DE60008403T2

DE60008403T2 - Aussendruckdichte sclauchverschraubung

Info

Publication number: DE60008403T2
Application number: DE60008403T
Authority: DE
Inventors: Thierry Noel
Original assignee: Vallourec Mannesmann Oil and Gas France SA; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS; Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2020-10-18
Also published as: AU7930000A; FR2800150A1; CN1379851A; BR0014921A; NO20021874D0; EA200200477A1; FR2800150B1; UA71040C2; EP1222417B1; JP4709453B2; DE60008403D1; MXPA02003785A; EP1222417A1; EA003267B1; AR026055A1; CA2388688A1; ATE259956T1; SA00210451B1; CZ300891B6; NO336472B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gewindeverbindung für Rohre, spezieller für Stahlrohre, die insbesondere für die Erdöl- und Erdgasindustrie und für den Zusammenbau von Rohren bestimmt ist, die ausgehend von dieser Verbindung hergestellt werden, die aufgrund ihrer Dichtheit gegenüber hohen Außendrücken besonders interessant ist.
Es sind Rohrverbindungen bekannt, die in der Erdöl- und Erdgasindustrie verwendet werden und bei denen die Verbindungsstelle aus einem Einsteckelement mit Außengewinde besteht, das sich in ein Aufnahmeelement mit Innengewinde einschraubt, wobei das Außen- und das Innengewinde einander entsprechen. Diese Verbindungen werden insbesondere für die Herstellung von Säulen von Förderrohren oder Futterrohren für Erdöl- und Erdgasbohrlöcher verwendet.
Je nach den mehr oder weniger schwierigen Betriebsbedingungen der Erdöl- und Ergasbohrlöcher wird die oben beschriebene Basisstruktur der Verbindungen dadurch vervollständigt, dass diese mit Dichtungsvorrichtungen verschiedener Art versehen werden, wie zum Beispiel Dichtringe oder Dichtreifen aus Kunststoff, oder aufeinander aufliegende Metallflächen.
Als Beispiel kann das Patent EP 0 488 912 erwähnt werden, das eine konische Gewindeverbindung ist, die in dem hinter dem Außengewinde nahe dem freien Ende des Einsteckelements liegenden Bereich mit einer konischen Einsteckfläche und in dem entsprechenden Bereich des Aufnahmeelements mit einer entsprechenden konischen Aufnahmefläche versehen ist, wobei dieses Paar von Einsteck- und Aufnahmefläche, die aufeinander aufliegen, wenn die Verbindung in der eingeschraubten Stellung ist, eine innere Dichtungsauflagefläche gegenüber dem im Inneren der Rohre zirkulierenden Fluid bildet. Die im Patent EP 0 488 912 beschriebene Verbindung ist auch mit einem Anschlag versehen, der es ermöglicht, beim Schraubvorgang die beiden Einsteck- und Aufnahmeelemente präzise zueinander zu positionieren.
Bei manchen Anwendungen ist es notwendig, dass die Verbindungen sowohl gegenüber dem inneren Druck des im Rohr zirkulierenden Fluids als auch gegenüber dem um das Rohr herum herrschenden Außendruck fest sind und dicht bleiben. Diese Dichtheit ist für die Zuverlässigkeit der Verbindung kritisch, wenn der Außendruck hoch ist (zum Beispiel höher als 600 Bar), unabhängig davon, ob das betroffene Fluid eine Flüssigkeit oder ein Gas oder eine Mischung von beiden ist. In diesen Fällen ermöglicht die innere Dichtungsauflagefläche, wie diejenige, die im Patent EP 0 488 912 beschrieben ist, jenseits eines gegebenen Drucks keinen Widerstand mehr gegen das Eindringen von Fluid, das sich von außen nach innen entlang des Gewindes bewegt und die Einstecklippe, auf der sich die innere Dichtungsauflagefläche befindet, verformen oder sogar verschieben, und so ins Innere des Rohrs einsickern kann.
Um dieses Problem zu lösen, wurde daran gedacht, die Verbindung gemäß EP 0 488 912 mit einer Auflagefläche zu versehen, die sich in der Nähe des freien Endes des Aufnahmeelements befindet.
So beschreibt das Patent FR 77 12 851 eine Verbindung, die mit einer inneren Dichtungsauflagefläche in der Nähe des freien Endes des Einsteckelements und mit einer äußeren Dichtungsauflagefläche in der Nähe des freien Endes des Aufnahmeelements versehen ist. Sie sollte gegenüber dem Innendruck und gegenüber dem Außendruck dicht sein. Gemäß der Druckschrift FR 77 12 851 ist aber jede dieser beiden Auflageflächen einem Anschlag zugeordnet, was den Betrieb und die Herstellung der Verbindung sehr viel komplizierter gestaltet.
Es können nämlich anormale Verformungen auftreten, wenn die Abmessungstoleranzen nicht genauestens beachtet werden, oder wenn die Anziehdrehmomente zu hoch sind, Verformungen, die den Betrieb der beiden Auflageflächen grundlegend verändern und ihre Dichtheit sowohl gegenüber dem Fluid im Inneren des Rohrs als auch gegenüber dem Fluid außerhalb des Rohrs zerstören können.
Einerseits aufgrund der für ihren guten Betrieb notwendigen Bearbeitungstoleranzen, und andererseits aufgrund der Menge an Material, die notwendig ist, um sowohl eine innere als auch eine äußere Auflagefläche herzustellen, was die Verwendung stärkerer Rohre erfordert, ist die Herstellung einer solchen Verbindung teuer.
Im Stand der Technik sind auch Verbindungen bekannt, bei denen das Einsteckelement und das Aufnahmeelement ein konisches oder zylindrisches Gewinde aufweisen, das aus zwei unabhängigen Gewindebereichen besteht (wobei diese Gewindebereiche auch Stufen genannt werden können), die radial und axial beabstandet und mit Dichtungsauflageflächen versehen sind.
Dies ist bei dem Patent EP 0 767 335 der Fall, das eine Verbindung beschreibt, die ein konisches Gewinde mit zwei unabhängigen Gewindebereichen aufweist, die radial und axial zueinander verschoben sind, so dass diese Gewindebereiche sich auf zwei verschiedenen Kegeln befinden, die axial zueinander verschoben sind, mit einer inneren Dichtungsauflagefläche in der Nähe des freien Endes des Einsteckelements und einer äußeren Dichtungsauflagefläche in der Nähe des freien Endes des Aufnahmeelements. Aufgrund der Lage der äußeren Dichtungsfläche in der Nähe des freien Endes des Aufnahmeendes kann diese aber keinen hohen Drücken widerstehen, da ihre Steifheit am Ende des Rohrs nicht von ausreichend Material unterstützt wird.
Es ist auch das Patent EP 0 149 612 bekannt, das eine Verbindung beschreibt, die ein Gewinde mit zwei unabhängigen Gewindebereichen aufweist, die radial und axial so zueinander verschoben sind, dass sie sich auf zwei verschiedenen, axial zueinander verschobenen Kegeln befinden, zwischen denen eine Dichtungsauflagefläche vorgesehen ist, die aus einer Einsteck- und einer Aufnahmefläche besteht, die beim Schraubvorgang in Auflagekontakt sind, wobei diese Verbindung auch eine innere Dichtungsauflagefläche in der Nähe des freien Endes des Einsteckelements sowie einen schrägen Anschlag am freien Ende des Einsteckelements aufweist.
