Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrkupplung mit einem hohlen Zapfenteil mit konischer Außenfläche und
einem Muffenteil mit konischer Innenfläche, deren axiale Steigung der Steigung der Außenfläche des
■»o Zapfenteils entspricht, wobei in einer der Flächen axial
beabstandete radiale Erhebungen und in der anderen Fläche radiale Nuten mit gleichem axialem Abstand wie
die Erhebungen derart ausgebildet sind, daß bei Verankerung des Zapfenteils im Mufi'enteil die Erhebungen
in die Nuten zur axialen Festlegung des Zapfenteils im Muffenteil eingreifen.
Aus der GB-PS 10 71720 ist eine Rohrkupplung bekannt, die aus einem hohlen Zapfenteil und einem auf
diesen aufbringbarf;n Muffenteil besteht, wobei das
Zapfenteil eine konische Außenfläche und das Muffenteil eine konische Innenfläche, deren axiale Steigung der
Steigung der Außenfläche des Zapfenteils entspricht, aufweisen. Die konischen Außen- bzw. Innenflächen
weisen ein miteinander in Eingriff bringbares Gewinde auf, wobei die Verbindung beider Teile durch Eindrehen
des Zapfenteils in das Muffenteil hergestellt wird. Im verbundenen Zustand des Zapfen- und Muffenteils
befinden sich die radialen Gewindeerhebungen des Zapfenteils in den radialen Vertiefungen des Muffenteils
und umgekehrt, so daß das Zapfenteil im Muffenteil axial festgelegt wird. Diese Verbindung beruht im
wesentlichen auf der kraft- bzw. reibschlüssigen Verbindung der Gewindegänge in Zapfenteil und
Muffenteil. Wirken auf die Verbindung von Zapfenteil
*" und Muffenteil axiale Zugkräfte bei gleichzeitiger
Einwirkung von Stoßen. Schlagen oder Erschütterungen
oder Rütteln, so besteht die Gefahr des Losem der kraftschlüssigen Verbindung von Zapfen- und Muffen-
Aus der US-PS 19 88 668 ist eine Kupplung für massive Stäbe o. dgL bekannt, bei der das Zapfenteil des
einen Wellenendes zum Zapfenende konisch zuläuft und seitlich abgeflacht ist, während das Muffenteil des
anderen Wellenendes eine der konisch zulaufenden Außenfläche des Zapfenteiles angepaßte konisch
auseinanderlaufende Innenfläche aufweist Zusätzlich sind das Zapfen- und Muffenteil mit einander angepaßten
wellenförmigen Erhebungen und Vertiefungen versehen, die im zusammengefügten Zustand des
Zapfen- und Muffenteiles eine axiale Verriegelung beider Teile bewirken.
Zur Herstellung der Verbindung werden beide Teile seitlich ineinander geschoben und eine beide Verbindungsteile
umfassende Hülse zur radialen Festlegung der Verbindung über beide Verbindungsteile geschraubt
Diese bekannte Kupplung ist jedoch wegen der seitlichen Abflachung des Zapfenteiles nur für ein
massives Zapfen- bzw. Muffenteil verwendbar.
Aus der US-PS 33 59 013 ist eine Rohrkupplung bekannt, bei der die zu verbindenden Zapfen- und
Muffenteile mit ihren Außen- bzw. Innenflächen aneinander angepaßt konisch zulaufen und mit Gewindegängen
versehen sind, die eine axiale Festlegung des Zapfen- und Muffenteils im eingeschraubten Zustand
des Zapfenteils bewirken. Auch hier beruht die Verbindung im wesentlichen auf dem Reibschluß bzw.
