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Rohrverbindung
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Die Erfindung bezieht sich auf Verbindungen zwischen Rohren und führt
zu einer Verbesserung solcher Verbindungen, die aus einer Dichtung mit ringförmiqem
Querschnitt bestehen. Sie bezieht sich insbesondere auf Verbindungen zwischen Rohren
großen Durchmessers.
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Dichtungen aus elastischem Material, die einen ringförmigen Querschnitt
haben, sind zur Abdichtung der Verbindung zwischen zwei Rohren bekannt, von denen
eines ein glattes Ende und das andere einen Rohrschuß hat. Der Entwurf und die Bemessung
derartiger Dichtungen führen im allgemeinen zu keinem Problem.
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Diese Problemlosigkeit gilt nur, solange die zu verbindenden Rohre
einerseits in einem Bereich von relativ geringen Durchmessern bleiben und andererseits
aus einem unzerbrechlichen und insbesondere stoß- und reibungsunempfindlichen Material
bestehen. Wenn man dagegen zu großen Durchmessern kommt, besteht die Gefahr, daß
die einfache ringförmige Dichtung zerquetscht wird, sobald eine unvollkommene Verlegung
oder
auch eine leichte Bodenbewegung nach der Verlegung die beiden Elemente zueinander
auch nur wenig versetzt haben. Daraus ergibt sich an einem Punkt des Umfangs des
Ringes eine Komprimierung, die viel größer als diejenige ist, die notwendig ist,
um die Dichtheit sicherzustellen.
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Diese Komprimierung verringert einerseits die Lebensdauer des so komprimierten
Materials und läßt außerdem zwischen dem glatten Ende und dem Rohrschuß eine Berührung
zu, die zu Abblätterungen, d.h. sogar Brüchen führen kann, wenn das Herstellungsmaterial
der Rohre besonders zerbrechlich ist.
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Außerdem führt diese Versetzung, die eine örtliche Kompression hervorruft,
die größer ist, als diejenige, die notwendig ist, um die Dichtheit sicherzustellen,
gleichzeitig zu einer Dekompression der Dichtung in der diametral gegenüberliegenden
Zone und folglich zur Gefahr des Verlustes der Dichtheit.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Vorteil der Verbindung
mit einer ringförmigen Dichtung auch für Rohre großen Durchmessers beizuhalten,
bei der die sich ergebende Beanspruchung aufgrund des Gewichts des Rohres selbst,
des Gewichts des transportierten Strömungsmittels, der Last durch Erde und schließlich
der Fahrbelastungen die ringförmige Dichtung beeinträchtigt und so zur Gefahr der
Beschädigung der Rohre, zumindest zur Versetzung der verbundenen Rohrelemente, führt.
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Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Rohrverbindung, bestehend aus
einer Dichtung, die zwischen dem glatten Ende eines ersten Rohres und dem Rohrschuß
eines zweiten Rohres angeordnet ist und bei der ein Ringabschnitt mit einem zylindrischen
Abschnitt verbunden ist und wenigstens eine seitliche Verlängerung bildet, gemäß
der Erfindung dadurch, daß der zylindrische Teil an der
Innen- und
Außenseite glatt ist, daß bei normalen Fluchtungsbedingungen zwischen den beiden
Rohren, d.h., wenn die Rohre koaxial sind, nur der Ringabschnitt radial zwischen
dem glatten Ende und dem Rohr schuß komprimiert wird, wobei der zylindrische Teil
von dem Äußeren des glatten Endes durch einen ringförmigen Zwischenraum getrennt
bleibt, daß die Nut zur Aufnahme der Dichtung zylindrisch ist und einen einzigen
Innendurchmesser hat, der für den zylindrischen Abschnitt und den Ringabschnitt
gemeinsam ist, daß die radiale Tiefe der ringförmigen Nut geringer als die Dicke
des zylindrischen Abschnitts ist, und die Erstreckung des axialen Querschnittes
der ringförmigen Nut ist geringer als die Erstreckung des axialen Querschnittes
der Dichtung.