Aufgrund ihrer Struktur mit zwei unabhängigen und radial und axial zueinander verschobenen Gewindebereichen erfordert die Verbindung gemäß EP 0 149 612 relativ starke Rohrwände, und es ist aufgrund der entsprechenden Kosten und des entsprechenden Raumbedarfs schwierig, ihre Herstellung in Muffenform vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung trachtet danach, eine Gewinde-Rohrverbindung herzustellen, die gegenüber dem Außendruck dicht ist und trotzdem nicht die Nachteile der obigen Verbindungen aufweist.
So wurde danach getrachtet, eine Verbindung herzustellen, die gegenüber hohen Außendrücken dicht ist und gleichzeitig gegenüber dem Innendruck dicht bleibt, und die sowohl hinsichtlich der Materialmenge und der erforderlichen Rohrstärken als auch hinsichtlich ihres Bearbeitungsumfangs einfach, robust und wirtschaftlich ist.
Als robust wird eine Verbindung verstanden, die in der Lage ist, hohen Drücken zu widerstehen, zum Beispiel in der Größenordnung von 600 bis 1500 Bar, und die leicht auf der Baustelle montierbar ist.
Es wurde ebenfalls danach getrachtet, eine Gewinde-Rohrverbindung herzustellen, die sich so wenig wie möglich von den bereits auf dem Markt erhältlichen Verbindungen unterscheidet, deren Gewinde im Gegensatz zu den Gewindeverbindungen, deren Gewinde zwei unabhängige, axial und radial zueinander verschobene Gewindebereiche aufweist, so dass ihre Gewindebereiche sich auf zwei unterschiedlichen, axial zueinander verschobenen Kegeln befinden, aus einem einzigen Gewindebereich besteht, und die ausgehend von solchen Verbindungen mit einem einzigen Gewindebereich hergestellt werden kann, ohne ihre Gesamtstruktur dadurch zu verändern.
Es wurde auch danach getrachtet, eine Verbindung herzustellen, die über ein einziges Dichtungsmittel verfügt, das sowohl gegenüber dem Innendruck als auch gegenüber dem Außendruck verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Verbindung ist dazu bestimmt, zur Herstellung von Rohrleitungen oder Rohrsäulen verwendet zu werden.
Ihr Anwendungsbereich ist nicht auf die Erdöl- und Erdgasindustrie beschränkt, sondern erstreckt sich auf alle Anwendungen, bei denen die gleiche Art von Problemen auftritt.
Als nicht einschränkend zu verstehendes Beispiel kann die Flüssigwasser- oder Dampfförderung durch Geothermik erwähnt werden.
In diesem Rahmen werden die Verbindungen aus allen metallischen Materialien, zum Beispiel vom Typ Stahl oder Eisenlegierung oder nicht eisenhaltige Legierung hergestellt, die insbesondere die gewünschten mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsfestigkeit aufweisen, die für die in Betracht gezogene Anwendung notwendig sind.
Die Gewinde-Rohrverbindung gemäß der Erfindung ist im Anspruch 1 beschrieben.
Unter allgemein zentralen Bereichen des Außengewindebereichs und des Innengewindebereichs, in denen das Außengewinde und das Innengewinde unterbrochen wurden, wird ein Bereich verstanden, der sich entlang der Verbindungsachse im wesentlichen in der Mitte des Außengewindebereichs und des Innengewindebereichs, oder in einem Bereich befindet, der entlang der Verbindungsachse einen Abstand zum Mittelpunkt des Außengewindebereichs und des Innengewindebereichs hat, der auf jeder Seite eine Länge von höchstens 1/4 der Länge des Gewindebereichs entlang der Verbindungsachse hat.
Vorteilhafterweise wird angenommen, dass zum Außengewindebereich und zum Innengewindebereich sowohl die vollkommenen Gewindegänge als auch die unvollkommenen oder schwindenden oder unvollständigen Endgewindegänge gehören.
Dieses Dichtungsmittel wird nachfolgend aus Gründen der Bequemlichkeit "Mittel der zentralen Dichtheit" oder "zentrales Dichtmittel" genannt, wobei klar ist, dass dieser Begriff aufgrund der obigen Erläuterungen der Definition der allgemein zentralen Bereiche nicht wortgenau zu interpretieren ist.
Die Stoppeinrichtung, die es ermöglicht, die Schraubbewegung des Einsteckelements in das Aufnahmeelement in einer bestimmten Stellung anzuhalten, kann entweder aus direkt mit den Gewinden verbundenen Mitteln oder aus von den Gewinden unabhängigen Mitteln bestehen.
Da die Gewinde konisch sind und daher in natürlichem Klemmkontakt stehen, kann die direkt mit den Gewinden verbundene Stoppeinrichtung in an sich bekannter Weise aus einer mit vorbestimmtem Schraubmoment durchgeführten Schraubbewegung oder aus zwei Markierungen bestehen, von denen sich eine auf dem Einsteckelement und die andere auf dem Aufnahmeelement befindet, die am Ende der Schraubbewegung in Koinzidenz gebracht werden.
Wenn es sich um von den Gewinden unabhängige Einrichtungen handelt, kann die Stoppeinrichtung ein Anschlag sein, der sich in der gewünschten Stellung der Fortsetzung der relativen Schraubbewegung des Einsteckelements in das Aufnahmeelement widersetzt.
Je nach den für die erfindungsgemäße Verbindung vorgesehenen Nutzungsbedingungen kann die Verbindung nur ein einziges, oben beschriebenes Dichtmittel, das zentrale Dichtmittel, oder zusätzlich zu diesem zentralen Dichtmittel ein zweites Dichtmittel aufweisen.
Dieses zweite Dichtmittel ist vorteilhafterweise ein an sich bekanntes Mittel, wie zum Beispiel ein Metall-Metall-Auflagekontakt, der von zwei Auflageflächen gewährleistet wird, von denen eine in der Nähe des freien Endes des Einsteckelements und die andere auf dem entsprechenden Teil des Aufnahmeelements angeordnet sind.
Die Auflageflächen des zentralen Dichtmittels können von beliebiger Art und Form sein, so lange sie in der Lage sind, beim Zusammenbau der Verbindung aufeinander in Auflage zu kommen.
Man kann zum Beispiel zwei zylindrische Flächen verwenden, wobei die Einsteck-Auflagefläche einen geringfügig größeren Durchmesser als die Aufnahme-Auflagefläche aufweist, um beim Zusammenbau einen Klemmkontakt der beiden Flächen zu gewährleisten, der die Dichtheit erzeugt.
Man kann auch mindestens eine zylindrische Fläche verwenden, wobei die andere Fläche zum Beispiel torusförmig oder von jeder anderen geeigneten Art ist, um einen Klemmkontakt mit der ersten zu erzeugen.
Die Einsteck-Auflagefläche und die Aufnahme-Auflagefläche haben nicht unbedingt die gleiche Art von Geometrie.
Vorteilhafterweise besteht mindestens eine der Auflageflächen des zentralen Dichtmittels, die Einsteckfläche oder die Aufnahmefläche, aus einer konischen Fläche, deren Konizität in gleicher Richtung verläuft wie die Konizität des Gewindes, deren Winkel in Bezug auf die gemeinsame Achse des Einsteckelements und des Aufnahmeelements aber vorteilhafterweise größer ist als der Kegelwinkel des Gewindes in Bezug auf diese Achse.
Als nicht einschränkend zu verstehendes Beispiel kann die Kontaktlänge zwischen der Einsteck-Auflagefläche und der Aufnahme-Auflagefläche des zentralen Dichtmittels zwischen 1 und 10 mm liegen.
