DE2726035A1

DE2726035A1 - Rohrkupplung

Info

Publication number: DE2726035A1
Application number: DE19772726035
Authority: DE
Inventors: Natal Suedafrika Durban; Kenneth Roy Hart; Cecil Maynard Richards
Original assignee: AECI Ltd
Current assignee: AECI Ltd
Priority date: 1976-06-11
Filing date: 1977-06-08
Publication date: 1977-12-22
Also published as: ZA763467B; GB1555041A

Description

TlEDTKE - BüHLING -

Gruph

Patentanwälte:

Dipl.-lng. Tiedtke Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-lng. Kinne Dipl.-lng. Grupe

Bavariarlng 4, Postfach 20 24 03 8000 München 2

Tel.: (0 89) 53 96 53-56 Telex:5 24 845tipat

cable. Germaniapatent München

8.Juni 1977

B8255

ICI case Z/P.29589 (AECI-case 375)

AECI Limited
Johannesburg, Südafrika

Rohrkupplung

709851/1048

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrkupplung zum Verbinden von thermoplatischen Rohrstücken oder anderen rohrförmigen Bauteilen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Rohrkupplung, die für ausreichend feste Verbindung zwischen aneinandergrenzenden Rohren sorgen kann, die an Trägern aufgehängt sind und unter Druck stehen.

Es sind zahlreiche Möglichkeiten zum Kuppeln von Rohren bekannt, die zum Transport von unter Druck stehendem Fluid dienen. Die bekannten Rohrkupplungen arbeiten befriedigend, sofern die Rohre im Erdreich oder dergleichen verlegt sind oder in einem Kanal verlaufen. Unter diesen Bedingungen werden die Kräfte, die die sogenannte "Endlast" ausmachen, von der die Rohre und die Kupplungen umgebenden Einbettung aufgrund der Reibung zwischen den Rohren, den Rohrkupplungen und der Einbettung aufgefangen oder zumindest gemindert. Andernfalls müßten die Rohrkupplungen die Endlast aufnehmen.

Wenn die Rohre nicht beispielsweise in der zuvor beschriebenen Weise eingebettet sind, muß die Endlast zum größten Teil von den Rohrkupplungen aufgenommen werden, die ein Rohr mit dam nächstfolgenden Rohr verbinden. Bei Rohren mit Durchmessern von mehr als 100 mm können die Endlasten beträchtliche Werte annehmen und Kräfte von einigen tausend kp sein. Bei vielen nicht eingebetteten Rohrleitungsnetzen wird der größte Teil dieser Kräfte von Verankerungen aufgenommen. In der Bergbauindustrie und insbesondere bei Kohlenbergwerken und Goldminen in Südafrika ist es jedoch oft unmöglich oder unerwünscht, dieses Vorgehen anzuwenden. Allgemein wird in der Bergbauindustrie in der Weise verfahren, daß Rohrleitungen, die unter Tage

709851/1048

verlaufen, frei mit Hilfe von Ketten oder Seilen aufgehängt sind, die an Haken hängen, die in die Wände der unterirdischen Stollen geschlagen sind. Unter diesen Bedingungen müssen die Rohrkupplungen zwischen den Rohren praktisch die gesamte Endlast tragen.

Übliches Material für die Rohre in der Bergbauindustrie ist Stahl. Diese Stahlrohre werden entweder über Flansche oder über Rohrkupplungen verbunden, die unter dem Warenzeichen "Victaulic" bekannt sind. Stahlrohre erfüllen zwar einerseits die gestellten Forderungen, haben jedoch andererseits einige Nachteile, von denen sich insbesondere zwei beträchtlich auswirken. Stahlrohre sind einerseits schwer und beim Transport und der Handhabung unhandlich, und andererseits neigen sie unter aggressiven Bedingungen, beispielsweise in Gegenwart von Säuren, zu schneller Korrosion, so daß sie ausgetauscht werden müssen.

In jüngerer Zeit ist ernsthaft erwogen worden, Stahlrohre durch Kunststoffrohre zu ersetzen. Kunststoffrohre sind im Preis vergleichbar, haben ein wesentlich geringeres Gewicht und sind säurebeständig. Ihrer allgemeinen Einführung steht jedoch das Fehlen einer Kupplung geeigneter Konstruktionen mit den erforderlichen Eigenschaften entgegen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß weder Flansche noch "Victaulic"-Kupplungen zum Verbinden von Kunststoffrohren geeignet sind. Flansche führen zu ungleichmäßiger Spannungsverteilung am Umfang der Verbindungen, was entsprechende Schäden zur Folge haben kann, während "Victaulic"-Kupplungen häufig zu Versagen der Nuten bzw. Kerben führen, sofern diese in den Rohren selber ausgebildet werden. Wenn "Victaulic"-Kupplungen mit Hilfe von aus Kunststoff geformten Verbindungsteilen hergestellt

