DE3834379A1 - Kupplung fuer ein kunststoffrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, und zwar für ein Kunststoffrohr; insbe­ sondere betrifft sie eine verbesserte Druckkupplung zum Verbinden von Kunststoff-Rohrstücken.

Leitungssysteme für Gas oder Flüssigkeiten erfordern das Verbinden einzelner Rohrstücke aus Kunststoff in einer zuverlässig abgedichteten Weise, die auch über einen großen Temperatur- und Druckbereich dicht bleibt. Eine zuverlässige Verbindung von Kunststoffrohren ist deswegen schwierig, weil große Belastungen auftreten können, die zur Ermüdung, Deh­ nung oder Bruch führen, so daß an dieser Stelle die Kupplung leckt. Kupplungsstücke für Kunststoffrohre müssen daher in der Lage sein, axialen Belastungen standzuhalten, die bei­ spielsweise durch Rohrverlängerungen aufgrund von Temperatur­ schwankungen auftreten. Außerdem sollten die Kupplungsstücke durch verhältnismäßig ungeschultes Personal montierbar sein.

Die derzeit erhältlichen Kunststoff-Rohrkupplungen weisen üblicherweise einen Körper auf, in den ein Ende des Kunst­ stoffrohres eingesteckt wird. Hierzu weist die Kupplung im allgemeinen ein Metallrohr auf, das in das Kunststoffrohr paßt und dieses in dem Bereich versteift, in dem es von der Kupplung erfaßt und abgedichtet wird. Im Inneren des Körper­ teils der Kupplung sind ein oder mehrere elastische Dich­ tungsringe oder Dichtungen, ein oder mehrere Scheiben und ein Klemmring zum Befestigen des Kunststoffrohrs vorgesehen, die letzteres umgeben. Eine Gewindemutter umgibt das Kunst­ stoffrohr und ist auf das Gewinde des Körperteils der Kupplung geschraubt. Wenn die Mutter gegenüber dem Körper­ teil festgezogen wird, dann wird der Klemmring radial nach innen gedrückt und erfaßt dabei das Kunststoffrohr. Dabei üben entweder der Klemmring, eine Verlängerung der Mutter oder beide Druck aus, welcher die elastische Dichtung zusammendrückt und dadurch das Äußere des Kunststoffrohrs gegenüber dem Inneren des Körperteils der Kupplung abdichtet.

Übliche Kupplungen verwenden einen Klemmring, der während des Einschiebens des Kunststoffrohres radial aufgeweitet werden muß, um über das Rohrstück zu passen und dieses zu erfassen. Dies macht das Einsetzen des Rohres schwierig und bewirkt bereits bei der Montage ein Festklemmen, die das Herausziehen des Rohres ohne Demontage der Kupplung ver­ hindert, und zwar bereits vor dem Festziehen der Mutter.

Bei Kupplungen, bei denen hingegen das Zusammendrücken der elastischen Dichtung lediglich durch Axialverschiebung des Klemmrings erfolgt, kann der Klemmring das Rohrstück bereits dann erfassen, wenn die Mutter noch nicht vollständig auf die Kupplung geschraubt ist. In diesem Zustand ist ein weiteres axiales Schieben des Klemmringes verhindert, aber es kann auch damit eine ungenügende Dichtung aufgrund der zu geringen Kompression der elastischen Dichtung vorliegen. Es gibt auch noch den Fall, daß eine hinreichende Dichtung durch Einwirken des Klemmrings auf die elastische Dichtung erreicht wird, aber ein Dehnen des Rohres aufgrund von Zugbelastung kann dabei die Kompression der Dichtung redu­ zieren und damit die Wirksamkeit der Dichtung verringern.

Bei Kupplungen mit komprimierter elastischer Dichtung auf­ grund alleiniger Wirkung der Mutter kann die Dichtung vollständig komprimiert sein, bevor der Klemmring das Rohr wirksam erfaßt. Diese Schwierigkeit kann bei Kupplungen auftreten, die eine Dichtungsvertiefung zwischen einer Körperschulter und einer starren Scheibe von festem Volumen vorsieht und/oder die einen Anschlag zur Begrenzung des Festziehens der Mutter aufweist. Vertiefungen mit festem Volumen und Anschläge, welche das Zusammendrücken der Dich­ tung begrenzen, können zu einer unzureichenden Dichtungs­ kompression aufgrund von Herstellungstoleranzen führen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Kupplung für Kunststoffrohre zu schaffen, die leicht zu verbinden ist und die eine zuverlässige Dichtung selbst dann schafft, wenn die einzelnen Bauteile Dimensionsschwankungen unterliegen und/oder wenn das Rohr aufgrund von axialer Belastung gedehnt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Rohrkupplung bildet eine zuverlässige Abdichtung, die Schwankungen in der Wandstärke und Dehnungen des Rohres aufgrund von axialer Belastung kompensiert. Ferner kann die Kupplung mit einfachen Werkzeugen montiert werden, ohne daß vor dem Zusammenfügen aufwendige Demontage­ vorgänge erforderlich sind.

Die erfindungsgemäße Kupplung besitzt einen Körperteil mit einer Innenbohrung für die Aufnahme eines Rohrendes aus Kunststoff. Der Körper besitzt eine geneigte Übergangsfläche, die sich von der Innenbohrung zu einer größeren Außenbohrung erweitert und Innengewinde zum Einschrauben einer mit Außen­ gewinde versehenen Verbindungsmutter aufweist. Eine Verstei­ fung, beispielsweise ein Metallrohrstück mit einem Flansch an einem Ende, wird in die Bohrung des Körpers so weit eingesetzt, bis der Flansch am Rand anliegt. Eine Elastomer­ dichtung mit kegelstumpfförmiger Außenfläche wird in die Bohrung so eingesetzt, daß sie an die geneigte Übergangs­ fläche angepaßt ist, und zwar dort, wo sich die Innenbohrung zu der vergrößerten Bohrung erweitert. Ein Klemmring mit einer kegelstumpfförmigen radialen Außenfläche und einer Innenfläche mit Klemmelementen dient zum Einklemmen des Rohrs und zur Übertragung von Zusammendrückkraft auf die Dichtung. Der Klemmring ist so konstruiert, daß er das Kunststoffrohr nicht eher erfaßt, bis die Mutter angezogen wird und das Klemmen des Rohres auslöst. Ein Federmittel, beispielsweise eine flexible Federscheibe, die mit einer nachgiebigen Zunge um ein Ende des Klemmrings kombiniert ist, liegt zwischen der Dichtung und dem Klemmring im Körper der Kupplung, um eine Zusammendrückkraft auf die Dichtung auszuüben. Die Verbindungsmutter besitzt eine innere kegel­ stumpfförmige Bohrung, die mit der Außenfläche des Klemmrings zusammenpaßt, wenn die Außengewinde der Mutter in die Innengewinde der vergrößerten Bohrung des Kupplungskörpers eingreifen.

Um ein Ende des Kunststoffrohrs an die Kupplung anzuschließen, wird das Ende durch die Bohrung der Mutter geschoben und in den Kupplungskörper der locker montierten Kupplung gesteckt. Das Kunststoffrohr paßt um das Versteifungsrohr und liegt im Inneren der Bohrung des Körpers. Wenn die Kupplungsmutter angezogen wird, dann preßt sie den Klemmring axial gegen das Federmittel, welches eine Kompressionskraft auf die elasto­ mere Dichtung ausübt. Der Klemmring besitzt einen seitlichen Schlitz über seine Länge, so daß beim fortschreitenden Festziehen die Nase der Mutter über eine Schulter des Klemmrings bewegt wird und ein erstes Klemmelement radial in Greifkontakt mit dem Kunststoffrohr drückt. Wenn die Mutter vollständig in den Körper festgezogen ist, dann drückt die kegelstumpfförmige Bohrung der Mutter den Klemmring radial derart nach innen, daß die übrigen Klemmelemente das Rohr erfassen, wobei sich die Nase der Mutter über den Klemmring hinaus erstreckt, um eine Druckkraft auf die Dichtung auszuüben. Das Zusammendrücken der Dichtung dichtet die Außenfläche des Kunststoffrohres gegenüber der Innenfläche des Körpers ab. Die Kraft der Nase der Mutter, die gegen den Umfang der flexiblen Federscheibe wirkt, gewährleistet, daß sich die Scheibe durchbiegt oder tellerartig verformt, damit das Dichtungsvolumen und der Steuerdichtungsdruck nachge­ stellt werden, um einen Ausgleich für Dimensionsschwankungen bei dem Kupplungsbauteilen zu bewirken. Die flexible Feder­ scheibe gleicht auch Veränderungen im Volumen aufgrund von Temperaturschwankungen oder aufgrund von "Kriechen" des Rohrmaterials aus. Jedes Herausziehen oder Dehnen des Rohres bewirkt, daß der Klemmring seinen Klemmgriff auf das Rohr verstärkt, wenn es in die kegelstumpfförmige Bohrung der Mutter gezogen wird, ohne daß es dabei zu einer wesentlichen Reduktion des Dichtungsdruckes kommt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungs­ beispiels in auseinandergezogener Darstellung;

Fig. 2A einen Teillängsschnitt durch das Ausführungsbei­ spiel;

Fig. 2B einen Teillängsschnitt durch das Ausführungsbeispiel mit teilweise angezogener Verbindungsmutter;

Fig. 2C einen Teillängsschnitt durch das Ausführungsbei­ spiel mit vollständig festgezogener Verbindungs­ mutter; und

Fig. 3 eine Seitendraufsicht auf einen Klemmring.

In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen. Fig. 1 zeigt die verschiedenen Kompo­ nenten der Kupplung in perspektivischer Darstellung, während Fig. 2A einen Teillängsschnitt durch die Kupplung mit lose montierten Teilen darstellt.

In den Fig. 1 und 2A ist die Kupplung 10 zum Anschließen eines Rohrabschnitts 12 aus Kunststoff gezeigt. Die Kupplung 10 besitzt einen Körperteil 14 mit einer Innenbohrung 16 und einer geneigten Übergangsfläche 18, die sich zu einer vergrößerten Außenbohrung 20 mit Innengewinde 22 erweitert. Ein Versteifungsrohr 24 in Form eines Metallrohrs mit einem Flansch 26 an einem Ende ist in die Bohrung 16 des Körpers 14 so weit eingeschoben, bis der Flansch 26 an einem Anschlag 28 im Inneren des Körpers 14 anliegt. Ein Elastomerring oder eine Dichtung 30 ist in den Körper 14 eingesetzt und umgibt das Versteifungsrohr 24. Die Dichtung 30 besitzt eine kegelstumpfförmige Fläche 32, deren Neigung der geneigten Fläche 18 zwischen den Bohrungen 16 und 20 des Körpers 14 entspricht. Ein Klemmring 36 besitzt eine kegel­ stumpfförmige Außenfläche 38 und eine Innenfläche mit einer Anzahl von Klemmelementen 40; er ist derart in den Körper 14 eingesetzt, daß er das Versteifungsrohr 24 umgibt. Eine federnde Lippe 42 kann eine Anzahl von Segmenten aufweisen, die durch Schlitze 43 getrennt sind, um die gewünschte Federeigenschaft und Kompressionskraft gegen die Federscheibe 34 zu erzeugen, damit die Dichtung 30 zusammengedrückt wird. Der Klemmring 36 besitzt einen seitlichen Schlitz 44, so daß er radial nach innen zusammengedrückt werden kann. Gemäß den Fig. 1 und 3 kann der Schlitz 44 zwei oder mehrere versetzte Abschnitte oder Nasen haben, die den Klemmring 36 beim radialen Zusammendrücken zusammen mit den Klemmelementen 40 ausgerichtet halten. Eine Verbindungsmutter 46 besitzt eine Bohrung mit einer kegelstumpfförmigen Innenfläche 48; sie wird in den Körper 14 derart eingesetzt, daß die Innenfläche 48 an die Außenfläche 38 des Klemmrings 36 angepaßt ist. Die Verbindungsmutter 46 besitzt Außengewinde 50 zum Einschrauben in die Innengewinde 22 des Körpers 14 und einen Anschlag 54, der am Ende des Körpers 14 anstößt, wenn die Mutter 46 im Körper 14 vollständig festgezogen ist.

Ein Ende des Kunststoffrohrs 12 kann mit der Kupplung 10 verbunden werden, wenn sich diese noch in der lose zusammen­ gesetzten Konfiguration nach Fig. 2A befindet. Das Rohr 12 wird einfach über das Versteifungsrohr 24 und in die Bohrung 16 des Körpers 14 gesteckt. Der Außendurchmesser des Verstei­ fungsrohres 24 ist so dimensioniert, daß er in den Innen­ durchmesser des Rohrs 12 paßt. Zusätzlich sind die Innen­ bohrung 16, die Dichtung 30, die Scheibe 34 und der Klemmring 36 so dimensioniert, daß sie das Rohr 12 zwischen dem Versteifungsrohr 24 und ihren Innenflächen aufnehmen. Nachdem das Rohr 12 in die Kupplung 10 eingesetzt ist, wird die Verbindung einfach durch Festziehen der Verbindungsmutter 46 im Körper 14 sicher fertiggestellt.

Die Kupplung 10 hat ein gegenüberliegendes Ende mit den gleichen Bauteilen, wie diese in den Figuren dargestellt sind, jedoch in spiegelbildlicher Anordnung. Wenn die Kupp­ lung 10 verwendet wird, um einen beschädigten Abschnitt eines Rohres 12 zu spleißen, dann mag es zweckmäßig sein, das Rohr 12 vollständig durch den Körper 14 der Kupplung 10 zu schieben. Gemäß Fig. 2A weist der Anschlag 28 V-Nuten 29 auf, die abscherbar sind, so daß der Anschlag 28 an dieser Stelle vom Körper 14 abgeschert werden kann, damit man das Rohr 12 vollständig hindurchstecken kann.

Um die Kupplung 10 zum Einspleißen zu verwenden, wird eine zusammenhängende Länge eines Rohres 12 im beschädigten Bereich aufgeschnitten und die Mutter 46, der Klemmring 36, die Scheibe 34, die Dichtung 30 und das Versteifungsrohr 24 werden von jedem Ende der Kupplung 10 entfernt und über die jeweiligen Enden des abgeschnittenen Rohres 12 in der richtigen Reihenfolge geschoben. Der leere Körper 14 wird über ein Ende einer starren Fläche gesteckt und es wird beispielsweise ein etwa 15 cm langes Abfallrohrstück oben in den Körper 14 geschoben und mit einem Hammer gegen den Anschlag 28 getrieben, so daß dieser abschert. Die abgeschnittenen Enden des Rohrs 12 werden etwas seitlich auseinanderbewegt, so daß der Körper 14 vollständig über ein Ende des geschnittenen Rohres 12 geschoben werden kann. Die Enden des geschnittenen Rohres 12 werden dann wieder fluch­ tend ausgerichtet, wobei der Körper 14 mittig über die Schnittstelle geschoben wird. Dann werden die Dichtung 30, die Scheibe 34, der Klemmring 36 und die Mutter 46 zusammen­ geschoben und in jedes Ende des Körpers 14 zur Vervollstän­ digung der Rohrverbindung festgeschraubt.

Die Verbindungsmutter 46 besitzt einen Fortsatz oder eine Nase 52, die eine Innenfläche 49 von geringerer Neigung als die Oberfläche 48 und eine Abschrägung 53 an ihrem Innenrand aufweist. Der Klemmring 36 besitzt eine Ringschulter 39 zwischen der Lippe 42 und der Oberfläche 38. Die Ring­ schulter 39 weist eine Rampe 41 auf, die sich von der Oberfläche 38 zur Schulter 39 unter stärkerer Neigung als die Oberfläche 38 erstreckt.

Während die Verbindungsmutter 46 anfänglich festgezogen wird, berührt die Abschrägung 53 der Nase 52 die Rampe 41 der Schulter 39 und bewirkt eine axiale Kraft, die den Klemmring 36 axial in Richtung auf die Dichtung 30 gemäß Fig. 2B drückt. Die Nase 52 berührt die Schulter 39 aufgrund der natürlichen Tendenz des Klemmrings 36, sich im entspannten Zustand radial nach außen zu dehnen. Fig. 2B zeigt die Anordnung der Kupplung 10 in dem Zustand, indem die Nase 52 gerade dabei ist, über die Schulter 39 zu rutschen. Während die Lippe 42 den Innendurchmesser der Federscheibe 34 berührt, tritt eine konvexe Durchbiegung der Scheibe 34 auf, welche die Last auf den Innendurchmesser der Dichtung 30 konzentriert und dadurch mithilft, den Innen­ durchmesser der Dichtung 30 gegenüber dem Rohr 12 zum Festpacken der Dichtung zu verschieben.

Während die Mutter 46 weiter festgezogen wird, läuft die Abschrägung 53 auf der Rampe 41 nach oben und gestattet es der Nase 52, die Ringschulter 39 radial nach innen zu drücken und ein erstes Klemmelement 40 in das Kunststoffrohr 12 zu treiben. Diese Wirkung der Nase 52 an der Schulter 39 drückt den Klemmring 36 zusammen mit der Wirkung der Fläche 48 auf der Fläche 38 radial nach innen, so daß die Anzahl der Klemmelemente 40 in die Außenwand des Rohres 12 eingreift. Der segmentierte oder mit Ausnehmungen versehene Schlitz 44 des Klemmrings 36 behält die Ausrichtung der Klemmelemente 40 beim radialen Zusammendrücken des Klemmrings 36 bei, um einen Schraubeffekt des Klemmrings 36 auf dem Rohr 12 zu verhindern, wenn die Mutter 46 um den Klemmring 36 festgezogen wird.

Fig. 2C zeigt die Kupplung 10 in vollständig montiertem Zustand. Bei in dem Körper 14 festgezogener Verbindungsmutter 46 erstreckt sich die Nase 52 axial über die Lippe 42 hinaus, um die flexible Federscheibe 34 zu halten und die Kompression der Dichtung 30 beizubehalten. Die Nase 52 bewirkt, daß sich der radial äußere Teil der Federscheibe 34 in die Dichtung 30 biegt, so daß die Federscheibe 34 in eine konkave Stellung gemäß Fig. 2C gebogen wird. Dies konzen­ triert die endgültige Festziehlast auf dem Außendurchmesser der Dichtung 30 und hilft dabei, die Außenfläche der Dichtung 30 gegenüber der Bohrungsfläche der gepackten Dichtung 30 zu verschieben. Die Tatsache, daß die Federscheibe 34 zuerst ihre Belastung auf dem Innendurchmesser und dann auf dem Außendurchmesser der Dichtung 30 konzen­ triert, stellt ein Merkmal der Erfindung dar, welches eine bessere Packung der Dichtung 30 in ihrer Endstellung bewirkt und damit eine verbesserte Dichtung ergibt. Die Tendenz der Federscheibe 34, in ihre ungebogene, d.h. ebene Stellung gemäß Fig. 2A zurückzukehren, liefert eine kontinuierliche Druckkraft auf die Dichtung 30, welche einen Packungsdruck am Rohr 12 aufrechterhält. Die flexible Federscheibe 34 ist gegenüber starren Scheiben deswegen vorteilhaft, weil das Durchbiegen der Federscheibe 34 Dimensionsschwankungen und Volumenveränderungen aufgrund von Temperaturschwankungen ausgleicht. Dimensionsschwankungen sind unter anderem auch auf ein kriechendes Rohrmaterial zurückzuführen.