Die Gewinde der Einsteck- und Aufnahmeelemente können von beliebiger Art sein, wie zum Beispiel dreieckige oder trapezförmige API-Gewinde (American Petroleum Institute), wobei diese letzteren vom API mit dem Namen "buttress" bezeichnet werden, eine weltweit bekannte Bezeichnung, deren Verwendung für diese Art Gewinde in der Fachwelt üblich ist.
Bei einem Buttress-Gewinde können die Gewinde negative Arbeitsflanken aufweisen, insbesondere, wenn sie einem Anschlag zugeord net sind, um eine bessere Befestigung der Gewinde aneinander zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Gewindeverbindung von zwei Rohren, die die erfindungsgemäße Verbindung verwendet, deren Struktur soeben beschrieben wurde.
Es können mehrere Varianten hergestellt werden.
Gemäß einer ersten Variante ist die Verbindung eine sogenannte Vollverbindung, wobei jedes zu verbindende Rohr alternativ an einem seiner Enden ein Einsteckelement bzw. ein Aufnahmeelement gemäß der erfindungsgemäßen Verbindung trägt, wie sie oben beschrieben wurden.
So wird die Vollverbindung von zwei Rohren hergestellt, indem das Einsteckelement des Endes eines ersten Rohrs in das Aufnahmeelement des Endes des zweiten Rohrs geschraubt wird.
Je nach der Gestaltung und der Stärke der Rohre kann es vorteilhaft sein, das Aufnahmeelement an einem Rohrende herzustellen, dessen Außendurchmesser vorher aufgeweitet wurde, während das Einsteckelement an einem Rohr hergestellt wird, dessen Ende, falls notwendig, verdickt wurde, zum Beispiel durch Warmformen.
Gemäß einer zweiten Variante ist die Verbindung von zwei Rohren gemufft, d.h. mit Hilfe einer die beiden Rohre verbindenden Muffe hergestellt, und verwendet zwei erfindungsgemäße Verbindungen, deren Struktur weiter oben beschrieben wurde.
Wenn ein wie oben beschriebenes Einsteckelement an jedem Rohrende hergestellt und ein wie oben beschriebenes Aufnahmeelement an jedem Ende einer Muffe hergestellt wird, werden die beiden Einsteckelemente der beiden Enden der beiden zu verbindenden Rohre in die beiden Aufnahmeelemente der Muffe geschraubt.
In diesem Fall können in einer ersten Ausführungsform die freien Enden der beiden zu verbindenden Rohre am Ende der Schraubbewegung im Inneren der Muffe aufeinander aufliegen, wodurch sie einen Anschlag bilden, der es ermöglicht, die Schraubbewegung in einer bestimmten Stellung anzuhalten.
In einer zweiten Ausführungsform der gemufften Verbindung liegt das freie Ende jedes Rohrs auf einem im mittleren Teil der Muffe vorgesehenen Absatz auf.
Die Figuren und die nachfolgenden Beispiele beschreiben als nicht einschränkend zu verstehende Beispiele die erfindungsgemäßen Verbindungen und Verbindungsstellen.
1 stellt eine Ansicht im axialen Halbschnitt des Einsteckelements und des Aufnahmeelements einer erfindungsgemäßen Gewindeverbindung in einer nicht zusammengebauten Stellung dar.
2 stellt die erfindungsgemäße Verbindung der 1 in der zusammengebauten Stellung dar.
3 stellt im axialen Halbschnitt eine erfindungsgemäße Verbindung in der zusammengebauten Stellung dar, wobei diese Verbindung eine Variante der 2 ist.
4 stellt im axialen Halbschnitt eine erfindungsgemäße Verbindung in der zusammengebauten Stellung dar, wobei diese Verbindung eine weitere Variante der Verbindung der 2 ist.
5 ist eine vergrößerte Darstellung des Teils I der 2, in der eine erste Ausführungsform des zentralen Dichtmittels der erfindungsgemäßen Verbindung dargestellt ist.
6 ist eine Variante der 5 und stellt eine weitere Ausführungsform des zentralen Dichtmittels der erfindungsgemäßen Verbindung dar.
7 ist eine weitere Variante der 5 und stellt eine weitere Ausführungsform des zentralen Dichtmittels der erfindungsgemäßen Verbindung dar.
8 stellt im Achsschnitt und in der zusammengebauten Stellung eine erfindungsgemäße Gewindeverbindung vom gemufften Typ dar, die zwei ebenfalls erfindungsgemäße Gewindeverbindungen verwendet, wobei die Muffe einen zentralen Absatz aufweist.
9 stellt im Achsschnitt und in der zusammengebauten Stellung eine weitere erfindungsgemäße Gewindeverbindung vom gemufften Typ dar, die zwei ebenfalls erfindungsgemäße Gewindeverbindungen verwendet, wobei die Muffe keinen zentralen Absatz aufweist.
10 stellt im Achsschnitt und in der zusammengebauten Stellung noch eine weitere erfindungsgemäße Gewindeverbindung vom gemufften Typ dar, die zwei ebenfalls erfindungsgemäße Gewindeverbindungen verwendet, wobei die Muffe keinen zentralen Absatz aufweist.
Zur besseren Darstellung der Erfindung sind die nachfolgenden Figuren absichtlich schematisch, wobei die Abmessungen, die Winkel und die Verhältnisse der Abmessungen zueinander nicht unbedingt berücksichtigt werden, wodurch manche Abmessungen so stark übertrieben dargestellt sind.
In den 1 und 2 sind im axialen Halbschnitt durch eine Ebene, die durch ihre gemeinsame Achse XI-XI verläuft, das Einsteckelement 1 und das Aufnahmeelement 2 dargestellt, die am Ende eines ersten Stahlrohrs 3 bzw. eines zweiten Stahlrohrs 4 einer erfindungsgemäßen Gewindeverbindung 5 angeordnet sind.
Dieses Einsteck- und dieses Aufnahmeelement 1 bzw. 2 sind in 2 zusammengebaut dargestellt, wobei die Verbindung 5 in ihrer geschraubten Stellung ist. In 1 sind sie vor dem Schraubvorgang dargestellt.
In 1 ist das Aufnahmeelement 2 zur besseren Darstellung der Verbindung vor dem Zusammenbau in Bezug auf seine Achse XI-XI radial verschoben dargestellt.
Das Ende 6 des Rohrs 4, an dem das Aufnahmeelement 2 hergestellt ist, hat einen Außendurchmesser, der größer ist als der Durchmesser des Rohrs 4 im laufenden Teil, wobei dieser Durchmesser 6 durch Aufweiten des Rohrendes erhalten wurde.
Das Einsteckelement 1 weist ein Außengewinde 7 auf, das aus einem Einsteckbereich Fm besteht. Das Gewinde 7 ist konisch und wird wie üblich schematisch durch die beiden Mantellinien der Gewinde dargestellt, die je die Gewindescheitel bzw. die Gewindegründe tangieren.
Dieses Gewinde 7 ist nur auf einem Kegel hergestellt, und die Geometrie des Gewindegangs ist in bekannter Weise von der Art, die an die gesuchte Anwendung der Verbindung und ihre Betriebsbedingungen angepasst ist.
Im Gegensatz zu den Gewindeverbindungen, bei denen das Gewinde auf jedem Einsteckelement und jedem Aufnahmeelement zwei unabhängige Gewindebereiche (oder Gewindestufen) aufweist, die axial und radial zueinander verschoben sind, wie zum Beispiel die Verbindung, die Gegenstand des Patents EP 0 767 335 ist, wird die Verbindung der vorliegenden Erfindung als eine Verbindung bezeichnet, die ein Gewinde aufweist, das nur aus einem einzigen Gewindebereich besteht.
So wird der Außengewindebereich Fm als ein einziger Außengewindebereich betrachtet, dessen Länge Lm die axiale Länge des Gewindes von einem Ende zum anderen abdeckt, wobei diese Länge die unvollkommenen oder schwindenden Gewindegänge der Enden einschließt.
Auf dem Aufnahmeelement 2 findet man ein konisches Innengewinde 8, das dem Außengewinde 7 entspricht und aus einem einzigen Innengewindebereich Ff besteht, der analog zum Gewinde 7 dargestellt ist.
Es weist einen einzigen Innengewindebereich auf, dessen Länge Lf die axiale Länge des Gewindes von einem Ende zum anderen abdeckt, wobei diese Länge unvollkommene oder schwindende oder unvollständige Gewindegänge aufweist.
Ein zentrales Dichtmittel 9 ist in Höhe der Gewinde 7, 8 zwischen das Einsteckelement 1 und das Aufnahmeelement 2 eingesetzt.
Dieses Mittel 9 besteht aus einer Einsteck-Auflagefläche 10 und einer Aufnahme-Auflagefläche 11, die je in einem allgemein zentralen Bereich des Einsteckgewindebereichs Fm bzw. des Aufnahmegewindebereichs Ff angeordnet sind, in dem das Einsteck- und das Aufnahmegewinde unterbrochen wurden, wobei diese beiden Auflageflächen 10 und 11 in der Lage sind, in der zusammengebauten Stellung der Verbindung, wie sie in 9 in 2 dargestellt ist, miteinander in Druckauflagekontakt zu stehen.
Auf diese Weise erzeugt der Druckkontakt Metall-Metall zwischen den Flächen 10 und 11 eine Dichtheit in Form einer durchgehenden ringförmigen Fläche, die sich jedem Eindringen von Fluid von außerhalb der Rohre 3, 4 nach innen oder umgekehrt widersetzt.
Unter einem allgemein zentralen Bereich des Einsteckgewindebereichs Fm und des Aufnahmegewindebereichs Ff wird ein Bereich, der sich auf halber Länge der Längen Lm und Lf befindet, oder ein Bereich verstanden, der vom Mittelpunkt der Längen Lm und Lf um einen Betrag zu beiden Seiten dieses Mittelpunkts gleich 1/4 der Gewindelängen Lm, Lf entfernt ist, wobei die Stellung insbesondere in Abhängigkeit von den Außendrücken der Fluide, denen widerstanden werden muss, und der Stärke der Rohre gewählt wird.
Damit die Flächen 10 und 11 sich am Ende der Schraubbewegung perfekt überdecken, weist die erfindungsgemäße Verbindung eine Stoppeinrichtung auf, die es ermöglicht, die Schraubbewegung in einer bestimmten relativen axialen Stellung des Einsteckelements 1 zum Aufnahmeelement 2 zu beenden. Im Fall der 1 und 2 besteht diese Stoppeinrichtung in an sich bekannter Weise aus zwei Markierungen 12, 13, die absichtlich mit einem überdickten Strich auf dem Einsteckelement mit 12 und auf dem Aufnahmeelement mit 13 gekennzeichnet sind. Es genügt, die Schraubbewegung der Ele mente 1, 2 zu beenden, wenn diese Markierungen 12, 13 sich überdecken, wie in 2 dargestellt.
Diese Markierungen 12, 13 sind so angeordnet, dass sich aufgrund der konischen Form der Gewinde ein gewisser Klemmkontakt zwischen dem Außengewinde 7 und dem Innengewinde 8 entwickelt, wodurch eine Gewindeinterferenz zwischen dem Außengewinde 7 und dem Innengewinde 8 erzeugt werden kann.
Unter Interferenz versteht man den positiven Unterschied, der vor dem Schraubvorgang in Höhe der Bereiche Lm und Lf zwischen dem Radius eines Punkts des Einsteckgewindebereichs 7 in Bezug auf die Achse der Verbindung und dem Radius des Punkts des Aufnahmegewindebereichs existiert, der ihm nach dem Schraubvorgang entspricht.
Es wird vorteilhafterweise dafür gesorgt, dass die in Bezug auf die Achse der Verbindung gemessene Interferenz zwischen den Auflageflächen 10, 11 mindestens gleich und vorzugsweise höher ist als die Interferenz zwischen den Gewindegängen 7, 8, was den Festklemmweg der Auflageflächen bis zur zusammengebauten Stellung verringert.
Zu beiden Seiten des zentralen Dichtmittels 9 wurden die Gewinde sowohl des Einsteckgewindebereichs Fm als auch des Gewindebereichs Ff derart unterbrochen, dass die Verbindung ohne Schwierigkeiten ein- und ausgebaut werden kann, wie man zum Beispiel in den 5, 6 und 7 sehen wird.
Die mit dem soeben beschriebenen zentralen Dichtmittel 9 erhaltene Dichtheit ist besonders wirksam gegen hohe Außendrücke, da die Einsteck- und Aufnahmeauflageflächen 10, 11 in der allgemein zent ralen Stellung sowohl beim Einsteckelement 1 als auch beim Aufnahmeelement 2 von einer in Bezug auf die Stärke des Rohrs ausreichenden Metallstärke gestützt werden.
Vorteilhafterweise achtet man zumindest für bestimmte Betriebsbedingungen darauf, dass auf dem Einsteckelement 1 die Materialstärke in Höhe der Einsteck-Auflagefläche mindestens gleich 50% der Stärke des Rohrs 3 ist.
Solche Bedingungen können unmöglich hergestellt werden, wenn die Dichtungsauflagefläche der Verbindung sich jenseits des Gewindes am Ende des Einsteckelements befindet, wie dies zum Beispiel beim Patent EP 0 488 912 der Fall ist.
Die Erhöhung der Stärke in Höhe dieser Auflagefläche beim Einsteckelement führt zu Problemen, da man gezwungen wäre, der Verbindung zu ihrer Herstellung eine zu geringe Konizität zu verleihen, was zu Schwierigkeiten in Höhe des Eingriffs des Einsteckelements in das Aufnahmeelement führen und eine Durchmesser- und Längenabmessung für das Aufnahmeelement erfordern würde, die zu groß und somit zu teuer wäre.
Die erfindungsgemäße Verbindung kann ausgehend von einem klassischen konischen Gewinde mit einem einzigen Gewindebereich hergestellt werden.
Auf diese Weise erfordert sie Rohrstärken, die weit unter dem liegen, was die Verbindungen des Stands der Technik erfordern, bei denen das Gewinde zwei unabhängige, axial und radial verschobene Gewindebereiche oder -stufen aufweist. Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind daher wesentlich kompakter, preisgünstiger im Materialverbrauch und einfacher zu bearbeiten.
Es ist außerdem anzumerken, dass aufgrund der global zentralen Stellung des zentralen Dichtmittels 9 der Einsteckgewindebereich 7 sich bis zum Ende 14 des Einsteckelements mit vollkommenen Gewindegängen erstrecken kann, dem Punkt, an dem die Wirksamkeit des Aufnahmeelements 2 berechnet wird.
Auf diese Weise kann der Raumbedarf der Verbindung in Höhe des Aufnahmeelements, d.h. der Außendurchmesser dieses Aufnahmeelements 2, im Vergleich mit einer klassischen Verbindung verringert werden, die am Ende des Einsteckelements mit Dichtungsauflageflächen versehen ist.
Auch kann das Innengewinde 8 zum freien Ende des Aufnahmeelements hin so weit verlängert werden, bis der laufende Außendurchmesser des Rohrs 3 erreicht wird. Auf diese Weise beträgt die Wirksamkeit der Verbindung 100% des Rohrs 3. Dies ist mit einer Verbindung, die mit Dichtungsauflageflächen am freien Ende des Aufnahmeelements versehen ist, nicht möglich.