der Flächenpressung der Gewindegänge des Zapfen- und Muffenteils. Bei Einwirkung einer Zugkraft auf die
das Zapfen- bzw. Muffenteil enthaltenden Wellen und gleichzeitiger Einwirkung von Stoßen, Schlägen, Erschütterungen
oder Rütteln auf die betreffenden Wellen bzw. die Verbindung besteht die Gefahr des Lösens der
reibschlüssigen Verbindung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rohrkupplung mit einem hohlen Zapfenteil mit
konischer Außenfläche und einem Muffenteil mit konischer Innenfläche nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 zu schaffen, bei der'die Gefahr des Lösens der Verbindung unter axialer Zugbelastung beseitigt
oder wenigstens verringert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Erhebungen und die Nuten jeweils als in
senkrecht zur Kupplungsachse stehenden Ebenen verlaufende geschlossene Ringe taw. geschlossene
Ringnuten ausgebildet sind, die Verankerung des Zapfenteils im Muffenteil unter radialer Aufweitung des
Muffenteils und/oder radialer Stauchung des Zapfenteils durch eine gegenläufige Axialverschiebung von
Zapfenteil und Muffenteil erfolgt und die radialen Abmessungen der Erhebungen und der Nuten durch die
Elastizitätsgrenzen des Materials von Zapfenteil und Muffenteil bestimmt sind.
Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet eine sichere Verbindung von Zapfen- und Muffenteil auch
bei gleichzeitiger Einwirkung axialer Zugkräfte und zusätzlicher auf die Verbindung einwirkender Stöße,
Rüttelkräfte o. dgl. Zu diesem Zweck wird der bekannte Reibschluß durch einen Formschluß derart ersetzt, daß
die Erhebungen und Nuten jeweils in sieh geschlossene
Ringe sind. Die Verbindung von Zapfen- und Muffenteil wird mit einer Spannvorrichtung hergestellt, so daß im
verbundenen Zustand jeweils eine Ringerhebung in eine Ringnut eingreift und somit das Zapfenteil im Muffenteil
axial unverrückbar arreiiert. Auch bei einem Drehen des Zapfenteils unter dem Einfluß von Erschütterungen,
Stoßen o. dgl. ist ein Lösen der Verbindung nicht möglich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind den Merkmalen der Patentansprüche 2 bi.,
11 zu entnehmen.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert
werden. Es zeigt
F i g. 1 einen Teilschnitt in Längsrichtung durch eine zweiteilige, aus Zapfenteil und Muffenteil bestehende
ίο Rohrkupplung,
F.i g. 2 und 3 je eine separate Teilschnitt-Darstellung
des Zapfenteils bzw. des Muffenteils von F i g. 1,
F i g. 4 und 5 Einzeldarstellungen des Zapfenteils bzw. Muffenteils während und nach der Montage,
!5 Fig.6 einen Axialschnitt durch die Rohrkupplung
von F i g. 1 mit Einrichtungen zur Erzeugung einer axialen Verbindungskraft, und
F i g. 7 eine Vorderansicht der Krafterzeugungsvorrichtung von F i g. 6.
Wie die Zeichnung erkennen läßt, besteht die Rohrkupplung aus einem mit einem ikihr 2 beispielsweise
durch Schweißen verbundenen Za^fenteil 1 und einem mit einem anderen Rohr 4 ebenfalls beispielsweise
durch Schweißen verbundenen Muffenteil 3. Zepfenteil und Muffenteil sind teleskopartig ineinanderfügbar
und besitzen jeweils eine der anderen zugekehrte äußere Paßfläche 5 bzw. innere Paßfläche 6, die sich im
fertig montierten Zustand (siehe Fig. 1), wenn das Zapfenteil 1 vollständig in das Muffenteil 3 eingesetzt
ist, gegenseitig überdecken.
