DE4426445A1 - Schneidring sowie mit einem Schneidring versehene Rohrverschraubung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schneidring zum Einsatz in eine einen Verschraubungsstutzen und eine Überwurfmutter aufweisende Rohrverschraubung mit einem Schneidringkörper und einem an diesen ansetzenden Dichtkonus nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Schneidringe der vorstehend genannten Art dienen zum einen zur mechanischen Befestigung einer Rohrverschraubung auf einem Rohr und zum anderen zur Erzie­ lung einer metallischen Abdichtung, um das Entweichen eines im Rohr unter Druck stehenden Fluids aus der Rohrverschraubung zu verhindern. Die Halte- bzw. Dichtwirkung des Schneidrings wird dabei dadurch erreicht, daß ein im Verschrau­ bungsstutzen vorgesehener Druckkonus mit einem vorgegebenen Anziehdreh­ moment der Überwurfmutter über den Dichtkonus des Schneidrings gezogen wird. Dabei erfolgt eine Umwandlung des Anziehdrehmoments in entsprechende Nor­ malkräfte, die zu einer örtlichen Deformation des Dichtkonus und der Rohrwan­ dung führen.

Insbesondere zur Erzielung der Dichtwirkung ist es dabei erforderlich, daß ein vorgegebenes Anziehdrehmoment beim Aufschrauben der Überwurfmutter auf den Verschraubungsstutzen nicht überschritten wird. Dies kann mit einem geeigneten Überwachungsinstrument, etwa durch Verwendung eines Drehmomentschlüssels zur Aufbringung des Anziehdrehmoments oder durch eine Begrenzung der Ein­ schraublänge des Verschraubungsstutzens in die Überwurfmutter, überwacht wer­ den.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 91 06 270.5 ist eine Rohrverschraubung bekannt, bei der ein Schneidring mit einer Anlageschulter versehen ist, an der sich bei Erreichen der vorgegebenen Eindringtiefe der Druckkonus mit seinem Konus­ auslauf abstützt. Die Anlageschulter befindet sich in einem Übergangsbereich zwischen dem Dichtkonus und dem Schneidringkörper des Schneidrings. Da der Dichtkonus gegenüber dem Schneidringkörper relativ biegeweich ausgelegt ist, ergibt sich in dem Moment, wenn bei der Montage der Rohrverschraubung der Konusauslauf des Druckkonus nach anfänglicher Deformation des Schneidring­ dichtkonus zur Anlage mit der Anlageschulter des Schneidrings kommt, ein plötzli­ cher Anstieg des Anziehdrehmoments, wodurch dem Monteur vermittelt werden soll, daß das korrekte Montagedrehmoment erreicht ist.

Nachteilig an dem bekannten Schneidring ist, daß die vorstehend beschriebene Überwachung des Montagedrehmoments nur bei bereits auf dem Rohr vormontier­ ten Schneidring funktioniert. Somit ermöglicht die bekannte Gestaltung des Schneidrings nur eine Überwachung des für die eigentliche Dichtfunktion des Schneidrings notwendigen Montagemoments. Bei dem bekannten Schneidring sind die für die mechanische Befestigung des Schneidrings auf dem Rohr bestimmten Schneidkanten im Schneidringkörper vorgesehen und müssen bei einem Vormonta­ gevorgang in Eingriff mit der Rohrwandung gebracht werden. Die aus dem deut­ schen Gebrauchsmuster bekannte Montageüberwachung bezieht sich daher lediglich auf die Abdichtfunktion des Schneidrings.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schneidring derart auszubilden, daß die Montage des Schneidrings sowohl hinsichtlich seiner Dicht­ funktion als auch seiner Haltefunktion einfach überwacht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der erfindungsgemäße Schneidring die Merkmale des Anspruchs 1 auf.

Im Unterschied zu dem bekannten Schneidring ist bei dem erfindungsgemäßen Schneidring nicht der Schneidringkörper sondern der Dichtkonus mit der bzw. den Schneidkanten versehen. Zum einen ist es hierdurch möglich, den Schneidring geometrisch so auszulegen, daß durch das Anstoßen des Konusauslaufs vom Druckkonus an die Anlageschulter des Schneidrings nicht nur das für die korrekte Abdichtung erforderliche Anziehmoment, sondern zugleich auch das zur Erfüllung der mechanischen Haltefunktion erforderliche Anziehmoment erreicht ist. Zum anderen ist es abweichend von dem bekannten Schneidring nicht notwendig, den erfindungsgemäßen Schneidring vorzumontieren; vielmehr kann der Schneidring unter Erfüllung seiner sämtlichen Funktionen, also Halte- und Dichtfunktion, in einem Montagevorgang montiert werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Schneidrings ist dieser in einem Übergangsbereich vom Dichtkonus zum Schneidringkörper mit einer vorzugsweise als Zylindermantelfläche ausgeführten Freifläche versehen, die gegenüber dem Dichtkonusumfang eine verringerte Flächensteigung aufweist, derart, daß bei in die Rohrverschraubung eingesetztem Schneidring zwischen dem Konusauslauf des auf den Dichtkonus aufgesetzten Druckkonus und der Freifläche ein Freiraum gegeben ist.