3 stellt eine Variante der Verbindung der 1 und 2 dar.
Diese Verbindung 15 ist im halben Axialschnitt in der zusammengebauten Stellung dargestellt, wobei nur der über der Achse X2-X2 liegende Teil gezeigt ist.
Wie die Verbindung 5 der 1 und 2 weist sie ein Einsteckelement 16 und ein Aufnahmeelement 17 auf, die je mit einem einzigen konischen Außengewindebereich 18 bzw. Innengewindebereich 19 versehen sind.
Ein zentrales Dichtmittel 20 ist im allgemein zentralen Bereich des Außengewindes 18 und des Innengewindes 19 angeordnet, hier im wesentlichen in der Mitte der Länge L'f des Innengewindebereichs 19.
Die Stoppeinrichtung, die es ermöglicht, die Schraubbewegung des Einsteckelements 16 in das Aufnahmeelement 17 in einer bestimmten Stellung anzuhalten, besteht hier aus einem Anschlag 21, der von einer Innenschulter 22 des Aufnahmeelements gebildet wird, Schulter, die quer zur Achse X2-X2 liegt, auf die das Ende 23 des Einsteckelements 16 sich auflegt, Ende, dem die gewünschte Form verliehen wurde, damit es auf der Schulter 22 aufliegt.
Auf diese Weise wird die Schraubbewegung beim Zusammenbau der Verbindung 15 vom Anschlag 21 angehalten, wenn das gewünschte Anziehdrehmoment erreicht wurde.
Es wird natürlich dafür gesorgt, dass sowohl in Höhe der Gewinde 18, 19 als auch in Höhe des zentralen Dichtmittels 20 die Verbindung aufgrund der vorhandenen Interferenzen mit Klemmkontakt ist.
Falls notwendig, könnte man in diesem Fall Außen- und Innengewinde 18, 19 vom sogenannten "Buttress"-Typ (gemäß dem American Petroleum Institute) mit negativen Flanken verwenden, um eine bessere Befestigung des Außengewindes 18 im Innengewinde 19 zu erhalten und so die Flanken der Gewinde in Auflage zu bringen, die sich auf der dem Anschlag 21 entgegengesetzten Seite befinden.
4 stellt im axialen Halbschnitt oberhalb der Achse X3-X3 eine weitere Variante der Verbindung der 1 und 2 dar.
Diese Verbindung 24, die in der zusammengebauten Stellung gezeigt ist, weist ein Einsteckelement 25 und ein Aufnahmeelement 26 auf, die beide mit einem einzigen konischen Außengewindebereich 27 bzw. Innengewindebereich 28 versehen sind.
Ein zentrales Dichtmittel 29 befindet sich hier im wesentlichen in der Mitte der Länge L"f des Innengewindebereichs 28. Dieses Mittel besteht, wie das Mittel der 1, aus einer Einsteckdichtfläche und einer Aufnahmedichtfläche, die in der zusammengebauten Stellung aufeinander liegen.
Die Stoppeinrichtung, die es ermöglicht, die Schraubbewegung des Einsteckelements 25 in das Aufnahmeelement 26 in einer bestimmten Stellung anzuhalten, besteht hier in gleicher Weise wie im Beispiel der 3 aus einem Anschlag 30, wobei die konvexe konische Schulter 31 des Aufnahmeelements als Auflage für das entsprechende konkave konische Ende 32 des Einsteckelements 25 dient.
Hier ist der Anschlag 30 konisch einspringend, wobei ein solcher Anschlag an sich bekannt ist, während im Fall der 3 der Anschlag 21 senkrecht zur Achse X2-X2 lag.
Außerdem weist die Verbindung 24 ein zweites Dichtmittel 33 auf, das sich zwischen dem inneren Ende 34 des Außengewindebereichs 27 und des Innengewindebereichs 27 und dem Anschlag 30 befindet, Mittel, das aus einer konvexen konischen Einsteckfläche 35 besteht, die in der zusammengebauten Stellung gegen eine entsprechende konkave konische Aufnahmefläche 36 in dichte Auflage kommt.
Obwohl das zentrale Dichtmittel 29 dazu dienen kann, eine Dichtheit sowohl gegenüber dem Fluid innerhalb des Rohrs als auch gegenüber dem Fluid außerhalb des Rohrs zu gewährleisten, kann es in manchen besonders schwierigen Fällen interessant sein, das zentrale Dichtmittel 29 für die Dichtheit gegenüber dem äußeren Fluid zu re servieren und, wie es in 4 der Fall ist, ein zweites Dichtmittel 33 vorzusehen, hier in Form von Dichtauflageflächen, wobei diese Darstellung nicht einschränkend zu verstehen ist, was die Dichtheit gegenüber dem inneren Fluid gewährleistet.
Als Variante könnte dieses Dichtmittel zum Beispiel aus einem Dichtring bestehen, der ein an sich bekanntes Dichtmittel ist.
Wenn die Verbindung ein zweites Dichtmittel wie 33 aufweist, ist es möglich, das zentrale Dichtmittel 29 zum Ende des Aufnahmeelements hin zu verschieben.
Man achtet vorteilhafterweise darauf, das zentrale Dichtmittel innerhalb der Grenzen des Segments AB des Innengewindes einer Länge L"f anzuordnen, wobei A den Mittelpunkt von L"f und B den Punkt darstellt, der sich in der Mitte der halben Länge von L"f auf der Seite des freien Endes des Aufnahmeelements 26 befindet.
Wenn die Verbindung nur das zentrale Dichtmittel aufweist, wie zum Beispiel in 3 dargestellt, kann man, wenn man dieses Mittel sowohl für die äußere als auch für die innere Dichtheit verwenden will, das zentrale Dichtmittel 20 von der zentralen Stellung auf die halbe Länge C des Innengewindes mit der Länge L'f verschieben, indem es innerhalb der Grenzen des Segments CD angeordnet wird, das 1/4 der Länge von L'f darstellt, wobei die Verschiebung in diesem Fall zum Ende des Einsteckelements 16 hin erfolgt.
Man sieht in allen Fällen vor, in Höhe des zentralen Dichtmittels (20, 29) in der Schnittebene, die durch dieses zentrale Dichtmittel und senkrecht zu der Achse verläuft, deren Spur P1-P1 (3) oder P2-P2 (4) ist, auf der Seite des Einsteckelements (h1m, h2m) und des Aufnahmeelements (h1f, h2f) eine ausreichende Menge von Material anzuordnen, um die Auflagefläche zu tragen.
Als nicht einschränkend zu verstehendes Beispiel können h1m, h2m und h1f und h2f, auch wenn sie nahe 50% der Stärke des Rohrs 3, 4 bleiben, innerhalb einer Größenordnung von 30 bis 80% dieser Stärke variieren.
Die Werte von h1m oder h2m können sogar etwas über 80% der Stärke des Rohrkörpers liegen, wenn der Durchmesser der inneren Umfangsfläche des Einsteckelements kleiner als der des Körpers des Rohrs ausgebildet wird, zum Beispiel indem die Wände des Einsteckendes konisch geformt werden.
Die folgenden 5, 6 und 7 stellen in vergrößertem Maßstab den Bereich I der 2 in mehreren Ausführungsvarianten dar.
In 5 findet man das konische Außengewinde 7 und das konische Innengewinde 8 zusammengebaut wieder, die durch ihre jeweiligen Zähne dargestellt sind.
