flanken 17 und 19 an dem Gewindekamm eine größere Breite als an dem Gewindeboden auf. Weiterhin nimmt bei jedem Gewindegang 14, 15 die Breite in Gangrichtung über die gesamte Länge des Gewindes fortschreitend ab. Dies ergibt sich aus F i g. 1 bei einem Vergleich der Breiten der Gewindegänge 15a bis 15/ und der Breiten der entsprechenden Gewindegänge 14a bis 14c In F i g. 4 ist die Abnahme der Breite entlang des Gewindegangs gezeigt
Nach F i g. 1 und 2 sind die Gewinde in Vertikalrichtung keilartig ausgeführt. Vor einem vollständigen Verschrauben, d. h. bei teilweisem Gewindeeingriff, bestehen Spalte zwischen den Gewindegängen 14, 15, wie dies in F i g. 5 zu ersehen ist Letztere zeigt die Lage des Gewindeganges 15a beim Vorbeidrehen am Gewindeabschnitt 146, wobei Spalte 30, 31 vorhanden sind.
Die Winkel α und β sind kleiner als 85°, damit die aneinanderliegend-.n Flanken einem Aufschrauben bzw. Lösen der Verbindung entgegenwirken. 1st die Verbindung leistungsdicht hergestellt, versperren die Dichtflächen miteinander infolge der Gewindeform, welche die beiden rohrförmigen Glieder bei jeder Radialdehnung in engem Kontakt hält Auf diese Weise lassen sich über die Verbindung maximale Belastungen in radirler oder axialer Richtung übertragen, ohne daß «,ich die beiden ineinandergreifenden Elemente lösen. Auch in mehreren Richtungen gerichtete Kräfte lassen sich aufbringen, ohne die Leistungsfähigkeit der Verbindung zu beeinträchtigen. Die Keilwirkung der Vorder- und Hinterflanken der ineinandergreifenden Gewindegänge be-
wirken einen Zwangseingriff ohne zusätzliche Anschlagschulter und bieten gleichzeitig den maximalen erreichbaren Widerstand gegen Drehmoment. Zug, Druck oder andere aufgebrachte Kräfte, ohne diiß die Qualität der hergestellten Verbindung nachteilig beeinflußt wird. Diese Keiiwirkung zwischen d,en Flanken verhindert weiterhin ein Ausbiegen der Gewindej'änge unter starker Axialbelastung. Die Verbindung ist sicher auf eine Weise verriegelt, die den Dehnungsdifferen/.en zwischen den beiden rohrförmigen Gliedern widerstand, die im Betrieb auftreten können.
In F i g. 1 sind geschrägte Ringschull.ern 33,34 auf den rohrförmigen Gliedern II, 12 gezeig1., die beim Verschrauben eine Metall-Metall-Dichtung bilden. Zusätzlich bilden die aneinanderliegendi:n Flanken 16, 17 sowie 18, 19 Dichtungen über die Länge des Gewindes.
In Fig. 6 bis 8 ist eine weitere Ausfühnmgsform gezeigt, bei der Halbschwalbenschwainzgewi/ide 40, 41 auf den rohrförmigen Gliedern 42, 4:1 angeordnet sind.
rohrförmigen Gliedern eine Metall-Metall-Dichtung ausgebildet. Weiterhin liegt die Nase 56 des rohrförmigen Gliedes 42 an einem Dichtring 57 aus Formtetrafluoräthylen, der sich in einer Ringnut 58 befindet und ein Rindringen korrodierender Bohrlochflüssigkeit in die ineinandergreifenden Gewindegänge verhindert.
Nach F i g. 9 umfaßt die Schwalbenschwanzverbindung 60 Gewindegänge 61, 62 an den rohrförmigen Gliedern 63, 64, welche sich in Axialrichtung verjüngen.
in Die Gewindekämme 65 und 66 der Gewinde nähern sich über die Gewindelänge der Mittelachse 67.
In der Ausführungsform nach F i g. 6a sind Ringschultern 89, 90 vorgesehen, die sich in Axialrichtung verjüngen. Diese Schultern legen sich beim Verschrau-
I^ ben der Verbindung unter Druck aneinander an und bilden eine Dichtung in einem Bereich zwischen axialen Zylindern 91 und 92. Der Zylinder 91 wird dabei von den Kämmen der Gewindegänge 140 (entsprechend den Gewindegängen 40 in Fig. 6) gebildet, welche in
weiche üie Verbindung ττ äUSitiaCnCn. L/äCiCi ;:;; c;n Mehrstufengewinde gebildet, wobei ein zweites Paar Gewindegänge 40', 4Γ, die den Gewindegängen 40, 41 entsprechen, mit größerem Radius von der Mittelachse als Gewindegänge 40,41 angeordnet sind. OIe, gebildete Metall-Metall-Ringdichtung ist beispiclswwse an der Stelle 46 bei voll verschraubtem Gewinde geneigt.