Durch Ausbildung dieses Freiraums werden Spannungsspitzen im Konusauslauf des Druckkonus infolge einer Aufweitung beim Aufschrauben auf den Verschrau­ bungsstutzen vermieden. Hierdurch werden Verwerfungen der Stirnfläche am Konusauslauf des Druckkonus vermieden, so daß diese bei Anlage an der Anlage­ schulter des Schneidrings im wesentlichen parallel zur Anlageschulter ist und eine insgesamt flächige Anlage an der Anlageschulter erzielt wird, wodurch sich bei Anlage ein dementsprechend markant ausgeprägter Drehmomentanstieg ergibt.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Freifläche durch einen Nutgrund einer freistichartig im Übergangsbereich vom Dichtkonus zum Schnei­ dringkörper des Schneidrings vorgesehenen Ringnut gebildet. Durch Ausbildung der Freifläche als Nutgrund ergibt sich zusätzlich zu dem vorstehend geschilderten Vorteil der weitere Vorteil, daß eine im wesentlichen zweiachsige Verformung des Dichtkonus die Folge ist. Zum einen bewirken die über den Druckkonus auf den Dichtkonus ausgeübten Normalkräfte eine Verformung des Dichtkonus in im wesentlichen radialer Richtung. Zum andern wird durch die Ringnut eine Quer­ schnittsschwächung im Übergangsbereich zwischen dem Dichtkonus und dem Schneidringkörper geschaffen, die dazu führt, daß im Übergangsbereich zwischen der Ringnut und dem Dichtkonus eine erhöhte Scherbeanspruchung entsteht. Diese Scherbeanspruchung bewirkt neben einer radialen Verformung des Dichtkonus eine dieser überlagerte Verformung in axialer Richtung, so daß der Dichtkonus insgesamt gesehen in etwa eine Parallelverschiebung in Richtung auf die Rohrwan­ dung erfährt. Hierdurch ist der Dichtkonus mit vergleichsweise geringem Kraftauf­ wand beim Anziehen der Rohrverschraubung verformbar. Darüber hinaus ergibt sich der positive Effekt, daß bei einer Anordnung von mehreren Schneidkanten im Bereich des Dichtkonus diese im wesentlichen gleich stark in die Rohrwandung eingedrückt werden.

Der vorbeschriebene, vorteilhafte Effekt ist dann besonders ausgeprägt, wenn eine der Anlageschulter des Schneidringkörpers gegenüberliegende Flanke der Ringnut im wesentlichen senkrecht zur Einschraubrichtung der Überwurfmutter vorgesehen ist.

Wenn der Nutgrund zumindest im Übergangsbereich zur Anlageschulter des Schneidringkörpers einen Außendurchmesser aufweist, der gleich dem Innendurch­ messer am Ende des Druckkonus ist, kann der Nutgrund zusätzlich zu der eine axiale Anlagefläche bildenden Anlageschulter des Schneidringkörpers eine radiale Anlagefläche für den Konusauslauf des Druckkonus bilden. Hierdurch wird der im Zusammenhang mit der Wirkung der Anlageschulter bereits beschriebene Drehmomentanstieg beim Anziehvorgang noch steiler und damit noch markanter ausgebildet.

Der erfindungsgemäße Schneidring läßt sich besonders vorteilhaft in einer Rohrver­ schraubung verwenden, bei der zur Ergänzung der Dichtfunktion des Schneidrings eine zusätzliche Kunststoffdichtung vorgesehen ist, wenn der Dichtkonus axial kürzer bemessen ist als der Druckkonus, derart, daß zwischen dem Konusauslauf vom Dichtkonus, dem Druckkonus und der Rohrwandung bei montierter Rohrver­ schraubung ein Freiraum zur Aufnahme der Kunststoffdichtung gegeben ist.

Der Freiraum ermöglicht die Verwendung einer zusätzlichen Kunststoffdichtung, ohne daß hierdurch der vorbeschriebene Drehmomentverlauf, mit dem das Errei­ chen des das korrekte Anziehdrehmoment kennzeichnenden, markanten Drehmo­ mentanstiegs angezeigt wird, beeinflußt würde. Als Kunststoffdichtring kann etwa ein Polytetrafluoräthylen (PTFE)-Formring oder auch ein handelsüblicher Elastomer- O-Ring verwendet werden.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schneidrings anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine mit einer ersten Ausführungsform des Schneidrings versehene Rohrver­ schraubung in montiertem Zustand und teilweiser Schnittdarstellung;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des Schneidrings zusammen mit einer Teildar­ stellung einer Rohrverschraubung vor Verformung des Schneidrings;

Fig. 3 den in Fig. 2 dargestellten Schneidring nach seiner Verformung.

In Fig. 1 ist eine Rohrverschraubung 10 mit einem Verschraubungsstutzen 11, einer Überwurfmutter 12 und einem Schneidring 13 dargestellt. Der Schneidring 13 ist außen auf einer Rohrwandung 14 am Ende eines Rohres 15 angeordnet.

Fig. 1 zeigt die Rohrverschraubung 10 nach durchgeführter Montage, deren Ablauf zur besseren Erläuterung der Funktion der Einzelteile der Rohrverschraubung 10 nachfolgend kurz erläutert werden soll.

Grundsätzlich ermöglicht die in Fig. 1 sowie in den Fig. 2 und 3 dargestellte Rohrverschraubung 10 zwei Montagemöglichkeiten, die sich lediglich in Abhängig­ keit davon unterscheiden, ob der Schneidring 13 vor dem Zusammenbau von der Überwurfmutter 12 und dem Verschraubungsstutzen 11 oder bei deren Zusam­ menbau auf der Rohrwandung 14 montiert wird. Wenn der Schneidring 13 beim Zusammenbau vom Verschraubungsstutzen 11 und der Überwurfmutter 12 mon­ tiert werden soll, wird zunächst die Überwurfmutter 12 auf das Rohrende auf­ geschoben. Anschließend erfolgt das Aufschieben des Schneidrings 13 bis etwa in die in der Zeichnung dargestellte Position, wobei dieser mit seinem rückwärtigen Konusansatz 16 an einem Gegenkonus 17 der Überwurfmutter 12 anliegt. In dieser Ausgangsposition weist der Schneidring 13 einen kleinsten Innendurch­ messer d auf, der größer ist als der Außendurchmesser D des Rohres 15.

Anschließend wird der Verschraubungsstutzen 11 auf das freie Rohrende aufge­ schoben, bis dieser mit einer Anlageschulter 18 an einer Stirnendfläche 19 des Rohres 15 anliegt. Dabei kann der Schneidring 13 zusammen mit der Überwurf­ mutter 12 nach links verschoben werden. Bei gleichzeitigem Sichern des Ver­ schraubungsstutzens 11 gegen Verdrehen über einen Außensechskant 35 wird die Überwurfmutter 12 in Richtung des Pfeils 20 mit ihrer Gewindebohrung 21 auf einen Gewindestutzen 22 des Verschraubungsstutzens 11 aufgeschraubt. Dabei wird ein Dichtkonus 23 des Schneidrings 13 in einen Druckkonus 24 des Ge­ windestutzens 22 hineingedrückt, wobei mittels des auftretenden Keileffekts Nor­ malkräfte auf den Dichtkonus 23 ausgeübt werden, die bewirken, daß in einer Rohraufnahmebohrung 25 des Schneidrings 13 am Dichtkonus 23 vorgesehene Schneidkanten 26, 27 in die Rohrwandung 14 eingedrückt werden. Bei der in der Zeichnung dargestellten, beispielhaften Ausführung des Schneidrings 13 sind die Schneidkanten 26, 27 kreisringförmig ausgebildet.

Die im wesentlichen nach innen gerichtete Verformung des Dichtkonus 23 schrei­ tet solange fort, bis der Schneidring 13 durch den Gegenkonus 17 der Überwurf­ mutter 12 mit einer am Schneidringkörper 28 vorgesehenen Anlageschulter 29 an eine Stirnendfläche 30 am Konusauslauf des Druckkonus 24 anstößt. Wird die durch ein auf die Überwurfmutter 12 ausgeübtes Drehmoment in Richtung des Pfeils 20 gerichtete Bewegung der Überwurfmutter 12 nach Anlage der Stirnend­ fläche 30 an der Anlageschulter 29 fortgesetzt, so ist dies mit einer sprunghaften Drehmomenterhöhung verbunden, da der Schneidringkörper 28 einen gegenüber dem Dichtkonus 23 wesentlich größeren Verformungswiderstand aufweist. Somit kann durch eine dem notwendigen Anziehdrehmoment entsprechende Auslegung des Verformungswiderstands des Dichtkonus 23, etwa durch eine besondere Geometrie oder eine geeignete Materialauswahl, das für eine einwandfreie Funktion der Rohrverschraubung 10 erforderliche Anziehmoment eindeutig festgelegt werden.