709851/1048

werden, die mittels eines Lösungsmittels an den Enden der Rohre angeklebt werden, stellen die Klebestellen Schwachstellen dar, die zu Schäden führen können. Wenn Notreparaturen ausgeführt werden müssen, dauert es zu lange, bis die Klebung der Verbindungsteile ausreichend fest ist. Es ist erkennbar, daß dann, wenn in der Industrie und insbesondere in der Bergbauindustrie Kunststoffrohre herkömmliche Stahlrohre ersetzen sollen, eine wesentliche Voraussetzung dafür eine Rohrkupplung ist, die sofort in Gebrauch genommen werden kann und die nicht versagt, wenn auf sie die durch die Endlast hervorgerufenen Kräfte wirken. Ferner darf diese Rohrkupplung keine übermäßigen Spannungen in den Rohren hervorrufen, die zum Versagen bzw. zur Beschädigung der Rohre führen könnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rohrkupplung zum Verbinden von Rohren aus Kunststoffmaterialien zu schaffen, die die oben erläuterten Nachteile herkömmlicher Rohrkupplungen nicht oder nur in vermindertem Maße hat.

Diese Aufgabe wird bei einer Rohrkupplung zum Verbinden von thermoplastischen Rohrstücken oder anderen rohrförmigen Bauteilen gelöst durch eine mit einer inneren, umlaufenden Keilfläche an jedem Ende versehene Hülse, die in ihrer Bohrung benachbarte Endabschnitte der Rohrstücke aufnehmen kann, zwei Ringflansche, die jeweils an ihrem Innenumfang eine Keilfläche aufweisen, und zwei ringförmige Dichtungselemente in Doppelkeilform mit Reibschlußmitteln zum reibschlüssigen Eingriff mit den Endabschnitten, wobei die eine Keilfläche an jedem Dichtungselement in eine Keilfläche an der Hülse paßt und die andere, zweite Keilfläche an jedem Dichtungselement in die Keilfläche

709851/1048

an einem Ringflansch paßt, so daß beim Zusammenbau der Rohrkupplung auf den Endabschnitten, wenn die zwei Ringflansche mechanisch gesichert und kräftig zueinander gezogen werden, die zwei ringförmigen Dichtungselemente sowohl eine Dichtwirkung als auch Haltekräfte erzeugen, die den Kräften entgegenwirken, die die Endabschnitte der Rohrstücke in Längsrichtung aus der Hülse zu ziehen versuchen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Dichtungselement für eine Rohrkupplung.

Die Dichtungselemente bestehen vorzugsweise aus einem elastischen, natürlichen oder synthetischen elastomeren Material oder aus einer Kombination von Elastomeren. Bevorzugtes elastomeres Material ist Gummi bestimmter Härte. Die Reibschlußmittel an den Dichtungselementen, die in reibschlüssigen Eingriff mit den Endabschnitten der Rohrstücke treten und diese festhalten sollen, weisen vorzugsweise eine gezahnte, genutete oder aufgerauhte Oberfläche in einem Bereich der Innenseite jedes Dichtungselementes auf. Vorzugsweise hat der größere Teil der in Berührung mit der Außenseite eines Rohres stehenden Innenseite des Dichtungselementes eine solche Oberfläche. Weitere Möglichkeiten für die Ausbildung dieser Oberfläche bestehen darin, daß in einen Teil der Innenseite jedes Dichtungselementes körniges Material oder Reibmaterial eingebettet wird oder daß solches Material mit dem Dichtungselement verklebt wird. Ein geeignetes Beispiel für körniges Material sind Eisenfeilspäne und ein geeignetes Beispiel für Reibmaterial ist Sand. Alternativ können die Reibschlußmittel als Bauteil aus Metall, einer Metalllegierung oder natürlichem oder synthetischem plastischem

709851/1048

Material ausgebildet sein, das mit einem Teil der Innenseite des Dichtungselementes verklebt bzw. verschweißt
ist. Beispiel für ein geeignetes Bauteil ist ein gezahnter Spaltring aus Messing, der mit seiner Außenseite auf die Innenseite des Dichtungselementes geschweißt bzw. geklebt ist.