Zur Axialverriegelung des Zapfenteils 1 relativ zu dem Muffenteil 3 besitzt letzteres auf seiner inneren
Paßfläche 6 mehrere in Axialrichtung hintereinander angeordnete Ringnuten 7a, Tb... Tg, Th, die jeweils auf
einer Radialebene angeordnet, durch Axialflächen 8 und 9 begrenzt und durch dazwischenliegende Ringflächen
10a, 106 ... iOg, 10Λ voneinander getrennt sind. In
ähnlicher Weise befinden sich auf der äußeren Paßfläche 5 des Zapfenteils 1 in Axialrichtung mit
■to Abständen hintereinander angeordnete Ringvorsprünge
lla, iib ... Mg, Wh, in gleicher Verteilung wie die
zuvor beschriebenen Ringnuten 7. Die Ringnuten 7 und die Ringvorsprünge 11 sind relativ zueinander so
geformt und dimensioniert, daß sich Zapfenleil und
■»5 Muffenteil einerseits zusammenfügen lassen, andererseits
aber Axialkräften widerstehen, welche eine Trennung der beiden Teile bewirken könnten. Somit ■
besteht ein Metall-Metall-Kontakt zwischen den Axialflächen 8 sämtlicher Ringnuten und den gegenüberlie-
>o genden Axialflächen sämtlicher Ringvorsprünge 11,
welche sich allen Axialkräften widersetzen, welche die beiden Teile der Rohrverbindungsvorrichtung trennen
möchten. Die Ringnuten und die Ringvorsprünge körnen sich, wie dargestellt, im wesentlichen über die
Gesamtlänge der Paßflächen 5 und 6 erstrecken, aber auch über eine kürzere Strecke.
Gemäß Fig.3 mündet ein Radialkanal 12 in eine Axialnut 13, die innenseitig im Muffenteil 3 einige
Ringnuten 7 schneide·. Über diesen Radialkanal 12 kann die aus hochfestem Stahl hergestellte zweiteilige
Röhfvefbindüngsvorrichtung an eine Druckölquelle von
etwa 350 bis 500 bar angeschlossen werden.
Beim Zusammenbau wird zunächst das Zapfenteil 1 soweit in das Muffenteil 3 eingeführt, bis sich die
Paßflächen 5 und 6 m Gallisch berühren. Aufgrund der vorhandenen Konizität erfolgt die erste metallische
Berührung der Vorsprünge, beispielsweise Ringvorsprung Wg des Zapfenteils 1 an Ringfläche 10,e
unmittelbar vor der betreffenden Ringnut, d. h. Ringnut
7g. in die der Ringvorsprung eingeführt werden soll.
Anschließend werden Zapfenteil 1 und Miiffcntcil 3 durch eine außen angelegte Axialkraft progressiv weiter
zusammengeschoben, bis sämtliche Ringvorsprünge in
ihre vorgesehenen Ringnuten eingreifen. Wahrend der Wirksamkeit dieser Axialkraft dehnt sich das Muffenteil
etwas und das Zapfenteil wird etwas zusammengedrückt, so daß beispielsweise der Ringvorsprung 11^.'
über die Ringfläche 10^'hinweggleiten und anschließend
in Ringnut 7g einrasten kann. Die Tiefe der Ringvorsprünge und Ringnuten ist so gewühlt, daß die
Material-Elastizitätsgrenzen von Zapfenteil und Muffenteil
nicht überschritten werden.
Gemäß F i g. 6 wird im vorliegenden Ausführiingsbeispiel
zum Aufbringen der Axialkraft eine Kaliberspannvorrichtung 14 benutzt. Um das /apfenteil und das
Miiffenteil wird je ein diametral sreieilter und mittels
eines Scharniers !7 aufklappbar·. ■ erster Ring !5 bzw.
zweiter Ring 16 herumgelegt. Beide Ringe 15 und 16 sind durch über ihren Umfang verteilte Hydraulik-Zylindereinheiten
18 verbunden. Die Ringe 15 und 16 greifen in je eine Ringnut 19 im Zapfenteil bzw. Ringnut 20 im
Muffenieil ein.
Während der Axialkraft-Übertragung durch die Kaliberspannvorrichtung 14 ist es vorteilhaft, wenn man
in den Überlappungsbereich zwischen Zapfenteil 1 und Muffenteil 3 Drucköl einführt. Dieses Drucköl fließt
über den Radialkanal 12 in die Axialnut 13 und verteilt sich dann in den Ringnuten 7 innerhalb des Bereiches,
der durch den Metallkontakt zwischen den Ringvorsprüngen 11 und den Ringflächen 10 eingegrenzt wird.