Im Übergangsbereich vom Dichtkonus 23 zum Schneidringkörper 28 des Schneid­ rings 13 ist eine, hier in der Zeichnung beispielhaft zylindermantelförmig aus­ gebildete Freifläche 31 vorgesehen, die einen Freiraum 32 zwischen dem Dicht­ konus 23 und dem Konusauslauf des Druckkonus 24 ermöglicht. Durch diesen Freiraum 32 wird das Auftreten von Spannungsspitzen infolge radial auf den Konusauslauf wirkender Kräfte mit den damit verbundenen Nachteilen, wie Materi­ alermüdung oder Verwerfungen der Stirnendfläche 30 des Druckkonus 24, ver­ mieden.

Ein weiterer Freiraum 33, der ebenfalls wie der Freiraum 32 ringförmig ausgebildet ist, dient zur Aufnahme einer Kunststoffdichtung 34, die bei dem in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel als O-Ring-Dichtung ausgeführt ist. Der Freiraum 33 ist in seiner Größe durch die Anlage der Stirnendfläche 30 des Druckkonus 24 an der Anlageschulter 29 und die gegenüber dem Druckkonus 24 verkürzte Aus­ führung des Dichtkonus 23 definiert.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Rohrverschraubung 10 sind sämtliche Teile mit Ausnahme des Schneidrings 13 und der Kunststoffdichtung 34 DIN-Teile.

In Fig. 2 ist die Rohrverschraubung 10 mit einem Schneidring 36 versehen, bei dem abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten Schneidring 13 eine als Nutgrund 37 einer Ringnut 38 ausgebildete Freifläche vorgesehen ist. Im übrigen weisen die mit den in Fig. 1 dargestellten Schneidringelementen des Schneidrings 13 überein­ stimmenden Schneidringelemente entsprechend übereinstimmende Bezugszeichen auf.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die freistichartig im Über­ gangsbereich zwischen dem Dichtkonus 23 und der Anlageschulter 29 des Schneidringkörpers 28 angeordnete Ringnut 38 mit einem zylindermantelförmigen Nutgrund 37 und einer der Anlageschulter 29 gegenüberliegenden, im wesentli­ chen senkrecht zum Nutgrund 37 ausgebildeten Flanke 39 versehen. Die weitere Nutflanke wird durch die Anlageschulter 29 gebildet.

Fig. 2 zeigt den Dichtkonus 23 des Schneidrings 36 in unverformtem Zustand, unmittelbar vor dem Hineindrücken des Dichtkonus 23 in den Druckkonus 24 durch Anziehen der Überwurfmutter 12. Der Außendurchmesser E im Nutgrund 37 der Ringnut 38 stimmt dabei mit dem Innendurchmesser e am freien Ende des Druckkonus 24 überein. Die im Freiraum 33 zwischen der Rohrwandung 14, dem Druckkonus 24 und dem Dichtkonus 23 angeordnete Kunststoffdichtung 34 ist noch unverformt.

Fig. 3 zeigt die Rohrverschraubung 10 nach erfolgter Montage. Hierbei ist der Dichtkonus 23 des Schneidrings 36 vollständig in den Druckkonus 24 hineinge­ zogen. Die Schneidkanten 26, 27 des Dichtkonus 23 sind in die Rohrwandung 14 abdichtend eingedrungen, und die Kunststoffdichtung 34 befindet sich in einem den Freiraum 33 ausfüllenden, abdichtenden Zustand.

Die Relativlage des Dichtkonus 23 zum Druckkonus 24 ist dabei über zwei An­ schläge definiert, nämlich die Anschlagschulter 29 als Axialanschlag und den Nut­ grund 37 der Ringnut 38 im Übergangsbereich zur Anschlagschulter 29 als Radia­ lanschlag.