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Auf diese Weise nehmen die beiden Bereiche der Dichtunq an der Unterstützung
des glatten Endes des Rohres teil, wenn dessen Achse nicht mit der des Rohrschusses
zusammenfällt. Der ringförmige, stark komprimierte Abschnitt garantiert die Dichtheit,
nicht jedoch mehr allein zur Unterstützung des glatten Endes, da die Verlängerung
des ringförmigen Abschnittes selbst das glatte Ende unterstützt und verhindert,
daß es das Innere des Rohrschusses berührt.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Dichtung, wenn sie in der Nut
des Rohrschusses ist, mit ihrem ringförmigen Abschnitt zum Boden des Rohrschusses
und mit ihrer axialen zylindrischen Verlängerung zur Öffnung des Rohrschusses gerichtet
ist. Diese Anordnung erfordert außerdem, daß wenigstens eine konische divergierende
Schrägfläche am Endabschnitt der Verlängerung des axialen Zylinders vorgesehen ist.
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Es wurde festgestellt, daß es von Vorteil ist, die Dichtung derart
anzuordnen, daß ihr ringförmiger Abschnitt
auf der Seite der Öffnung
des Rohrschusses liegt.
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Entsprechend den optimalen Verwendungsbedingungen der zuvor erwähnten
Verbindung wird daher auch vorgeschlagen, daß der ringförmige Abschnitt, der in
der Nut nahe dem Ende der Nut angeordnet ist, das der öffnung des Rohrschusses am
nächsten liegt, während die axiale zylindrische Verlängerung in den Rohrschuß gerichtet
ist.
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Um in diesem Falle eine freie Begrenzung beim Einführen des glatten
Endes zu erhalten, ist der Endabschnitt der axialen zylindrischen Verlängerung abschrägunasfrei
und hat folglich den gleichen Querschnitt wie der übrige Teil der axialen zylindrischen
Verlängerung.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 5 beispielsweise
verlängert. Es zeigt: Figur 1 einen radialen Längsschnitt eines Endes des Rohrschusses
und der zugehörigen Dichtung gemäß der Erfindung, wobei diese Teile vor der Anordnung
der Dichtung in dem Rohrschuß getrennt sind, Figur 2 den Rohrschuß der Fig. 1 und
die Dichtung in ihrer Aufnahme ebenso wie den Abschnitt des glatten Endes, Figur
3 die zwischen dem glatten Ende und dem Rohrschuß hergestellte Verbindung, wenn
die Achsen der beiden Elemente zusammenfallen, Figur 4 eine Verbindung mit einer
Versetzung der Achsen der beiden Elemente, und Figur 5 den Rohrschuß eines Rohres,
wobei die in der Nut dieses Rohrschusses angeordnete Dichtung
mit
ihrem ringförmigen Abschnitt zur öffnung hin angeordnet ist, ebenso wie den Abschluß
des glatten Endes eines weiteren Rohres.
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Die Dichtung gemäß der Erfindung ist in Fig. 1 in freiem Zustand gezeigt
und mit G bezeichnet. Sie ist dazu bestimmt, die Dichtheit der Anordnung zwischen
dem Rohrschuß E eines ersten Rohres und dem glatten Ende U eines zweiten Rohres
herzustellen.
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Der Rohrschuß E hat einen Innendurchmesser D1, der um einen Betrag
größer als der Außendurchmesser D2 des glatten Endes ist, der notwendig ist, damit
das Einführen des einen Rohrs in das andere ohne Schwierigkeiten erfolgt. Um dieses
Einführen zu begünstigen, sind außerdem Schrägflächen 1 und 2 jeweils an der Öffnung
des Rohrschusses E und dem Abschluß des glatten Endes U vorgesehen. Die Innenfläche
des Rohrschusses hat eine Ringnut 3, die bei dem gezeigten Beispiel zylindrisch
ist und eine Länge L und einen Innendurchmesser D hat.
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Die mittlere Fläche bei halber Breite der Dichtung G verläuft längs
eines Zylinders. Die Dichtung hat einen Ring 4 an ihrem zu dem Rohrschuß gewandten
Ende und eine damit einstückig ausgebildete zylindrische Verlängerung 5, die zu
dem glatten Ende U gerichtet ist.
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Der Durchmesser Dm des mittleren Zylinders der Dichtung G ist etwa
gleich dem Durchmesser D3 am Boden der Nut 3. Bei der gezeigten Ausführungsform
ist der Durchmesser Dm etwas größer als der Durchmesser D3. Der Außendurchmesser
D4 des Ringes 4 ist wesentlich größer als der Durchmesser D3 der Nut ebenso wie
in aeringerem Maß der Durchmesser D5 der zylindrischen Verlänserung 5 des Ringes.
Diese Abmessungsverhältnisse sind nur beispielsweise angegeben, da, wie bereits
erwähnt wurde, die Bemessung von Dichtungen mit radialer Kompression
bezüglich
des Rohrschusses und des glatten Endes von Rohren, die sie ausstatten, bekannt ist.
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Zu beachten ist auch, daß der zylindrische Teil 5 der Dichtung an
seinem Ende eine äußere Schrägfläche 6 und eine innere Schrägfläche 7 hat.
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Die Umfangskontraktion, die notwendig ist, um die Dichtung G in der
Nut 3 entsprechend Fig. 2 anzuordnen, erfordert es, daß sich ihre mittlere Fläche
bei halber Breite in das Innere des mittleren Zylinders mit dem Durchmesser Dm zusammenzieht,
um eine kegelstumpfförmige, nach außen divergierende Form anzunehmen. In dieser
Laqe kann der mit der Dichtung G ausgestattete Rohrschuß das glatte Ende U aufnehmen.
Aufgrund der inneren Schrägfläche 7 kann das glatte Ende in die Dichtung G eindringen,
ohne ihren äußeren frontalen Abschnitt zwischen den beiden Schrägflächen 6 und 7
zu beschädigen, obwohl die Dicke der Dichtung selbst in ihrem zylindrischen Teil
größer ist als die Tiefe der Nut 3. Die Schrägfläche 7 vermeidet daher jedes Herausziehen.
Die Dichtung hat deshalb auf jeden Fall eine innere Schrägfläche und, falls sie
zufälligerweise mit dem Inneren nach außen gedreht wird, eine zweite äußere Schr#gfläche
6.
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Daher ist der Querschnitt der Dichtung im Ruhezustand bezüglich ihrer
Längsachse symmetrisch.
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Das Einführen des glatten Endes U entsprechend Fig. 3 exakt koaxial
zu dem Rohrschuß E führt daher nur dazu, daß der Ring 4 der Dichtung G komprimiert
wird. Die Kompression des Ringes beträgt, damit er die Dichtheit sicherstellt, z.B.
etwa 20 %. In dieser koaxialen Stellung der beiden Elemente U und E bleibt jedoch
das Innere der Verlängerung 5 der Dichtung G von dem äußere des glatten Endes U
durch einen ringförmigen Zwischenraum 8 getrennt. Diese Anordnung setzt voraus,
daß das
Rohr, das mit dem glatten Ende U abschließt, über seine
gesamte Länge außerhalb des Rohrschusses E vollkommen abgestützt ist. Es ist daher
eine geeignete Aufschdttungv am Boden des Verlegungsgrabens notwendig, damit es
nicht nur mit seinem eigenen, nicht gezeigten Rohrschuß am anderen Ende des Rohrs
aufliegt. Diese Anordnung bleibt im übrigen nur insoweit erhalten, als keine Bodenbewegung
dieses Gleichgewicht beeinträchtigt.
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Fig. 4 zeigt ein Beispiel dafür, was eintreten kann, wenn eine Bodenbewegung
nach der Verlegung oder eine Unaufmerksamkeit bei der Verlegung das eine der beiden
Rohrelemente gegenüber dem anderen um eine radiale Strecke x versetzt.
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Das in dieser Figur gezeigte Beispiel ist insoweit relativ einfach,
als die beiden Achsen parallel hleiben. In der Praxis ist es wenig wahrscheinlich,
daß eine solch spezielle Bewegung auftreten kann und es ist wahrscheinlicher, daß
gleichzeitig eine leichte Winkelversetzung in den zulässigen Grenzen unter Berücksichtigung
des Spiels zwischen dem glatten Ende und dem Rohrschuß auftritt. Einen derartigen
Fall in der Zeichnung im einzelnen zu beschreiben, wurde als nicht notwendig angesehen,
da die Dichtung derart bemessen ist, daß sie zufriedenstellend ist, wie auch die
jeweiligen Lagen der beiden Achsen innerhalb der zuvor erwähnten zulässigen Grenzen
sind.
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Um derartigen Versetzungen entgegenzuwirken, wird die Dichtung und
insbesondere die Dicke der Verlängerunq 5 in der folgenden Weise berechnet: Die
Kompression des Ringes überschreitet, selbst wenn sie durch eine Versetzung der
Rohre erhöht wird, niemals das ohne Beschädigung des gewählten Elastomers zulässige
Maß.
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Das Gesamtvolumen der Dichtung, die in der Nut angeordnet wird, ist
stets größer als das Volumen dieser Nut, obwohl stets ein ausreichender Zwischenraum
Y zwischen dem glatten Ende U und dem Rohrschuß E vorhanden ist, damit keine Berührung
zwischen diesen Elementen auftritt.
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Diese Aufnahme durch einen Teil der Dichtung, die Verlängerung des
Ringes, von Belastungen infolge einer Versetzung vermeidet so die Zerstörung des
Elastomers des Ringes, die nur auftreten kann, wenn dieser zu sehr komprimiert wird.
Dagegen begrenzt die Tatsache, auf einen Ring mit geringer axialer Abmessung den
Teil der Dichtunq verringert zu haben, der abdichten soll, die Kräfte, die zur Montage
der Verbindung notwendig sind. Der Schub, der notwendig ist, um die Reibungskräfte
zu überwinden und den Elastomer zu komprimieren, ist tatsächlich viel stärker, wenn
die Dichtung unter der Annahme der Mit wirkung gegen das Zusammendrücken bei einer
Versetzung in dem Verhält-nis, das für die Dichtheit notwendig ist, komprimiert
wird.
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Zu beachten ist auch, daß die Berührungsfreiheit, die durch diese
Anordnung garantiert wird, eine elektrische Diskontinuität sicherstellt, wenn die
so verbundenen Rohre aus Metall bestehen.
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Die in Fig. 5 gezeigte Verbindung ist zwischen dem Rohrschuß Ea eines
ersten Rohres und dem glatten Ende Ua eines zweiten Rohres hergestellt.
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Die Dichtung G, die in der Nut 3a des Rohrschusses aufgenommen ist,
wird wie folgt angeordnet: Ihr Ring 4a wird gegen die Öffnung des Rohrschusses gerichtet,
während ihre axiale zylindrische Verlängerung 5a gegen den Boden des Rohrschusses
gerichtet wird.
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Der Endabschnitt 9 der zylindrischen Verlängerung 5a ist von jeder
Abschrägung frei und hat daher den gleichen Querschnitt wie der übrige Teil der
zylindrischen Verlängerung 5a.
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Diese Art der Anordnung ist aus folgendem Grund besonders vorteilhaft:
Wenn der interne Druck, wenn die Verbindung montiert ist, auf die Dichtung wirkt,
kann diese nicht teilweise nach außen über den ringförmigen Zwischenraum zwischen
dem glatten Ende Ua und der Schrägfläche 1a des Rohrschusses herausgetrieben werden,
da die Masse des Ringabschnittes 4a dem entgegenwirkt.
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L e e r s e i t e