Das als nicht einschränkend zu verstehendes Beispiel dargestellte Gewinde ist vom an sich bekannten, trapezförmigen API-"Buttress"-Typ, mit den aufeinanderliegenden Einsteck- 34 und Aufnahme-Arbeitsflanken 35 und den Einsteck-Eingriffsflanken 36 und Aufnahme-Eingriffsflanken 37.
Die Scheitel 38 der Zähne des Innengewindes 8 sind in klemmender Auflage gegen die Lückentiefen 39 der Zähne des Außengewindes 7 durch Interferenz der Gewinde untereinander, und gleiches gilt entsprechend für die Scheitel der Zähne des Außengewindes, die gegen die Lückentiefen der Zähne des Innengewindes anliegen.
Natürlich kann man sich andere Beziehungen zwischen dem Innengewinde und dem Außengewinde vorstellen, aber diese bleiben beim Schraubvorgang immer interferierend und in Klemmkontakt-Stellung.
Zum Beispiel können die Scheitel 38 der Zähne des Innengewindes 8 durch Interferenz der Gewinde miteinander in Klemmkontakt gegen die Lückentiefen 39 der Zähne des Außengewindes 7 anliegen, während die Scheitel der Zähne des Außengewindes nicht gegen die Lückentiefen der Zähne des Innengewindes anliegen.
G1 und G2 stellen die Mantellinien der Kegel dar, die den maximalen Raumbedarf des Außengewindes 7 und des Innengewindes 8 definieren. Die Neigung der Mantellinien wurde absichtlich übertrieben dargestellt, um die Darstellung zu vereinfachen.
Man sieht, dass sowohl das Außengewinde 7 als auch das Innengewinde 8 über eine bestimmte Länge unterbrochen wurden, um Platz für das zentrale Dichtmittel 9 zu schaffen. Diese Länge kann in einer Größenordnung von zwischen 3 und 5 Gewindegangsteigungen variieren.
Die Einsteck- 10 und Aufnahme-Auflageflächen 11, die das Dichtmittel 9 bilden, sind kegelstumpfförmige parallele Flächen mit einer Mantellinie G3, deren Neigung vorteilhafterweise stärker ist als die Neigung der Gewinde.
Vorzugsweise wird der Abstand a zwischen der Neigung der Mantellinien G1, G2 und der Neigung der Auflageflächen-Mantellinie G3 auf 20° begrenzt.
In der zusammengebauten Stellung der Verbindung liegen die Flächen 10, 11 aufeinander mit einem Kontaktdruck auf, der die Dichtheit gewährleistet.
Dieser Kontaktdruck ist umso stärker, je größer der Wert der Interferenz in Höhe der Flächen 10, 11 ist, wobei diese Interferenz eine elastische Verformung erzeugt, die die Ursache für den Druck ist.
In 5 wurden die Flächen 10, 11 absichtlich in ihrer Geometrie vor dem Schraubvorgang dargestellt, um die tatsächliche Interferenz zwischen diesen beiden Flächen darzustellen, d.h. d1, die senkrecht zur Achse X1-X1 der Verbindung gemessen wird. Je größer die Interferenz, desto höher die Kontaktdrücke zwischen den Flächen.
Wenn die Flächen miteinander mit einem Kontaktdruck in Kontakt sind, verläuft die Kontaktlinie entlang der Mantellinie G3.
Die Auflageflächen 10, 11 werden von Aussparungen 40, 41 umgeben, die stromaufwärts und stromabwärts notwendig sind, um einerseits den Eingriff und die problemlose Schraubbewegung des Einsteckelements in das Aufnahmeelement und andererseits die notwendige Aussparung für die Bearbeitungswerkzeuge zu ermöglichen.
Die 6 und 7 stellen Ausführungsvarianten des zentralen Dichtmittels 42, 43 dar.
In 6 besteht die Einsteck-Auflagefläche 44 aus einer kegelstumpfförmigen Fläche, deren Mantellinie G4 parallel zu den Mantellinien G1 und G2 der Gewinde 7, 8 verläuft. Die Aufnahme-Auflagefläche 45 besteht aus einer torusförmigen Fläche.
In 7 ist die Einsteck-Auflagefläche torusförmig, und die Aufnahme-Auflagefläche ist kegelstumpfförmig, mit einer Mantellinie G5 parallel zu den Mantellinien G1 und G2.
Die Interferenzen der Auflageflächen sind in den 6 und 7 an dem Punkt dargestellt, an dem sie am größten sind, d.h. d2 bzw. d3.
Die in den 6 und 7 dargestellten Auflageflächen haben den Vorteil, Flächen mit einem weniger langen Klemmweg als die Flächen 10 und 11 der 5 zu sein. Die von den Flächen 44/45 oder 46/47 entwickelten Kontaktdrücke haben aber eine andere Verteilung als die der Flächen 10, 11.
Die im Bereich der Erfindung liegenden Einsteck- und Aufnahme-Auflageflächen können eine beliebige Form aufweisen, solange sie in der Lage sind, in der zusammengebauten Stellung der Verbindung aufeinander aufzuliegen.
Vorteilhafterweise wird der maximale Raumbedarf dieser Auflageflächen durch den Raum definiert, der zwischen den Mantellinien G1 und G2 vorhanden ist, welche die Raumbedarfsgrenzen des Gewindes definieren.
Um die Wirkung des zentralen Dichtmittels wie 9, 42, 43 und/oder die gegenseitige Auflage der Flächen wie 10–11, 44–45, 46–47 zu verstärken, und auch wenn die Verbindung ein zweites Dichtmittel wie 33 aufweist, um ggf. wenn nötig die Wirksamkeit dieses zweiten Dichtmittels zu verstärken, kann man in der Praxis dazu gezwungen sein, die radiale Interferenz zwischen Gewindegangscheiteln und -gründen eines der Gewindebereiche zu reduzieren oder sogar zu beseitigen, der sich auf einer Seite des zentralen Dichtmittels befindet.
Hierzu kann man auf einem der beiden Elemente, d.h. auf dem Einsteck- oder dem Aufnahmeelement der Verbindung, die Stellung der Mantellinien wie G1 und G2 um einen in Bezug auf die Achse der Verbindung gemessenen Abstand in der Größenordnung von 0,005 mm bis 0,10 mm verschieben, indem der Bereich der Mantellinie G1, wenn man auf dem Außengewinde arbeitet, oder von G2, wenn man auf dem Innengewinde arbeitet, der sich in den Figuren wie 5, 6, 7 links vom zentralen Dichtmittel befindet, von dem Bereich der Mantellinie G1 oder G2 getrennt behandelt wird, der sich in den Figuren wie 5, 6 oder 7 rechts vom zentralen Dichtmittel befindet. Auf diese Weise bleiben die beiden Mantellinienbereiche G1 oder G2, d.h. der Bereich, der sich links vom zentralen Dichtmittel befindet, und der Bereich, der sich rechts befindet, parallel, und sind gleichzeitig radial geringfügig um den angegebenen Betrag in Bezug auf die Achse der Verbindung verschoben.
Der allgemeine Betrieb der soeben beschriebenen Verbindung, die grundlegend weiterhin auf einem einzigen Innengewindebereich und einem einzigen Außengewindebereich beruht, wie sie vorher im vorliegenden Text definiert wurden, wird dadurch prinzipiell nicht verändert, und die Dichtheitseigenschaften können je nach dem auch von dieser radialen Verschiebung des Außen- oder des Innengewindes zu beiden Seiten des Bereichs des zentralen Dichtmittels profitieren.
Die 8, 9 und 10 stellen drei Ausführungsformen eines Zusammenbaus von zwei Rohren vom gemufften Typ dar, die je zwei erfindungsgemäße Verbindungen verwenden.
In 8 sieht man in axialem Schnitt durch die Achse X4-X4 den Zusammenbau 48 von zwei Rohren 49, 50 mit Hilfe einer Muffe 51.
Jedes zu verbindende Rohr wie 49, 50 weist an seinem Ende ein Einsteckelement wie 53, 54 auf.
Die Muffe 51 ist mit einem zentralen Absatz 52 versehen, und jedes Ende der Muffe 51 weist ein Aufnahmeelement wie 55, 56 auf.
Die Vereinigung der Elemente 53–55 bzw. 54–56 stellt je eine erfindungsgemäße Verbindung dar.
Die Einsteckelemente 53, 54 und die Aufnahmeelemente 55, 56 sind derart, dass ihre Struktur ihrer obigen Beschreibung entspricht, und dass sie miteinander vereint je eine erfindungsgemäße Verbindung bilden. In diesem Fall weist jede Verbindung wie in 4 zusätzlich zum zentralen Dichtmittel wie 57, 58 ein zweites Dichtmittel wie 59, 60 von der Art desjenigen auf, das mit 33 in 4 bezeichnet ist.
Die Stoppeinrichtung, die es ermöglicht, die Schraubbewegung des Einsteckelements im Aufnahmeelement in einer bestimmten Stellung anzuhalten, besteht hier aus dem Absatz 52, der als Anschlag wie 61, 62 vom gleichen Typ dient, wie der in 4 in 30 dargestellte Anschlag.
Der erfindungsgemäße Zusammenbau besteht also aus zwei ebenfalls erfindungsgemäßen Verbindungen.
9 ist eine Variante der Ausführungsform gemäß 8 und stellt im axialen Schnitt gemäß X5-X5 einen erfindungsgemäßen Zusammenbau dar, der zwei Rohre 63, 64 über eine Muffe 65 miteinander verbindet.
Im Unterschied zu 8 weist die Muffe 65 keinen Absatz wie den Absatz 52 der 8 auf.
Hier weisen die beiden erfindungsgemäßen Verbindungen, die aus Einsteck- bzw. Aufnahmeelementen 66–67 bzw. 68–69 bestehen, die den Zusammenbau bilden, einen gemeinsamen Anschlag 70 auf, der durch Auflage der Enden 71, 72 der Einsteckelemente 66, 68 aufeinander gebildet wird.
Dieser gemeinsame Anschlag bildet das gemeinsame Mittel für diese beiden erfindungsgemäßen Verbindungen zum Anhalten der Schraubbewegung in der bestimmten Stellung, um die Einsteck- und Aufnahme-Auflageflächen des zentralen Dichtmittels 73, 74 jeder Verbindung einander perfekt überdecken zu lassen.
Außerdem ist ein zweites Dichtmittel in 75, 76 im zentralen Bereich der Muffe jenseits der Gewindebereiche der den hier hergestellten Zusammenbau bildenden Verbindungen vorgesehen, das hier in an sich bekannter Weise durch eine Metall-Metall-Auflage von zwei zum Beispiel konischen Flächen in Klemmkontakt hergestellt wird.
Um die Präzision der zentralen Positionierung des gemeinsamen Anschlags 70 zu erhöhen, werden Rücksprünge 77, 78 in Form von Schultern sowohl auf dem Einsteckelement 66, 68 jeder den Zusammenbau bildenden Verbindung als auch auf dem Aufnahmeelement 67, 69 hergestellt.
Es wird vorgesehen, dass der axiale Abstand zwischen den Aufnahmeschultern, die an der Muffe 65 hergestellt sind, geringfügig kleiner als der axiale Abstand ist, der zwischen den Einsteckschultern besteht, wenn die Enden 71, 72 der Einsteckelement 66, 68 gegen ihren gemeinsamen Anschlag 70 anliegen, so dass diese Schultern sich nie dem Inanschlagbringen 70 der Enden 71, 72 der Einsteckelemente 66, 68 widersetzen.
Man sieht so in 9, dass die Einsteck- und die Aufnahmeschulter nur auf der Seite des Rücksprungs 77 in Kontakt sind, wobei ein leichtes axiales Spiel auf der Seite des Rücksprungs 78 zwischen den entsprechenden Einsteck- und Aufnahmeschultern vorhanden ist.
Es wird ebenfalls vorgesehen, dass die Positionierung der Einsteck- bzw. der Aufnahmeschulter der Rücksprünge 77, 78 so ist, dass der gemeinsame Anschlag 70 bei der Schraubbewegung im zentralen Bereich der Muffe entsteht, d.h. in der Ebene ihrer Symmetrieachse Y1-Y1 oder in deren direkten Nähe.
10 ist eine Variante der Ausführungsform der 9 und stellt im axialen Schnitt gemäß X6-X6 einen erfindungsgemäßen Zusammenbau dar, der zwei Rohre 79, 80 durch eine Muffe 81 miteinander verbindet.
Im Unterschied zu 9 weisen die beiden erfindungsgemäßen Verbindungen, die aus den Einsteckelementen 82–83 bzw. den Aufnahmeelementen 84–85 bestehen, welche den Zusammenbau bilden, je nur ihr zentrales Dichtmittel 86, 87 auf.
Im Gegensatz zu den 8 oder 9 gibt es kein zweites Dichtmittel.
Auch hier weist der Zusammenbau einen gemeinsamen Anschlag 89 und Rücksprünge 90, 91 auf, die sowohl auf den Einsteckelementen 82, 84 als auch auf den Aufnahmeelementen 83, 85 ausgebildet sind und dazu dienen, diesen Anschlag 89 genau in der oder in der Nähe der Symmetrieebene Y2-Y2 der Muffe anzuordnen.
Die gewünschten axialen Spielräume werden vorgesehen, damit diese Rücksprünge analog zu demjenigen funktionieren, wie er für 9 beschrieben wurde.
Dagegen weist der zentrale Bereich 88 des Zusammenbaus keine Dichtungsauflagefläche 10 auf, und das gewindelose Ende der Einsteckelemente 82, 84 gleitet mit radialem Spiel frei im zentralen Bereich 88 der Muffe 81, bis es in 89 in Anschlag kommt.
Man kann erfindungsgemäß natürlich auch einen Zusammenbau von zwei Rohren vom Vollverbindungstyp durchführen, indem man eine einzige erfindungsgemäße Verbindung verwendet.
Als Beispiel für einen solchen Zusammenbau wird auf die 1 und 2 sowie die 3 und 4 verwiesen.
In diesem Fall trägt jedes zu verbindende Rohr 3, 4 alternativ an seinen Enden ein Einsteckelement bzw. ein Aufnahmeelement gemäß der Erfindung, und der Zusammenbau erfolgt durch Schrauben eines Einsteckelements 1 eines Endes eines ersten Rohrs 3 in ein Aufnahmeelement 2 eines Endes eins zweiten Rohrs 4.
Wie man durch die vorhergehende Beschreibung sehen konnte, sind die erfindungsgemäße Verbindung und die mit diesen Verbindungen hergestellten Zusammenbauten besonders kompakt und weisen gleichzeitig die gewünschten äußeren und inneren Dichtungseigenschaften auf.
Dies rührt daher, dass ihr Gewinde aus einem einzigen Gewindebereich ohne Fluchtungsunterbrechung des Konus besteht, auf dem sie hergestellt sind, im Gegensatz zu den bekannten Verbindungen, die zwei axial und radial verschobene Gewindebereiche aufweisen.