Aufgrund der im unverformten Zustand (Fig. 2) im wesentlichen senkrecht zur Einschraubrichtung orientierten Flanke 39 der Ringnut 38 und der durch die Ringnut 38 im Übergangsbereich zwischen dem Dichtkonus 23 und dem Schneid­ ringkörper 28 ausgebildeten Querschnittsschwächung ergibt sich bei der Bewegung des Dichtkonus 23 in den Druckkonus 24 hinein eine Verformung des Dichtkonus 23, die im wesentlichen durch eine zweiachsig überlagerte Bewegung des Dichtkonus 23 beschrieben werden kann, mit der Folge, daß sich die Schneidkan­ ten 26, 27 mit etwa gleicher Kraft in die Rohrwandung 14 eindrücken. Hierdurch werden die in Rohrlängsrichtung hintereinander angeordneten Schneidkanten 26, 27 in gleichem Ausmaß zur Abdichtung sowie zum mechanischen Halten der Rohrverschraubung 10 auf der Rohrwandung 14 genutzt.

Bezugszeichenliste

10 Rohrverschraubung
11 Verschraubungsstutzen
12 Überwurfmutter
13 Schneidring
14 Rohrwandung
15 Rohr
16 Konusansatz
17 Gegenkonus
18 Anlageschulter
19 Stirnendfläche
20 Pfeil
21 Gewindebohrung
22 Gewindestutzen
23 Dichtkonus
24 Druckkonus
25 Rohraufnahmebohrung
26 Schneidkante
27 -
28 Schneidringkörper
29 Anlageschulter
30 Stirnfläche
31 Freifläche
32 Freiraum
33 Freiraum
34 Kunststoffdichtung
35 Außensechskant
36 Schneidring
37 Nutgrund
38 Ringnut
39 Flanke

Claims (9)

1. Schneidring (13) zum Einsatz in eine einen Verschraubungsstutzen (11) und eine Überwurfmutter (12) aufweisende Rohrverschraubung (10) mit einem Schneidringkörper (28) und einem an diesen ansetzenden Dichtkonus (23), der zur Aufnahme in einem auf den Dichtkonus (23) wirkenden Druckkonus (24) des Verschraubungsstutzens (11) dient, wobei der Schneidring (13) zur form- und kraftschlüssigen Verbindung mit einer Rohr­ wandung (14) mindestens eine Schneidkante (26, 27) aufweist und in einem Übergangsbereich zwischen dem Dichtkonus (23) und dem Schneid­ ringkörper (28) eine Anlageschulter (29) für den Konusauslauf vom Druckko­ nus (24) des Verschraubungsstutzens (11) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante bzw. die Schneidkanten (26, 27) im Bereich des Dichtkonus (23) vorgesehen ist bzw. sind.

2. Schneidring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Übergangsbereich vom Dichtkonus (23) zum Schneidringkörper (28) eine Umfangsfläche mit gegenüber dem Dichtkonusumfang verringerter Flächensteigung (Freifläche 31) vorgesehen ist, derart, daß bei in die Rohr­ verschraubung (10) eingesetztem Schneidring (13) zwischen der Freifläche (31) und dem Konusauslauf des auf den Dichtkonus (23) aufgesetzten Druckkonus (24) ein Freiraum (32) gegeben ist.

3. Schneidring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Freifläche (31) zylindermantelförmig ausgebildet ist.

4. Schneidring nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Freifläche durch einen Nutgrund (37) einer freistichartig im Über­ gangsbereich vom Dichtkonus (23) zum Schneidringkörper (28) vorgesehe­ nen Ringnut (38) gebildet ist.

5. Schneidring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anlageschulter (29) gegenüberliegende Flanke (39) der Ringnut (38) im wesentlichen senkrecht zur Einschraubrichtung der Überwurfmutter (12) vorgesehen ist.

6. Schneidring nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutgrund (37) zumindest im Übergangsbereich zur Anlageschulter (29) einen Außendurchmesser E aufweist, der gleich dem Innendurchmesser e am Ende des Druckkonus (24) ist.

7. Rohrverschraubung (10) mit einem auf ein Rohrende aufsetzbaren Ver­ schraubungsstutzen (11), einer mit dem Verschraubungsstutzen (11) ver­ schraubbaren Überwurfmutter (12) und einem in einem vom Verschrau­ bungsstutzen (11) und der Überwurfmutter (12) zu einer Rohrwandung (14) hin gebildeten Aufnahmeraum einsetzbaren Schneidring (13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkonus (23) axial kürzer bemessen ist, als der Druckkonus (24), derart, daß zwischen dem Konusauslauf vom Dichtkonus (23), dem Druck­ konus (24) und der Rohrwandung (14) bei montierter Rohrverschraubung (10) ein Freiraum zur Aufnahme einer Kunststoffdichtung (34) gegeben ist.

8. Rohrverschraubung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffdichtung (34) aus einem PTFE-Formring gebildet ist.

9. Vorverschraubung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffdichtung (34) aus einem handelsüblichen Elastomer-O- Ring gebildet ist.