Der Druck dieses eingeführten Öls ist so bemessen, daß die elastische Dehnung des Muffenteils .3 und die
elastische Schrumpfung des Zapfenteils 1 unterstützt werden, während die Axialkräfte die beiden Teile
zusammenfügen. Das Öl hat außerdem einen gewissen Schmiereffekt auf die sich berührenden Metalloberflächen,
so daß der Metall-Metall-Kontakt durch eine Art hydrostatisches Lager ersetzt wird. Zwar wird ein
bestimmter Leckstrom auftreten, doch dieser reicht nicht aus. um die ölzufuhr unwirksam zu machen. Die
Se·"""; rUng der sich berührenden Flächen 5, 6 von
Zapfenteil 1 und Muffenteil 3 vermeidet eventuelle Beschädigungen an den Ringvorsprüngen 11 und
Ringnuten 7 beim Zusammenpressen.
Bei der Rohrkupplung sind die Toleranzen der Paßflächen 5 und 6 so klein gehalten, daß das Zapfenteil
1 schließlich mit einem Schrumpfsitz im Muffenteil 3 sitzt, wobei die Axialflächen 8 der Ringnuten 7 im
Metallkontakt mi: den entspi. rhenden Axialflächen der
Ringvorsprünge 11 stehen. Dabei hat es sich als wichtig
herausgestellt, daß im vollständig eingerückten Zustand von Zapfenteil und Muffenteil koine ölreste in den
Ringnuten 7 verbleiben. Verbleibende eingeschlossene ölreste würden nämlich den vollständigen Eingriff eines
Ringvorsprungs in der Ringnut verhindern, und damit bliebe immer die Gefahr eines unbeabsichtigten Lösens.
Um dieses Risiko auszuschließen, reicht die Axialnut 13 bis zu den beiden Ringnuten 7b und 7g in der Nähe jeder
Endnut 7a bzw. 7h. Dadurch wird in den Ringnuien
Tb—Tg verbliebenes Öl durch den Radialkanal 12 herausgespült, und das in den Endnuten Ta und 7ft
verbleibende Öl kann ar den Enden von Zapfenteil 1 und Muffenteil 3 entweichen. Sofern das Zapfenteil 1
nicht in das Muffenteil 3 eingeschrumpft ist, muß man
lediglich für restlose ölabfunr zwischen den sich überdeckenden Paßflächen von Zapfenteil 1 und
Muffenieil 3 sorgen; das genaue Eingriffsmaß ist nicht so
kritisch, es muß aber für alle Dehn- bzw. Schrumpfbewe
gütigen von Zapfenieil 1 und Muffenteil 3 ausreichen.
Will man die Rohrkupplung später wieder trennen. — dann benutzt man hierfür den Radialkariitl 12 mit
Axialnut 13. um Drucköl zwischen die Paßflächen 5 und
6 /u bringen. Das Einbringen des Drucköls erfolgt zunächst nur bis zu den Metallkoniaki-Greii/cn
zwischen den Ringnuten 7b. 7g und Ringvorsprüngen I Ιύ. 11g. an den Enden der Axialnut 13. Dann legt man.
beispielsweise wieder durch entsprechende Verwendung der Kaliberspannvorrichtung 14. eine axiale
Trennkraft an. Das Drucköl verursacht eine Dehniinc
des Muffenteils 3 und eine Schrumpfung des Zapfcntcils
1. und dadurch wird das Lösen der Ringvorsprünge Il aus den Ringnuten 7 unterstützt. Die Axialflächcn 8 der
Ringnuten 7 verbleiben aber noch im Metallkontakt mit entsprechenden Axialflächen der Ringflächen 10. so daß
größere Leckvcl».!?·«* de* Drucköls vermieden werden.
Durch weiteres leichtes Anlegen der Axialkrafi gelangt das Zapfenteil 1 schließlich in eine Relativposition zum
Muffenteil 3, welches Fig.4 entspricht. Die Position in
Fig.4 entspricht eigentlich dem ersten metallischen Kontakt beim Zusammenfügen der beiden Teile.
