DE4016124C2 - Rohrverbindung mit gezahnter Dichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Rohrverbindungsvorrichtungen und insbesondere Rohrverbindungen für die Verwendung bei temporären und quasi permanenten Rohrströmungsleitungen.

Temporäre und permanente Rohrleitungen werden allgemein in der Produktion, beim Bohren, Zementieren, Stimulieren, Einspritzen und Untersuchen von Öl- und Gasquellen eingesetzt. Flexible Vorrichtungen mit Schnellverbindungen an den Enden schaffen ein schnelles und zweckmäßiges Anordnen des Leitungssystems und fluiddichte Abdichtungen zwischen den entsprechenden Rohrelementen. Einige dieser flexiblen Vorrichtungen sind Schwenkverbindungen, Schläuche, zusammengesetzte Rohre und Kugelgelenkverbindungen. Es sind Abdichtungen und separate Verbindungen an jedem Ende der Vorrichtung erforderlich. Die Verbindungen umfassen hahnähnliche Verbindungsstücke, Flansche, Klammern, Spezialkupplungen und Rohrgewinde.

In DE-PS 7 23 967 wird eine zweiteilige Ringdichtung in einer Ausnehmung im Innern des Anschlußstutzens zwischen der äußeren Rohroberfläche und dem Anschlußstutzen angeordnet.

DE-GM 19 75 549 zeigt eine solche Rohrverbindungsvorrichtung, bei der in innenseitigen Ausnehmungen ihres Gewindestückes und des von Überwurfmuttern gefaßten Einsatzstücke ein Dichtungsring angeordnet ist, der vorteilhaft einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Bei dieser Ausgestaltung besteht der Nachteil, daß der Dichtungsring beim Lösen der Verbindung verlorengehen kann und bei der Montage Schwierigkeiten mit der genauen Fixierung auftreten können.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine betrieblich lösbare Rohrverbindung zu schaffen, die nicht aufwendig in der Konstruktion und einfach zu handhaben ist und bei der der Dichtungsring in der Ausnehmung eines der zu verbindenden Rohrelemente haftet, ohne die Fluidabdichtung zu beeinträchtigen.

Dieses Problem wird durch eine Rohrverbindung mit einer Verbindungseinrichtung gelöst, die an den Enden zweier aneinanderstoßender Rohre angreift und mittels derer die Stirnflächen der Rohrenden gegeneinander spannbar sind, und mit einer Ringdichtung, wobei jedes Rohr eine endseitig offene, umlaufende Ausnehmung mit einer im wesentlichen glatten Innenoberfläche in der Innenwandung aufweist und die Ringdichtung in dem dadurch gebildeten Ringraum angeordnet ist, und bei der die Ringdichtung einen gezahnten äußeren Umfangsabschnitt aufweist, der gegen die Innenfläche der Ausnehmung in einem Rohr gehalten ist, um dem Entfernen der Ringdichtung entgegenzuwirken, wenn die beiden Rohre voneinander getrennt werden.

Die Erfindung schafft einen Rohrverbinder, der wahlweise als Schwenkverbindung und als Rohrverbindung dienen kann. Hierdurch wird die Anzahl von Leckagewegen im gesamten Leitungssystem reduziert, die Anzahl von Änderungen der erforderlichen Rohrelemente herabgesetzt und die Einsetzbarkeit individueller Rohrelemente erhöht; weiterhin werden die Kosten für die erforderlichen Rohrelemente herabgesetzt. Ein Paar Rohrhalteglie­ der weist je eine Innenbohrung zur Aufnahme eines von zwei Rohrelementen auf. Jedes Halteglied ist an einem entsprechen­ den Rohrelement mit Hilfe eines Last- bzw. Druckelementes wie beispielsweise eines Last- oder Druckringes fixiert. Die Hal­ teglieder sind mit Hilfe von Rohrgewinden oder einer anderen Einrichtung miteinander verbunden, um die Rohrelemente in ei­ ner fixierten endseitigen Lage zu sichern. Die Halteglieder können mit den Rohrelementen verbunden werden, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, und die Halteglieder wer­ den gegeneinander gedreht, um die Rohrelemente in feste bzw. abgedichtete Fluchtung zu bringen. Die Halteglieder können von den Rohrelementen leicht gelöst werden, indem lediglich die Last- bzw. Druckelemente und die Halteglieder von den Rohrele­ menten entfernt werden.

Die Rohrelemente weisen jeweils endseitig offene, umlaufende Ausnehmungen auf, wobei mindestens ein Rohrelement eine im wesentlichen glatte Innenfläche aufweist, welche eine äußere Gren­ ze seiner Ausnehmung definiert. Eine ringförmige Dichtung ist in den beiden Ausnehmungen angeordnet, wenn die Rohrelemente mit­ einander verbunden sind, wobei sich die Dichtung längs eines Abschnittes der Rohrlängen neben dem Endabschnitt eines jeden Rohrelementes erstreckt. Somit erstreckt sich die Dichtung über eine Verbindung der Rohrelemente, um eine Leckage an der Ver­ bindung zwischen den Rohrelementen zu verhindern. Die Ringdich­ tung umfaßt einen gezahnten äußeren Umfangsabschnitt, dessen zahnartige Erhebungen gegen die glatte Innenfläche des Hohlraumes des ersten Rohrelementes drücken. Die Dichtung kann in den glatten Hohlraum gedrückt werden, wobei die zahnartigen Erhebungen der Dichtung gegen die Oberfläche des Hohlraumes des ersten Rohr­ elementes drücken, so daß die Dichtung in dem Hohlraum ver­ bleibt, wenn die beiden Rohrelemente voneinander getrennt wer­ den, so daß ein Lösen und ein Verlieren der Dichtung verhin­ dert ist. Die Ringdichtung und ihre zahnartigen Erhebungen haben einen Außendurchmesser, der etwas größer als der Durchmesser des glatten Hohlraumes ist, so daß ein äußerer Abschnitt der zahnartigen Erhebungen fest gegen die Innenfläche drückt, welche die äuße­ re Begrenzung des Hohlraumes definiert. Wenn ein Paar Gewinde­ muttern als Halteglieder verwendet wird, können die zu verbin­ denden Rohrelemente identisch sein, so daß die Anzahl unter­ schiedlicher herzustellender Elemente reduziert wird. Die Ab­ messung der Rohrelemente nach der vorliegenden Erfindung ist im Vergleich mit Stutzen und ähnlichen bekannten Vorrichtungen gering.

Vorteilhaft sind die zahnartigen Erhebungen der Ringdichtung als Sägezahngewinde, in einer besonderen Ausführungsform als zweigängiges Sägezahngewinde ausgebildet. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die zahnartigen Erhebungen als ringförmige koaxiale Rippen ausgebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Rohrverbindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 nach Fig. 1,

Fig. 3 bis 6 Teilabschnitte einer anderen Ausführungs­ form der Rohrverbindung nach Fig. 1, wobei die Folge des Lösens der Rohrelemente ge­ zeigt ist,

Fig. 7 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Seitenansicht der Rohrverbindung nach Fig. 3 bis 6, wobei Einzelheiten des gezahnten Abschnittes der Ringdichtung und des Hohl­ raumes gezeigt sind,

Fig. 8 eine vergrößerte Seitenansicht eines Teiles einer mit Gewinde versehenen Dichtung nach Fig. 7,

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform einer mit Gewinde versehenen Dichtung.

In Fig. 1 ist eine Rohrverbindervorrichtung 9 mit Rohrele­ menten 10, 11 gezeigt, die mit Hilfe eines Paares von Hal­ tegliedern 12, 13 und eines Paares von Druck- bzw. Lastele­ menten 17 miteinander verbunden sind. Die Rohrelemente 10, 11 sind in einer Innenbohrung 12a, 13a der Halteglieder 12, 13 angeordnet und mit den Haltegliedern mit Hilfe der Last- bzw. Druckelemente 17 verbunden, die je in einem Paar Ausnehmungen 18a, 18b, 18c, 18d angeordnet sind.

Beim Zusammenbau des Verbinders 9 wird das Halteglied 12 um das Rohrelement 10 herum angeordnet, wobei sich die Ausneh­ mung 18a gegenüberliegend der Ausnehmung 18b befindet, und das Halteglied 13 wird um das Rohrelement 11 angeordnet, wobei sich die Ausnehmungen 18c und 18d gegenüberliegen bzw. zueinander benachbart sind. Ein Stopfen 19 wird aus einer Bohrung 20 des Haltegliedes 13 entfernt, und die Lastelemente 17 werden durch die Bohrung 20 in die Ausnehmungen 18a, 18b eingesetzt, um das Halteglied 12 an dem Rohrelement 10 zu befestigen; der Stopfen 19 wird wieder in die Bohrung 20 eingesetzt. Ein Stopfen 24 wird aus einer Bohrung 25 entfernt, und eine Vielzahl von Last­ elementen 17 wird durch die Bohrung 25 in die Ausnehmungen 18c, 18d eingesetzt, um das Halteglied 13 am Rohrelement 11 zu be­ festigen. Der Stopfen 24 wird wieder in die Bohrung 25 einge­ setzt, um die Last- bzw. Druckelemente 17 in ihrer Lage zu halten. Ein Dichtungsglied 26 ist mit einem Abschnitt in der Ausnehmung 30 neben der Mittelbohrung 31 des Rohrelementes 10 an­ geordnet. Die Rohrelemente 10, 11 sind so angeordnet, daß die Mittelbohrung 31 des Rohrelementes 10 mit einer Mittelbohrung 32 des Rohrelementes 11 fluchtet. Das Halteglied 12 wird gegen das Halteglied 13 gedreht, so daß der Gewindeabschnitt 12b des Haltegliedes 12 mit einem Gewindeabschnitt 13b des Halte­ gliedes 13 in Eingriff steht und die Rohrelemente 10, 11 in eine Lage gezogen werden, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Ein Abschnitt des Dichtungsgliedes 26 bewegt sich in einer Ausnehmung 36 benachbart der Mittelbohrung 32, um eine fluiddichte Abdichtung zwischen den Rohrelementen 10 und 11 zu schaffen. Die Ausnehmung 18c ist breiter als die Ausnehmung 18d, so daß die Halteglieder 12, 13 teilweise miteinander verschraubt werden können, bevor durch Rotation des Haltegliedes 12 ge­ gen das Halteglied 13 ein Druck aufgebracht wird, um die Rohr­ elemente 10, 11 in dichter Anlage zu fixieren.

Eine weitere Ausführungsform 9a nach Fig. 3 bis 6 umfaßt eine weitere breite Ausnehmung 18e im Halteglied 12d. Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Stopfen 19 und 24 sind aus Fig. 3 bis 6 weg­ gelassen, um die Zeichnung zu vereinfachen, es sei jedoch her­ vorgehoben, daß diese Stopfen erforderlich sind, um die Last- bzw. Druckelemente 17a, 17b zu installieren.

Wenn es gewünscht ist, das Rohrelement 10 vom Rohrelement 11 zu lösen, um beispielsweise die Dichtung 26 auszutauschen, wird das Halteglied 12d gegen das Halteglied 13 gedreht, so daß die Halteglieder 12d, 13 voneinander getrennt werden, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Durch weitere Rotation des Haltegliedes 12d gegen das Halteglied 13 werden eine Schulter 37 der Aus­ nehmung 18e gegen ein Lastelement 17a und eine Schulter 38 der Ausnehmung 18c gegen ein Lastelement 17b gedrückt, um das Rohrelement 10 von dem Rohrelement fortzubewegen, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Die geringfügige Trennung der Rohrelemente 10, 11 gestattet ein Ablassen eines Innendruckes in den Bohrun­ gen 31, 32, während die Gewinde 12b, 13b noch in Eingriff ste­ hen, und es wird verhindert, daß die Rohrelemente 10, 11 von­ einander getrennt werden. Durch weitere Rotation des Halte­ gliedes 12d können die Rohrelemente 10, 11 voneinander getrennt werden, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.

Die erzwungene Trennung der Rohrelemente 10, 11 aufgrund der Rotation der Halteglieder 12, 13 verhindert ein Anhaften der Rohrelemente 10, 11 und erleichtert das Austauschen der Dich­ tung oder ein Auseinandernehmen des Leitungssystemes.

In den Ausführungsformen nach Fig. 1 bis 6 sind die Rohrele­ mente 10, 11 identisch, so daß die Herstellung vereinfacht wird und Kosten im Vergleich mit Verbindern reduziert werden, bei welchen nicht gleiche Rohrelemente verwendet werden. Die Last- bzw. Druckelemente 17, 17a, 17b können ebenfalls iden­ tisch sein, um die Kosten zu reduzieren.

Eine Dichtung 26a für den Verbinder 9, 9a ist in Fig. 7 ge­ zeigt. Die Ringdichtung 26a weist einen gezahnten äußeren Umfangs-Abschnitt 26b auf, dessen zahnartige Erhebungen als ringförmig umlaufende Rippen oder als Gewindegänge ausgebildet sein können. Der gezahnte äußere Umfangs-Abschnitt 26b der Dichtung 26a wird gegen eine im wesentlichen glatte Innenfläche 30b der Ausnehmung 30 gedrückt, um die Dichtung 26a am Rohrelement 10 zu befestigen, wenn die Rohrelemente 10, 11 voneinander getrennt werden. Hierdurch wird ein Verlieren der Dichtung 26a verhin­ dert, wenn die Halteglieder 12d, 13 voneinander getrennt sind. Der rechte Abschnitt (Fig. 3, 7) der Dichtung 26a ist in der Ausnehmung 30 und der linke Abschnitt der Dichtung 26a in der Ausnehmung 36 angeordnet, wenn die Rohrelemente 10, 11 mitein­ ander verriegelt sind, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Da die Lastelemente 17 in den Ausnehmungen 18a bis 18d verriegelt sind, sind keine losen Teile vorhanden, wenn die Halteglieder 12, 13 voneinander getrennt sind. Wenn die Dichtung 26a er­ setzt werden muß, wird das Halteglied 12d gegen das Halteglied 13 gedreht, bis die Halteglieder 12d, 13 voneinander getrennt sind. Die Dichtung 26a wird axial aus der Mittelbohrung 31 ge­ zogen, bis sich der gezahnte äußere Umfangsabschnitt 26b von der Fläche 30b der Ausnehmung 30 löst. Eine neue Dichtung 26a wird in die Ausnehmung 30 gedrückt und das Halteglied 12d gegen das Halteglied 13 gedreht, um die Rohrelemente wiederum in fluiddichter An­ ordnung zu verbinden.

Fig. 8 und Fig. 9 zeigen Ausführungsformen einer mit Gewinde versehenen Ringdichtung.

Eine Vielzahl von Gewindegängen 40 (Fig. 8) ist an der Dichtung 26a ausgebildet, die gegen eine mittlere Ausnehmung 41 geneigt sind, um ein Bewegen der Dichtung 26a in den Hohlraum 30 (Fig. 7) zu erleichtern, wobei die Gewindegänge 40 gegen die Oberfläche 30b des Hohlraumes 30 gedrückt werden. Diese Neigung verur­ sacht weiterhin, daß eine Vielzahl radial äußerer Linien 42 fester gegen die Oberfläche 30b gedrückt wird, wenn die Dich­ tung 26a versucht, sich von rechts nach links im Hohlraum 30 zu bewegen. Ein Durchmesser D1 der Dichtung 26a ist etwas größer (um 0,025 bis 0,2 mm) als ein Durchmesser D2 der Ausnehmung 30, um einen festen Sitz der Dichtung 26a in der Ausnehmung 30 zu gewährleisten. Die Gewindegänge 40 können spiralförmige Gewinde wie beispielsweise an Bolzen sein; alternativ können die zahnartigen Erhebungen 40 als koaxiale Kreise bzw. Ringe ausgebildet sein. Ein Vorteil der spiralförmigen Gewinde besteht darin, daß sie unter Verwendung eines herkömmlichen Gewindewerkzeuges ausge­ bildet werden können, wie es bei großen Bolzen verwendet wird. Das Gewindewerkzeug schafft ebenfalls genaue Durchmesserwerte an den äußeren Linien 42 der Dichtung 26a zu geringen Kosten. Ein Vorteil der ringförmigen Rippen, die kreisförmig ausgebildet sind, besteht in einem leichteren Austausch der Dichtungen 26a. Mit kreisförmigen Rippen versehene Dichtungen verbleiben nahe der Mitte 46 der Ausnehmung 30 (Fig. 7), wenn sie entfernt wer­ den, während spiralförmige Gewindegänge verursachen können, daß die Dichtung 26a von der Mittellinie der Ausnehmung 30 weg­ gedrückt wird und an der Oberfläche 30b des Hohlraumes 30 haf­ tet.

Wenn eine größere Haltekraft gewünscht ist, wird die Neigung der Gewindegänge vergrößert, wie dies in Fig. 9 an den Gewinde­ gängen 40a gezeigt ist. Die äußeren Linien 42 der Gewindegänge 40 (Fig. 8) und 40a (Fig. 9) biegen sich etwas ab, wenn die Dichtung 26a in die Ausnehmung 30 (Fig. 7) gedrückt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wenige Teile, um eine Verbindervorrichtung für Schwenkverbindungen und für eine Rohrverbindung zu schaffen. Eine mit Gewinde versehene Dichtung ist an einem Rohrelement befestigt, um ein Abfallen der Dichtung zu verhindern, wenn zwei Rohrelemente voneinander getrennt werden. Weitere Bauteile sind ebenfalls an den Rohrelementen befestigt, um zu verhindern, daß lose Teile abfallen oder verloren gehen können.

Es lassen sich zweckmäßige Abänderungen bei den beschriebenen Ausführungsformen vornehmen, ohne sich jedoch dabei vom Kern der Erfindung zu entfernen.

Claims (6)

1. Rohrverbindung mit einer Verbindungseinrichtung, die an den Enden zweier aneinanderstoßender Rohre (10, 11) angreift, mittels derer die Stirnflächen der Rohrenden gegeneinander spannbar sind, und einer Ringdichtung (26, 26a), wobei jede Rohr eine endseitig offene, umlaufende Ausnehmung (30, 36) mit einer im wesentlichen glatten Innenoberfläche in der Innenwandung aufweist und die Ringdichtung (26, 26a) in dem dadurch gebildeten Ringraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (26a) einen gezahnten äußeren Umfangsabschnitt (26b) aufweist, der gegen die Innenfläche (30b) der Ausnehmung (30) in einem Rohr (10) gehalten ist, um dem Entfernen der Ringdichtung (26a) aus dieser Ausnehmung (30) entgegenzuwirken, wenn die beiden Rohre (10, 11) voneinander getrennt werden.

2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gezahnte äußere Umfangsabschnitt (26b) der Ringdichtung (26a) einen Durchmesser (D1) hat, der größer als der Innendurchmesser (D2) der Ausnehmung (30) ist, so daß der gezahnte äußere Umfangsabschnitt (26b) zwangsweise gegen die Innenfläche (30b) der Ausnehmung (30) gedrückt wird, um die Ringdichtung (26a) darin festzuhalten.

3. Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gezahnte äußere Umfangsabschnitt (26b) ein Sägezahngewinde aufweist, das winklig zu der Dichtung steht, so daß das Einschieben der Ringdichtung (26a) entlang der Innenfläche (30b) der Ausnehmung (30) erleichtert und dem Entfernen der Ringdichtung aus der Ausnehmung (30) entgegengewirkt wird.

4. Rohrverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sägezahngewinde ein zweigängiges Sägezahngewinde ist.

5. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gezahnte äußere Umfangsabschnitt (26b) der Ringdichtung (26a) einen Spiralgewindebereich mit Sägezähnen mit einer Belastungswiderstands-Stirnfläche aufweist.

6. Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gezahnte äußere Umfangsabschnitt (26b) ringförmig umlaufende Rippen aufweist.