In Fig. 7 ist der Winkel γ der andnanderlieg'jnden Flanken 48, 49 der Gewindegärige 40, 41 zur Mittelachse entsprechend den Winkeln « ynd β in Fig. 2 geringer als etwa 85°. andererseits erstrecken sich die aneinanderliegenden Flanken 51, 5;! der Gewindegänge 40, 41 im wesentlichen recWwinklig zu der Mittelachse des Gewindes.
Nach Fig.6 ist an der Stelle 55 zwisd/eri den ct..,,f,i; ... ver!spr
41 in Fig. 6) eingreifen. Der Zylinder 92 ist von den Kämmen der Gewindegänge 14Γ (entsprechend den Gewindegängen 4Γ in Fig.6) gebildet, welche in Gewindegänge 140' (entsprechend den Gewindegängen
2Ί 40' in Fi g. 6) eingreifen. Die ineinandergreifenden Gewinde dienen dazu, an den beiden Stufen die rohrförmigen Glieder 142 und 143 gegen ein radiales Trennen an den aneinanderliegenden Schultern 89, 90 zu verr-.geln, wodurch sich die Schultern nicht voneinander trennen und kein Strömungsmedium hindurchtreten kann. Die Verbindung kann sich nicht zufällig lockern, da in den Dichtungsbereichen infolge der ineinandergreifenden Gewiftdegänge keine oder eine nur geringe Dehnung auftreten kann.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:
1. Rohrförmiges Glied, bei dem mindestens eines seiner Enden mit einem Gewinde versehen ist, mit welchem beim Verschrauben mit einem der ebenfalls mit einem Gewinde versehenen Enden eines anderen rohrförmigen Glieds entlang einer Längsachse in dem Ende des einen rohrförmigen Glieds ringförmige Zugkräfte und im Ende des anderen rohrförmigen Glieds ringförmige Dnickkräfte ausübbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gänge (14, 15) der Gewinde einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt und eine sich in Gangrichtung über die gesamte Länge des Gewindes fortschreitend verringernde Breite auf- κ weisen.
2. Rohrförmiges Glied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Flanken (16, 18; 17, 19) des Gewindes (14; 15) gegen die entsprechenden Radialebenen geneigt sind.
3. Rohrförmiges Glied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ranke (5i, 52) des Gewindes (40; 41) in der Radialebene verläuft und die andere Flanke (49, 48) gegen die Radialebene geneigt ist
4. Rohrförmiges Glied nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenwinkel (α, β) gegen die Gewindekämme (24,25) und Gewindeböden (20,21) gemessen kleiner als 85° sind.
5. Rohrförmiges Glied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinne (14, 15) eine Keilpassung aufweist, durch die das Zusamt?\enschrruben begrenzt ist
6. Rohrförmiges Glifd nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch -^kennzeichnet, daß ringförmige Schultern (33, 34) vorgesehen sind, die abdichtend gegeneinander anlegbar sind.
7. Rohrförmiges Glied nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schultern (33,34) aus Metall sind.
8. Rohrförmiges Glied nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schultern (33,34) aus einem Nichtmetall bestehen.
9. Rohrförmiges Glied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß *5 zwei Gewinde (40,41; 40', 41') vorgesehen sind, die ein Mehrstufengewinde bilden.
10. Rohrförmiges Glied nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gewinde (40,41; 40', 4V) konisch ausgebildet sind.
11. Rohrförmiges Glied nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die ringförmigen Schultern (89,90) zwischen den beiden Gewinden befinden.
12. Rohrförmiges Glied nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schultern (55) konisch verlaufen.
13. Rohrförmiges Glied nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß axial auf der einen Seite der ringförmigen Schultern (89, 90) ein drittes Gewinde (140,141) und axial auf der anderen so Seite der ringförmigen Schulter (89, 90) ein viertes Gewinde (140', 14Γ) vorgesehen sind, die ebenfalls eine Schwalbenschwanzverbindung bilden.
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