Die Verbindungsmutter 46 kann so weit festgezogen werden, bis der Anschlag 54 am Ende des Körpers 14 anstößt. In dem vollständig festgezogenen Zustand der Mutter 46 wird das Rohr 12 von den Klemmelementen 40 des Klemmrings 36 erfaßt, während die Lippe 42 und die durchgebogene Federscheibe 34 eine Zusammendrückkraft auf die Dichtung 30 ausüben. Das Zusammendrücken der Dichtung 30 durch die Nase 52, die Lippe 42 und die durchgebogene Federscheibe 34 schafft eine Dichtung zwischen den Wänden der Bohrungen 16, 18 und 20 des Körpers 14 und der Außenwand des Rohres 12. Die von der Nase 52, der zusammengedrückten Lippe 42 und der durchgebogenen Federscheibe 34 auf die Dichtung 30 ausgeübte Kraft hält die Dichtung 30 zusammengedrückt und gleicht Dimensionsschwan­ kungen aus, die auf Bauteil- und Rohrtoleranzen und auf eine axiale Bewegung des Klemmrings 36 von der Dichtung 30 weg zurückzuführen sind, wenn das Rohr 12 teilweise rausgezogen oder gedehnt wird. Somit wird die Dichtung 30 durch die kombinierte Kraft von der Nase 52, der zusammengedrückten Lippe 42 und der durchgebogenen Federscheibe 34 auf die Dichtung 30 zusammengedrückt. Ferner hält die Federscheibe 34 eine Zusammendrückkraft auf die Dichtung 30 selbst dann aufrecht, wenn der Klemmring 36 durch axiales Ziehen des Rohres 12 etwas von der Dichtung 30 weggezogen wird.

Claims (9)

1. Kupplung für Rohre aus Kunststoff, die folgende Merk­ male aufweist:

• - einen Körper (14) mit einer vergrößerten Bohrung, die sich zu einer Innenbohrung verkleinert und wobei die Bohrungen in Richtung der Längsachse des Körpers (14) verlaufen;
• - ein starres Versteifungsrohr (24) mit einem Flansch (26) an einem Ende, der in die Innenbohrung einsetzbar ist;
• - eine elastomere Dichtung (30), die das Verstei­ fungsrohr (24) umgibt und in dem Körper (14) zusammen­ drückbar ist;
• - einen Klemmring (36), der das Versteifungsrohr (24) umgibt und eine kegelstumpfförmige Außenfläche (38), eine innere Klemmfläche und einen seitlichen Schlitz (44) aufweist;
• - eine Federscheibe (34), die das Versteifungsrohr (24) umgibt und zwischen der Dichtung (30) und dem Klemmring (36) liegt; und
• - eine Verbindungsmutter (46), welche das Verstei­ fungsrohr (24) umgibt und in die vergrößerte Bohrung des Körpers (14) einschraubbar ist, die eine axial verlängerte Nase (52) und eine kegelstumpfförmige Boh­ rung (48) zum Erfassen der Außenfläche (38) des Klemm­ rings (36) aufweist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (14) geneigte Übergangsflächen zwischen der Innenbohrung und der vergrößerten Bohrung hat.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (30) eine geneigte Außenfläche (32) besitzt, die der Neigung der Übergangsfläche (18) von der Innenbohrung (16) zu der Außenbohrung (20) entspricht.

4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmring (36) eine Anzahl von nach innen vorste­ henden Vorsprüngen (40) zum Halten des Rohres (12) aufweist.

5. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Schlitz (44) des Klemmrings (36) versetzte Schlitzabschnitte aufweist.

6. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine federnde Lippe (42) um ein Ende des Klemmrings (36) verläuft und daß die federnde Lippe (42) im Betrieb der flexiblen Federscheibe (34) zugewendet ist.

7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmring (36) eine Ringschulter (39) aufweist, die zwischen der Lippe (42) und der kegelstumpfförmigen Wand (38) angeordnet ist.

8. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Lippe (42) aus einer Anzahl von Segmenten gebildet ist, die das Ende des Klemmrings (36) umgeben.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (52) der Verbindungsmutter (46) mit einer Abschrägung (53) versehen ist, die auf einer an der Schulter (39) des Klemmrings (36) gebil­ deten Rampe (41) beim Festziehen der Verbindungsmutter (46) radial nach außen rutscht.