Wie sich bereits aus dem Vorstehenden ergibt, ist ein Teil der Oberfläche auf der Innenseite des Dichtungselementes frei von Reibschlußmitteln, die in reibschlüssigen Eingriff mit den Endabschnitten der Rohrstücke treten. Dieser freie Teil ist ausreichend flexibel, um als Dichtung zu wirken, die Leckage von durch die Rohrleitung transportiertem
Fluid verhindert. Die Drücke, die benötigt werden, um zu erreichen, daß die Reibschlußmittel fest auf dem Rohr
sitzen und dieses festhalten, werden durch die Keilwirkung erzeugt, die zwischen der Keilfläche am inneren Umfang
des Ringflansches und der damit zusammenwirkenden zweiten Keilfläche am Dichtungselement herrscht. Gleichzeitig verstärken diese Drücke die Dichtwirkung des Dichtungselementes auf der Außenseite des Rohres und zwischen dem
Rohr und der Hülse. Der vom in der Rohrleitung vorhandenen Fluid ausgeübte Druck erhöht sowohl die Dichtwirkung als auch die Reibschlußkraft des Dichtungselementes.

Die Auswahl der geeigneten Reibschlußmittel zum reibschlüssigen Eingriff mit den Endabschnitten der Rohre kann bei der erfindungsgemäßen Rohrkupplung entsprechend den Anforderungen an die Rohrkupplung aufgrund des Fluiddrucks im Rohr getroffen werden. Durch Versuche ist festgestellt worden, daß Sand für steife Rohre aus Polyvinylchlorid

mit einem Innendurchmesser von 110 mm bis zu Drücken von

2
2000 kN/m ausreicht, daß Eisenfeilspäne bis zu Drücken

- 10 -

709851/1048

von 4000 kN/m und ein Spaltring aus Messing bis zu

Drücken von 5800 kN/m für das gleiche Rohr ausreichen, ohne daß sich die Rohre gegeneinander bewegen können oder in der Rohrkupplung eine Leckage am Dichtungselement vorbei auftritt.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, daß die erste Keilfläche am Dichtungselement mit der Keilfläche an der Hülse verklebt bzw. verschweißt wird und/oder daß die zweite Keilfläche am Dichtungselement mit der Keilfläche am Flansch verklebt bzw. verschweißt wird. Durch diese Ausführungsformen kann die Anzahl der je Rohrkupplung benötigten Teile verringert werden, wenn der Bedarf an Normalgrößen der Rohrkupplungen ausreichend groß ist, um die für diese Schritte bei der Herstellung der Rohrkupplungen zusätzlich anfallenden Kosten zu rechtfertigen.

In der Bohrung der Hülse kann eine nach innen weisende Schulter bzw. ein nach innen weisender Anschlag ausgebildet sein, an dem die Enden der beiden Rohrstücke anliegen können. Diese Schulter kann beispielsweise als in der Mitte angeordneter Ring auf der Innenseite der Bohrung ausgebildet sein, so daß dadurch die Endstellungen der Rohrstücke beim Verbinden derselben mittels der Rohrkupplung festgelegt sind.

Die Hülse kann beispielsweise aus Metall, einer Metalllegierung, Polyäthylen, Polypropylen oder Polyvinylchlorid gefertigt werden.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnung erläutert, die

-11-

709851/1048

einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplung in Verbindung mit zwei Rohrstücken zeigt.

Die Zeichnung zeigt eine zusammengebaute, zwei Rohre miteinander verbindende Rohrkupplung. Die Rohrkupplung umfaßt eine Hülse oder Muffe 6 , in die Endabschnitte 1 und 2 von zwei steifen Rohren aus Polyvinylchlorid eingeschoben sind. Die Endabschnitte haben in der Hülse 6 Schiebesitz oder einen Sitz, der dem Schiebesitz so nahe wie möglich kommt. Das Ende 3 des Endabschnitts 1 und das Ende 4 des Endabschnitts 2 stoßen an eine ringförmige Schulter 5 an, die in der Mitte der Bohrung der Hülse 6 mit dieser einstückig ausgebildet ist. Die in die Bohrung der Hülse 6 eingesetzten Endabschnitte 1 und 2 sitzen darin praktisch bündig.

Die Rohrkupplung umfaßt ferner Dichtungselemente 7 und 8 aus elastischem Hartgummi mit einer ersten Keilfläche 9, die mit einer entsprechend geformten Keilfläche 10 an der Hülse 6 zusammenwirkt. Mit jedem Dichtungselement 7 bzw. 8 ist ein gezahnter Spaltring 11 aus Messing beispielsweise durch Kleben verbunden. Diese Spaltringe 11 sorgen für Reibschluß mit der Außenseite der Endabschnitte 1 und 2. Jedes Dichtungselement 7 und 8 weist eine zweite Keilfläche 12 auf, die mit einer entsprechend ausgebildeten Keilfläche 13 an einem Ringflansch 14 bzw. 15 zusammenwirkt. Die Dichtungselemente 7 und 8 mit ihren doppelten Keilflächen 9 und 12 sowie den Spaltringen bzw. Reibschlußmitteln 11 und die Ringflansche 14 und 15 mit ihren Keilflächen 13 vervollständigen die erfindungsgemäße Rohrkupplung.

Spannschrauben 16 sichern die Flansche 14 und 15 in ihrer

- 12 -

709851/1048

Lage. Durch Anziehen der Spannschrauben 16 werden die Flansche 14 und 15 zueinander gezogen, wodurch ein radialer Druck auf die Dichtungselemente 7 und 8 ausgeübt wird. Dieser Druck wird zu den Spaltringen 11 aus Messing übertragen, die in engen Kontakt mit den Endabschnitten 1 und 2 der Rohre gedrückt werden, wobei die Verzahnungen in Reibschluß mit den Endabschnitten treten und diese festhalten, ohne daß die Endabschnitte verformt oder beschädigt werden. Die zwei Rohre werden von der Rohrkupplung fest zusammengehalten, und der Druck auf die Dichtungselemente führt zu wirksamer Abdichtung zwischen der Hülse der Rohrkupplung und den zwei benachbarten Endabschnitten der verbundenen Rohre.

709851/1048

Claims

Patentansprüche

( 1J Rohrkupplung zum Verbinden von thermoplastischen Rohrstücken oder anderen rohrförmigen Bauteilen, gekennzeichnet durch eine mit einer inneren, umlaufenden Keilfläche (10) an jedem Ende versehene Hülse (6), die in ihrer Bohrung benachbarte Endabschnitte (1, 2) der Rohrstücke aufnehmen kann, zwei Ringflansche (14, 15), die jeweils an ihrem Innenumfang eine Keilfläche (12) aufweisen, und zwei ringförmige Dichtungselemente (7, 8) in Doppelkeilform mit Reibschlußmitteln (11) zum reibschlüssigen Eingriff mit den Endabschnitten, wobei die eine Keilfläche (9) an jedem Dichtungselement in eine Keilfläche an der Hülse paßt und die andere, zweite Keilfläche an jedem Dichtungselement in die Keilfläche an einem Ringflansch paßt, so daß beim Zusammenbau der Rohrkupplung auf den Endabschnitten (1, 2), wenn die zwei Ringflansche mechanisch gesichert und kräftig zueinander gezogen werden, die zwei ringförmigen Dichtungselemente sowohl eine Dichtwirkung als auch Haltekräfte erzeugen, die den Kräften entgegenwirken, die die Endabschnitte der Rohrstücke in Längsrichtung aus der Hülse zu ziehen versuchen.
2. Rohrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseloinente (7, 8) aus einem elastischen, natürlichen oder synthetischen elastomeren Material bestehen.
3. Rohrkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material Gummi bestimmter Härte ist.
4. Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibschlußmittel

709851/1OA 8 ORIGINAL INSPECTED

eine gezahnte, genutete oder aufgerauhte Oberfläche im Bereich eines Teils der Innenseite des Dichtungselementes (7,8) umfassen.
5. Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Reibschlußmittel ein körniges Material oder ein Reibmaterial umfassen,
das im Bereich eines Teils der Innenseite des Dichtungselementes (7, 8) eingebettet oder angeklebt ist.
6. Rohrkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das körnige Material aus Eisenfeilspähnen besteht und daß das Reibnaterial Sand ist.
7. Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Reibschlußmittel ein Bauteil (11) aus Metall, einer Metallegierung oder natürlichem oder synthetischem plastischem Material ist, das im Bereich eines Teils der Innenseite des Dichtungselementes (7, 8) angeklebt bzw. angeschweißt ist.
8. Rohrkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil ein gezahnter Spaltring (11) aus Messing ist, dessen Außenseite mit der
Innenseite des Dichtungselementes (7, 8) verklebt bzw. verschweißt ist.
9. Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Keilfläche

(9) eines Dichtungselementes (7, 8) mit der Kailflache

(10) an der Hülse (6) verklebt bzw. verschweißt ist.
10. Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

-A-

709851/1048

gekennzeichnet, daß die zweite Keilfläche

(12) eines Dichtungselementes (7, 8) mit der Keilfläche

(13) am Ringflansch (14, 15) verklebt bzw. verschweißt ist.
11. Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß sich in der Bohrung der Hülse (6) eine nach innen weisende Schulter (5) bzw. ein Anschlag befindet, an dem die Enden (3, 4) der Rohrstücke anliegen können.
12. Rohrkupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Schulter (5) bzw. der Anschlag einen in der Mitte angeordneten Ring auf der Innenseite der Bohrung der Hülse (6) umfaßt.
13. Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Hülse (6) aus einem Metall, einer Metallegierung, Polyäthylen, Polypropylen oder Polyvinylchlorid gefertigt ist.

709851/1048