An der einen oder an beiden Paßflächen 5 und 6 können cndseitig Dichtungen angeordnet sein, welche
den Leckfluß von Drucköl beim Zusammenbau oder beim T innen verhindern. Sind solche Dichtungen
vorhanden, dann können ein oder mehrere Ringnuten und Ringvorsprünge an den Enden der Teile entfallen.
Sind jedoch Zapfenteil 1 und Miiffenteil 3 gut relativ dimensioniert und toleriert, dann reichen die metallischen
Kontakte zwischen beiden Teilen vollständig aus. und man braucht keine zusätzlichen Dichtungen. Bei
dem Ausführungsbeispiel von F i g. 1 befindet sich eine O-Ringdichtung 21 auf der Oberfläche des Zapfenteils I
nahe dem Ende von Ringvorsprung 11 λ: diese Dichtung
dient als zusätzliche Gebrauchsdichtung der Rohrkupplung.
Sind Zapfenteil 1 und Muffenteil 3 zueinander so dimensioniert, daß sie mit Schrumpfsitz zusammenpassen,
dann kann die Rohrkupplung Drehmomente in gewissen Grenzen übertragen. Zur Übertragung größerer
Drehmomente kann man am inneren Ende der Kegelstumpffläche des Muffenteils 3 einen Stift
einsetzen, welcher in einen Vorsprung am Frontende des Zapfenteils 1 eingreift, wobei die Endringnut Tu und
der Endringvorsprung Haentfallen.
Das Zapfenteil 1 und das Muffenteil 3 sind aus hochfestem Stahl hergestellt, und der Außen- bzw.
Innendurchmesser beträgt etwa 70 cm. Die Ko izität der konischen Oberflächen beträgt 2C. und jeder
Ringvorsprung 11 hat eine Höhe von 12 cm bei einer
Basislänge von 20 mm. Die Tiefe jeder Ringnut 7 beträgt 1,1 mm bei einer Oberflächenlänge von 21 mm.
Auf jeder konischen Oberfläche sind acht Ringnuten 7 bzw. Ringvorsprünge 11 angeordnet, in Absiän-.ien von
38 mm in Axialrichtung. Die Axialfläche 8 jeder Ringnut
7 und die entsprechende Axialfläche jedes Ringvorsprunges 11 besitzt eine Abschrägung von 12"
gegenüber einer Ebene, die senkrecht zur Rotationsachse vo-i Zapfenteil 1 und Muffenteil 3 verläuft. Die
Axialfläche 9 jeder Ringnut 7 und die entsprechende Axialfläche jedes Ringvorspmnges 11 hat eine Abschrägung
von 60c. Die vorgenannte Abschrägung wird bestimmt durch Herstell-Toleranzen und entspricht
dem für einen engen Sitz zwischen gegenüberliegenden Oberflächen notwendigen Winkel. Dazu ist zu bemer-
ken. dall bei Verwendung anderer Materialien für
/apfcntcil 1 und Muffenicil 3 sowie anderer Winkel für
die Koni/n.it der konischen Oberflächen die vorher
ja-nannlen Dimensionen und Anzahl von Hingnuten 7
und Kmgvorsprüngen II anders aussehen können.
f erner isi es durchaus möglich, abweichend von der
hier beschriebenen Rohrkupplung, wo die Ringvorspriinjse
11 am /apfcnieil 1 und die Ringnuten 7 im
Miiffeiiieil 3 angeordnet sind, diese Rleinenie zu
vertauschen.
Das Ganze ergibt eine einfach konstruierte, leicht zusammenfügbare und keine beweglichen Teile aufweisende
zweiteilige Rohrkupplung. Sie ist besonders konstruiert und geeignet für Rohre und andere
rohrförmige Gebilde, wie sie für das Bohren und/oder die Ausstattung von küstenfernen öl- und/oder
Gasquellen benutzt werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen