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Die vorliegende Erfindung betrifft
Systeme zum Verbinden von zwei Anschlussstücken von zu einer Achse rotationssymmetrischen
Rohren mit einem Außendurchmesser
mit Wert D und jeweils einem longitudinalen Innenkanal, der vorzugsweise
metallisch ist, wobei die Verbindung dieser zwei Anschlussstücke durch
ihre Enden mit einem Durchmesser mit dem Wert d, der kleiner als
der Wert D ist, erfolgt, wobei die Anschlussstücke aus einem ersten Werkstoff
hergestellt sind, um mit den zwei Kanälen nur einen einzigen dichten
Kanal zu bilden, wobei es sich um Verbindungssysteme handelt, die
eine besonders vorteilhafte Anwendung beim Verbinden von Rohren
oder dergleichen, wie Leitungen, Rohrleitungssysteme usw., finden,
die dazu bestimmt sind, Fluide aller Arten zu transportieren, etwa
industrielle, chemische und pharmazeutische, als Nahrungsmittel dienende
Fluide und dergleichen, die im Wesentlichen hochreine Fluide sind.
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Es sind bereits Systeme zum Verbinden
von zwei Anschlusstücken
von zu einer Achse rotationssymmetrischen Rohren, die einen Außendurchmesser
mit dem Wert D besitzen und jeweils einen longitudinalen Innenkanal
mit einem Durchmesser mit dem Wert d, der kleiner als D ist, umfassen,
wobei die Anschlussstücke
aus einem ersten Werkstoff hergestellt sind, der vorzugsweise metallisch
ist, wobei die Verbindung dieser zwei Anschlussstücke durch
ihre Enden erfolgt, um mit den zwei Kanälen nur einen einzigen dichten
Kanal zu bilden, bekannt, beispielsweise Verbindungssysteme wie
jene, die in den Dokumenten GB-A-1 258 305, DE-A-2 819 921, US-A-4 218 080
und EP-A-0 392 901 beschrieben und veranschaulicht sind.
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Außerdem ist ein System zum Verbinden
von Rohren bekannt, etwa jenes, das in WO/93 17 268 beschrieben
ist, das Vorteile gegenüber
jenen entsprechend den oben angeführten Dokumenten aufweist.
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Alle diese Verbindungssysteme führen, was die
Dichtheit der Verbindung der zwei Rohre oder dergleichen anbelangt,
zu guten Ergebnissen, lösen jedoch
nicht das Problem möglicher
Hohlräume,
die sich seitlich zu der Verbindung der zwei Rohre ausbilden können.
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Wenn zwei Rohranschlussstücke gemäß den Techniken,
die in den Systemen des Standes der Technik beschrieben sind, verbunden
werden, ist es nämlich nicht
möglich,
einen Innenkanal mit einer ideal kontinuierlichen Wand auf Höhe der Verbindung zu
erhalten, und es kann Hohlräume
geben, d. h. Totvolumina, die bei der Mehrheit der transportierten Fluide
keine Auswirkungen haben. Hingegen, wenn das transportierte Fluid
hochrein ist und bleiben soll, kann eine bestimmte Menge dieses
Fluids in diesen seitlichen Hohlräumen haften bleiben, wobei
die Gefahr besteht, dass es sich im Laufe der Zeit zersetzt und
das Fluid, das weiterhin in dem Rohr auf Höhe dieser Hohlräume vorüberströmt, verunreinigt.
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Auch hat die vorliegende Erfindung
zum Ziel, ein System zum Verbinden von zwei Rohranschlussstücken zu
schaffen, das die Nachteile der bekannten Verbindungssysteme des
Standes der Technik beseitigt und das die Gefahr, dass Hohlräume oder
Totvolumina auf Höhe
der Verbindung in der Wand des erhaltenen Kanals vorhanden sind,
die in dem Kanal transportiertes Fluid dauerhaft festhalten können, maximal
einschränkt.
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Genauer hat die vorliegende Erfindung
ein System zum Verbinden von zwei Anschlussstücken von zu einer Achse rotationssymmetrischen
Rohren zum Gegenstand, die einen Außendurchmesser mit Wert D besitzen
und jeweils einen longitudinalen Innenkanal mit einem Durchmesser
mit Wert d, der kleiner als der Wert D ist, umfassen, wobei die
Anschlussstücke
aus einem ersten Werkstoff hergestellt sind, wobei die Verbindung
dieser zwei Anschlussstücke
durch ihre Enden erfolgt, um mit den zwei Kanälen nur einen einzigen dichten
Kanal zu bilden, wobei das Ende jedes Anschlussstücks eine
ringförmige Anfasung
besitzt, die auf die Achse zentriert ist, wobei die zwei kreisförmigen Kanten
der zwei Anfasungen auf der Oberfläche der Wand der Kanäle der Anschlussstücke definiert
sind und einen Durchmesser mit Wert d besitzen, wobei die zwei Anschlussstücke in der
Weise zusammengefügt
sind, dass die zwei kreisförmigen
Kanten in gegenseitigem Kontakt sind und zur Deckung kommen, wobei
das Verbindungssystem Mittel umfasst, die auf die entsprechenden Anschlussstücke entgegengesetzte
Kräfte
ausüben, wenn
diese an ihren zwei kreisförmigen
Kanten, die in gegenseitigem Kontakt sind und deckungsgleich sind,
zusammengefügt
sind, wobei diese letzteren Mittel in der Weise beschaffen sind,
dass sie in dem Material auf Höhe
der zwei Kanten eine molekulare Verbindung erzeugen, um eine Dichtigkeit
des einzigen Kanals, der durch die zwei Kanäle der zwei somit verbundenen
Anschlussstücke
gebildet wird, zu gewährleisten,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel für die Ausübung der entgegengesetzten
Kräfte
auf die zusammengefügten
Anschlussstücke
umfassen:
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- – einen
im Wesentlichen ringförmigen,
rotationssymmetrischen Flansch, der sich auf jedem Anschlussstück befindet,
wobei die Fläche
jedes Flansches, die von dem Ende des Anschlussstückes, dem
der Flansch zugeordnet ist, am weitesten entfernt ist, in Bezug
auf die Achse schräg
orientiert ist, wobei die zwei Flansche dann, wenn die zwei Anschlussstücke zusammengefügt sind, einen
ringförmigen
Kranz aus zwei voneinander beabstandeten Teilen definieren, der
einen axialen Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Trapezes
hat, dessen große
Basis sich auf der Seitenwand der zwei Anschlussstücke befindet,
- – wenigstens
zwei Reiter, wovon jeder eine ringförmige Nut, die in einer axialen
Ebene definiert ist, aufweist, wobei der Querschnitt der Nut zu dem
trapezförmigen
Querschnitt des Kranzes im Wesentlichen komplementär ist, wobei
der trapezförmige
Querschnitt dieser Nut eine große
Basis besitzt, die kleiner als die große Basis des trapezförmigen Querschnitts
des Kranzes ist, und eine kleine Basis besitzt, die kleiner als
die kleine Basis desselben trapezförmigen Querschnitts des Kranzes
ist, und
- – Mittel,
die jeweils entgegengesetzte Kräfte
auf die beiden Reiter ausüben,
um diese in einer zu der Rotationssymmetrieachse senkrechten Richtung
zu einer Annäherung
zu veranlassen, wenn sie durch Buchsen/Stecker-Einfügung auf
dem durch die beiden Flansche definierten Kranz angebracht sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden im Verlauf der folgenden Beschreibung deutlich,
die beispielhaft, aber keineswegs einschränkend, anhand der beigefügten Zeichnung
gegeben ist, worin
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1 das
Prinzipschema des Systems zum Verbinden von zwei Rohranschlussstücken gemäß der Erfindung
zeigt;
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2 bis 4 eine erste Ausführungsform
des Verbindungssystems gemäß der Erfindung
in Übereinstimmung
mit dem Schema von 1 zeigen,
wobei 2 eine Längsschnittansicht
ist, während 3 und 4 eine Draufsicht bzw, eine Seitenansicht sind;
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5 eine
teilweise Längsschnittansicht
einer zweiten Ausführungsform
des Verbindungssystems gemäß der Erfindung
in Übereinstimmung
mit dem Schema von 1 zeigt;
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6 und 7 zwei Längsschnittansichten von Einzelheiten
bestimmter Elemente des Verbindungssystems der Erfindung zeigen,
die ermöglichen,
bestimmte strukturelle Merkmale dieses Verbindungssystems zu verdeutlichen;
und
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8 eine
schematische Darstellung ist, die ermöglicht, eines der mit dem Verbindungssystem gemäß der Erfindung
erzielten Ergebnisse zu verdeutlichen.
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Zunächst sei klargestellt, dass
in allen Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen,
unabhängig
davon, in welcher Figur sie auftreten und auf welche Weise diese
Elemente dargestellt sind.
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1 zeigt
das Prinzipschema des Systems gemäß der Erfindung, welches das
Verbinden von zwei Anschlussstücken 1, 2 von
zwei zu einer Achse 3 rotationssymmetrischen Rohren mit
einem Außendurchmesser
mit dem Wert D und jeweils einem longitudinalen Innenkanal 4, 5 mit
einem Durchmesser mit dem Wert d, der kleiner als D ist, 2, ermöglicht.
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Die Anschlussstücke 1, 2 sind
aus einem ersten Werkstoff hergestellt, beispielsweise aus einem
metallischen Werkstoff, und ihre Verbindung erfolgt durch ihre Enden 6, 7 wie
im Stand der Technik, um mit den zwei Kanälen 4, 5 nur
einen einzigen dichten Kanal zu bilden.
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Hingegen besitzt gemäß einem
wichtigen Merkmal der Erfindung jedes Anschlussstück 1, 2 eine
ringförmige
Anfasung 8, 9, die auf die Achse 3 zentriert
ist, wobei die zwei kreisförmigen
Kanten 10, 11 der zwei Anfasungen 8, 9 auf
der Oberfläche 12 der
Wand 13, 14 der Kanäle 4, 5 der
Anschlussstücke 1, 2 definiert
sind und deshalb einen Durchmesser mit dem weiter oben definierten
Wert d besitzen, wobei die zwei Anschlussstücke 1, 2 in
der Weise zusammengefügt
sind, dass die zwei kreisförmigen Kanten 10, 11 in
gegenseitigem Kontakt sind und zur Deckung kommen.
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In einer Ausführungsform, die für den Anmelder
völlig
zufriedenstellend ist, hatte der Spitzenwinkel α, 7,
jeder Anfasung 8, 9 einen Wert in der Größenordnung
von neunundachtzig Grad, wodurch zwischen den zwei Anfasungen, wenn
die beiden Anschlussstücke
zusammengefügt
werden, ein Winkelraum von etwa zwei Grad entsteht.
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Das Verbindungssystem umfasst Mittel 20, die
in 1 durch zwei entgegengesetzte
Pfeile symbolisch dargestellt sind, um entgegengesetzte Kräfte 20–1 bzw. 20–2 auf
die entsprechenden Anschlussstücke 1, 2 auszuüben, wenn
sie wie oben definiert zusammengefügt sind, d. h. wenn sie mit
ihren zwei kreisförmigen
Kanten 10, 11 in gegenseitigem Kontakt und deckungsgleich
sind, wobei diese letzteren Mittel 20 außerdem in
der Weise beschaffen sind, dass in dem Material auf Höhe der zwei
Kanten 10, 11 eine molekulare Bindung erzeugt
wird, um eine völlige
Dichtheit der Wand des einzigen Kanals, der durch die zwei Kanäle 4, 5 der
somit verbundenen Anschlussstücke
gebildet wird, zu gewährleisten.
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Auf diese Weise wird eine ideale
Verbindung auf Höhe
der Oberfläche 12 der
Wände 13 bzw. 14 der
zwei Kanäle 4 und 5 hergestellt,
und da sie den gleichen Durchmesser besitzen, weist dann die Wand 12 eine
ideale Kontinuität
auf (8), wodurch die
Gefahr, dass in dieser Wand seitliche Hohlräume oder Totvolumina vorkommen,
wie in der Einleitung der vorliegenden Beschreibung verdeutlicht
wurde, maximal eingeschränkt
wird.
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Außerdem ist, wenn die Verbindung
durch die angefasten Kanten hergestellt wird, die Kontaktfläche zwischen
den zwei Kanten sehr klein und die weiter oben definierte molekulare
Bindung kann problemlos mit entgegengesetzten Kräften 20–1 und 20–2 erfolgen,
die einen verhältnismäßig geringen Betrag
aufweisen.
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Gemäß der Erfindung umfassen die
Mittel 20, die entgegengesetzte Kräfte auf die zusammengefügten Anschlussstücke 1, 2 auszuüben, wie
vor allem in 2 bis 4 und teilweise in 5 und 7 gezeigt ist, einen im Wesentlichen
ringförmigen,
rotationssymmetrischen Flansch 21, 22, der sich
auf jedem Anschlussstück 1, 2 befindet,
wobei die Fläche 23, 24 jedes
Flansche, die von dem Ende 6, 7 des Anschlussstückes, dem
der Flansch zugeordnet ist, am weitesten entfernt ist, in Bezug
auf die Achse 3 schräg
orientiert ist. Die zwei Flansche definieren dann zwischen sich,
wenn die zwei Anschlussstücke zusammengefügt sind,
einen ringförmigen
Kranz 25, 6,
aus zwei voneinander beabstandeten Teilen, der einen axialen Querschnitt
in Form eines gleichschenkligen Trapezes 26 hat, 6, dessen große Basis 27 sich
auf der Seitenwand der zwei Anschlussstücke befindet.
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Die Mittel 20 für die Ausübung der
entgegengesetzten Kräfte
umfassen außerdem
wenigstens zwei Reiter 28, 29, wovon jeder eine
ringförmige
Nut 30 aufweist, wobei der Querschnitt 31, 6, jeder Nut zu dem trapezförmigen Querschnitt 26 des
Kranzes 25 im Wesentlichen komplementär ist, wobei der trapezförmige Querschnitt 31 dieser
Nut 30 eine große
Basis 32 besitzt, die kleiner als die große Basis 27 des
trapezförmigen
Querschnitts 26 des Kranzes 25 ist, und eine kleine
Basis 33 besitzt, die kleiner als die kleine Basis 34 desselben
trapezförmigen
Querschnitts des Kranzes ist, und Mittel 35, die jeweils entgegengesetzte
Kräfte
auf die beiden Reiter 28, 29 ausüben, um
diese in einer zu der Rotationssymmetrieachse 3 senkrechten
Richtung zu einer Annäherung
zu veranlassen, wenn sie durch Buchsen/Stecker-Einfügung auf
dem durch die beiden Flansche 21, 22 definierten
Kranz 25 angebracht sind. Diese letzteren Mittel 35 können auf verschiedene
Weise gebildet sein, insbesondere, wie in 2 bis 4 gezeigt
ist, mittels Schrauben oder dergleichen, die die beiden Reiter 28, 29 verbinden
und die, wenn sie festgezogen werden, diese beiden Reiter zu einer Annäherung zwingen,
um den konischen Eingriff des Kranzes 25 in die Nut 30 zu
erzwingen.
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Nachdem die zwei Anschlussstücke 1, 2,
wie zuvor erwähnt
worden ist, zusammengefügt
worden sind, d. h. derart, dass die zwei Kanten 10, 11 deckungsgleich
sind, werden die beiden Reiter 28, 29 auf den
zwei Flanschen 21, 22 angeordnet und die Schrauben,
die die beiden Reiter miteinander verbinden, werden angezogen, um
die beiden Reiter zu einer Annäherung
zu veranlassen. Der konische Eingriff der zwei Flansche in die Nuten
der Reiter hat in bekannter Weise die Zerlegung der von den Mitteln 35 ausgeübten Kräfte zur
Folge, welche die Reiter zu einer Annäherung senkrecht zur Achse 3 veranlassen.
Eine diese Komponenten bildet die entgegengesetzten Kräfte 20–1 und 20–2 aus,
die über
die schräge
Fläche 23, 24 der
Flansche im Wesentlichen über dem
gesamten äußeren Umfang
der Flansche 21, 22 wirken. Diese Kräfte veranlassen
eine Annäherung der
zwei Anschlussstücke 1, 2 bis
auf Höhe
der Kanten 10, 11 die molekulare Bindung und folglich
die dichte Verbindung entsteht, wie weiter oben definiert und in
schematischer Weise und vergrößert in 8 gezeigt ist.
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Der Betrag der Kräfte, die insbesondere über die
Schrauben 35 auszuüben
sind, um das weiter oben definierte Ergebnis für die Verbindung gemäß der Erfindung
zu erhalten, kann für
jeden Anschlussstücktyp
experimentell bestimmt werden, beispielsweise indem die Schraube 35 mittels
eines Drehmomentschlüssels
oder dergleichen angezogen wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das System außerdem
Mittel, um die Enden 6, 7 der zwei Anschlussstücke 1, 2 und
insbesondere die Kanten 10, 11 der Anfasungen 8, 9 gegen
Stöße oder
dergleichen bei der Handhabung der Anschlussstücke zu schützen und um zu verhindern, dass
der Verlauf der Fasen abstumpft und dann nicht mehr ermöglicht,
die Kontinuität
der Kanäle
mit einer Dichtheit wie oben beschrieben zu erzielen.
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Diese Mittel zum Schutz der Kanten 10, 11 sind,
wie insbesondere in 5 und 7 gezeigt ist, aus zwei Schutzreifen 41, 42 gebildet,
die jedes Anschlussstück 1, 2 umgeben,
und aus Mitteln 43, um jeden Reif 41, 42 um
jedes Anschlussstück 1, 2 in
der Weise zu halten, dass sich vor der Zusammenfügung der zwei Anschlussstücke, 7, jeder Reif 41, 42 um
eine bestimmte Größe g über das Ende 6, 7 des Anschlussstücks, dem
er zugeordnet ist, bewegt. Diese Reife 41, 42 sind
aus einem zweiten Werkstoff hergestellt, der eine Kompressionselastizität besitzt, die
höher als
jene des ersten Werkstoffs ist. Sie haben eine Höhe h und
vorzugsweise einen Innendurchmesser, der gleich dem Außendurchmesser D der zwei Anschlussstücke 1, 2 ist.
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Die Mittel 43, die jeden
Reif 41, 42 um jedes Anschlussstück 1, 2 in
der Weise halten, dass sich jeder Reif vor dem Zusammenfügen der
zwei Anschlussstücke
um eine bestimmte Größe g über das Ende 6, 7 des
Anschlussstücks,
dem er zugeordnet ist, bewegt, sind durch eine kreisförmige Schulter 44, 45 gebildet,
die auf jedem Anschlussstück
verwirklicht ist, wobei der Abstand p,
der die Schulter 44, 45 von der Ebene 46 trennt, 7, die zu der Rotationssymmetrieachse 3 senkrecht
ist und durch die Kante 10, 11 der Anfasung 8, 9 verläuft, gleich h – g ist.
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Es ist außerdem vorteilhaft möglich, dass jede
Schulter 44, 45 durch den Boden einer auf die Rotationssymmetrieachse 3 zentrierten
ringförmigen Rinne 46, 47 gebildet
ist, wobei es sogar vorzugsweise möglich ist, dass diese zwei
ringförmigen
Rinnen 46, 47 jeweils in jedem Flansch 21, 22 verwirklicht sind,
wobei die Tiefe r, 7 jeder Rinne 46, 47 dann kleiner
als der Abstand p ist.
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Es ist außerdem vorteilhaft, dass die
zwei Reife 41, 42 eine geometrische Konfiguration
aufweisen, die eine stärkere
elastische Verformung durch Zusammendrücken ermöglicht. In den Figuren ist diese
geometrische Konfiguration durch eine Verengung des Teils der Reife
veranschaulicht, der sich im unteren Abschnitt der Rillen befindet.
Die veranschaulichte geometrische Konfiguration ist jedoch nur ein
Ausführungsbeispiel,
und es ist offensichtlich, dass den Reifen andere Formen gegeben
werden können,
um die oben definierte Funktion umzusetzen.
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Genauso ist es vorteilhaft, dass
mit dem Ziel der Vereinfachung des Zusammenfügens der zwei Anschlussstücke, wie
weiter oben zum Ausdruck gebracht worden ist, das Verbindungssystem
außerdem
Mittel 50 umfasst, um die zwei Anschlusstücke 1, 2 koaxial
zu halten, wenn ihr Zusammenfügen
vorgenommen wird.
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In einer möglichen Ausführungsform
sind diese Mittel 50 durch eine zylindrische Muffe 51 gebildet,
die einen Innendurchmesser besitzt, der gleich dem Durchmesser der
zwei Flansche 21, 22 auf Höhe der kleinen Basis 34 des
trapezförmigen
Querschnitts 26 des Kranzes 25 ist, eine Länge besitzt,
die kleiner als die kleine Basis 34 des trapezförmigen Querschnitts 26 des
Kranzes ist und größer als
der Abstand ist, der die beiden Flansche 21, 22 trennt, wenn
die zwei Anschlussstücke 1,2 zusammengefügt sind,
und eine Dicke besitzt, die kleiner als der minimale Abstand ist,
der die zwei kleinen Basen 34, 33 der trapezförmigen Querschnitte 26, 31 des
Kranzes 25 und der Nut 30 trennt, wenn die Reiter 28, 29 durch
Buchse/Stecker-Einfügungen
an den zwei Flanschen 21, 22 angebracht sind.
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Außerdem umfasst das System in
vorteilhafter Weise, um die Dichtheit des Verbindungssystems gemäß der Erfindung
beispielsweise unter einem Heliumdruck zu prüfen und um zu vermeiden, dass
die Reife 41 und 42 sowie die Muffe 51 Heliumlecks,
falls welche vorhanden sind, über
einen zu langen Zeitraum verdecken, Mittel, die eine Fluidverbindung
zwischen dem Raum, der zwischen den beiden Enden 6, 7 der
Anschlussstücke 1, 2 enthalten
ist, und dem Außenraum
der Muffe 51 herstellen, wobei diese Verbindungsmittel
einerseits wenigstens einen der zwei Reife 41, 42,
aus Gründen
der Symmetrie und folglich der Herstellkosten vorzugsweise beide,
und andererseits die Muffe 51 durchqueren.
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In einer möglichen und vorteilhaften Ausführungsform,
sind diese Verbindungsmittel aus einem Querschlitz, der in den Reifen
verwirklicht ist, und aus einer Öffnung,
die in dem Teil der Muffe verwirklicht ist, der sich schließlich nach
dem Verbinden der zwei Anschlussstücke zwischen den zwei Flanschen 21, 22 befindet,
gebildet. Diese Mittel sind nicht gezeigt, um die Zeichnung zu vereinfachen,
und außerdem, weil
sie dem Fachmann bei der Verwirklichung kein Problem bereiten.
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Es ist deutlich dargestellt worden,
dass die Anschlussstücke
unterschiedliche Formen und unterschiedliche Größen haben können, dass sie mittels unterschiedlicher
Verfahren an den Rohren angebracht sein können, dass sie aus unterschiedlichen Werkstoffen
hergestellt sein können
und dass die Flansche entweder an diesen Anschlussstücken angebracht
werden können
oder einteilig mit den Anschlussstücken hergestellt sein können. Was
die Reife betrifft, so können
sie beispielsweise, wenn die Anschlussstücke und die Flansche aus Stahl
oder dergleichen sind, aus einem Werkstoff wie etwa Polytetrafluorethylen
oder dergleichen hergestellt sein.