Aufgrund der Stellung des zentralen Dichtmittels kann man außerdem die vollkommenen Gewindegänge des Gewindes an den beiden Enden verlängern, wenn man kein zweites Dichtmittel hinzufügt.
Dies ermöglicht einen Wirksamkeitskoeffizienten der Verbindung, der höher ist als derjenige einer Verbindung mit gleicher Abmessung, die an den Enden der Gewinde Dichtauflageflächen aufweist.
Selbstverständlich wird die Konizität des Gewindes so gewählt, das ein leichtes Eingreifen des Einsteckelements in das Aufnahmeelement ermöglicht wird.
Vorteilhafterweise, und in nicht einschränkender Weise, werden Gewinde gewählt, deren Neigung in Bezug auf die Achse 2,86 Grad oder mehr beträgt.
Die Verbindung und der Zusammenbau gemäß der Erfindung, die dazu bestimmt sind, starken Drücken zu widerstehen, werden oft, aber nicht ausschließlich, auf starken Rohren mit großen Durchmessern hergestellt.
Die Erfindung kann in vielen verschiedenen Varianten hergestellt werden, die alle im von den Ansprüchen des vorliegenden Patents abgedeckten Bereich bleiben.

Claims

Gewinde-Rohrverbindung von der Art, die ein Einsteckelement (1), das am Ende eines ersten Rohrs (3) angeordnet ist, und ein Aufnahmeelement (2), das am Ende eines zweiten Rohrs (4) angeordnet ist, sowie ein zentrales Dichtmittel (9) aufweist, das von einer Einsteck-Auflagefläche (10) und einer Aufnahme-Auflagefläche (11) gebildet wird, die in der zusammengebauten Stellung der Verbindung aufeinander aufliegen können, wobei das Einsteckelement (1) ein konisches Außengewinde (7) und das Aufnahmeelement ein konisches Innengewinde (8) aufweist, das dem Außengewinde (7) entspricht, wobei außerdem eine Stoppeinrichtung (12, 13, 21) vorgesehen ist, um die Schraubbewegung des Einsteckelements (1) in das Aufnahmeelement (2) in der zusammengebauten Stellung der Verbindung in einer bestimmten Stellung anzuhalten, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde (7) einen Außengewindebereich aufweist, der sich auf einem einzigen Kegel befindet, und das Innengewinde in gleicher Weise einen Innengewindebereich aufweist, und dass die Einsteck- und Aufnahme-Auflageflächen des zentralen Dichtmittels sich in einem allgemein zentralen Bereich des Außengewindebereichs für die Einsteck-Auflagefläche (10) und des Innengewindebereichs für die Aufnahme-Auflagefläche (11) befinden, in dem die Außen- bzw. Innengewinde unterbrochen wurden.
Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Außengewindebereich und zum Innengewindebereich sowohl die vollkommenen Gewindegänge als auch die unvollkommenen oder schwindenden oder unvollständigen Endgewindegänge gehören.
Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Dichtmittel sich in einem Bereich befindet, der vom Mittelpunkt des Außengewindebereichs oder des Innengewindebereichs um eine Länge entfernt ist, die höchstens gleich 1/4 der Länge des Gewindebereichs auf jeder Seite des Mittelpunkts ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoppeinrichtung, die es ermöglicht, die Schraubbewegung des Einsteckelements in das Aufnahmeelement in der zusammengebauten Stellung der Verbindung in einer bestimmten Stellung anzuhalten, aus einer Einrichtung besteht, die direkt mit den Gewinden (12, 13) verbunden ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoppeinrichtung, die es ermöglicht, die Schraubbewegung des Einsteckelements in das Aufnahmeelement in der zusammengebauten Stellung der Verbindung in einer bestimmten Stellung anzuhalten, aus einer von den Gewinden unabhängigen Einrichtung besteht.
Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Gewinden unabhängige Einrichtung ein Anschlag ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Auflageflächen, die Einsteck-Auflagefläche und/oder die Aufnahme-Auflagefläche, des zentralen Dichtmittels aus einer konischen Fläche besteht, deren Konizität in gleicher Richtung verläuft wie die Konizität des Gewindes, und deren Winkel in Bezug auf die Achse der Verbindung vor teilhafterweise größer ist als der Winkel des Kegel des Gewindes in Bezug auf diese Achse.
Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der konischen Auflagefläche mit der Achse der Verbindung um einen Wert von höchstens gleich 20° größer ist als der Winkel des Konus des Gewindes in Bezug auf diese Achse.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Raumbedarf der Einsteck- und Aufnahme-Auflageflächen des zentralen Dichtmittels durch den Raum definiert wird, der zwischen den Mantellinien (G1–G2) vorhanden ist, welche die Raumbedarfsgrenzen der Gewinde definieren.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsteck-Auflagefläche und die Aufnahme-Anflagefläche des zentralen Dichtmittels zwei konische Flächen sind, deren Konizität vorteilhafterweise größer ist als die Konizität der Gewinde.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein zweites Dichtmittel aufweist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der die Raumbedarfsgrenzen der Gewinde definierenden Mantellinie (G1–G2), der sich auf einer Seite des zentralen Dichtmittels befindet, für eines der Gewinde, das Außengewinde oder das Innengewinde, in Bezug auf den Teil der gleichen Mantellinie, der sich auf der anderen Seite des zentralen Dichtmittels befindet, geringfügig radial versetzt ist.
Verbindung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtmittel von einer Einsteck-Auflagefläche, die sich in der Nähe des freien Endes des Einsteckelements befindet, und von einer Aufnahme-Auflagefläche gewährleistet wird, die im entsprechenden Bereich des Aufnahmeelements angeordnet ist, wobei die Einsteck- und die Aufnahmefläche beim Zusammenbau der Verbindung aufeinander zu liegen kommen.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Interferenz in Höhe der Einsteck- und Aufnahme-Auflageflächen des zentralen Dichtmittels größer ist als die Interferenz zwischen dem Außengewinde und dem Innengewinde.
Schraubverbindung von zwei Rohren vom integralen Typ, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch eine Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt wird, wobei das Einsteckelement der Verbindung am Ende des ersten Rohrs und das Aufnahmeelement am Ende des zweiten Rohrs hergestellt wird.
Verbindung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement an einem Rohrende hergestellt wird, das vorher ausgedehnt wurde, während das Einsteckelement an einem Rohrende hergestellt wird, das wahlweise verdickt wurde.
Schraubverbindung von zwei Rohren (49, 50) von der Art, die durch eine Muffe (51) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch zwei Verbindungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt wird, wobei ein Einsteckelement (53, 54) an jedem Rohrende (49, 50) und ein Aufnahmeelement (55, 56) an jedem Ende einer Muffe (51) hergestellt wird, wobei ein Einsteck element jedes Rohrs in jedes der Aufnahmeelemente eines der Enden der Muffe eingesetzt wird.
Verbindung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende jedes Einsteckelements (49, 50) in der zusammengebauten Stellung auf einem Teil der Muffe (51) zu liegen kommt, der einen zentralen Absatz (52) bildet, wodurch zwei Anschläge (61, 62) erzeugt werden.
Verbindung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden freien Enden (71, 72) der Einsteckelemente (66, 68) in der zusammengebauten Stellung aufeinander liegen, wodurch ein gemeinsamer Anschlag (70, 89) gebildet wird.
Verbindung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass Schultern bildende Rücksprünge (77, 78, 90, 91) auf jedem Einsteckelement (66, 68) und jedem Aufnahmeelement (67, 69) in der Nähe des zentralen Teils der Muffe hergestellt werden, Schultern, die es ermöglichen, den gemeinsamen Anschlag (70, 89) präzise zu positionieren.