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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anschließen wenigstens
einer Zweigleitung an eine Leitung zum Befördern eines Fluids; das beförderte Fluid
kann unter Druck stehen oder auch nicht und in flüssigem oder
gasförmigem Zustand
vorliegen.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere eine solche Vorrichtung zum Anschließen einer
sogenannten sekundären
Leitung an eine sogenannte Hauptleitung, die einen ersten, einen
Sattel bildenden Abschnitt bildet, der geeignet ist, einen Teil
der Außenfläche der
Wand der Hauptleitung zu bedecken, an der er anliegt und/oder über die
er sich schiebt.
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Ein
(elektrisch leitendes) resistives Organ kann in diesen Sattel integriert
sein und ist dazu bestimmt, an eine Stromquelle angeschlossen zu
werden, um durch Erhitzen des Sattels und der Hauptleitung das Verschweißen der
Vorrichtung mit dieser Leitung zu bewirken; derartige sogenannte
elektroschweißbare
Verbindungsvorrichtungen sind besonders für die Fälle geeignet, in denen die
Hauptleitung ein unter Druck stehendes Fluid transportiert; wenn hingegen
das Fluid ohne Druck (oder unter geringem Druck) befördert wird,
kann die Verbindungsvorrichtung durch eine mechanische Verbindung,
wie einen Gurt, fest mit dieser Leitung verbunden werden.
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Derartige
Vorrichtungen umfassen ferner eine rohrförmige Muffe, die einen Stutzen
für das
Anschließen
der sekundären
Leitung bildet, sowie einen zylinderförmigen Schaft (oder zweite
Muffe), in dem ein Perforierungsorgan koaxial zum Schaft verschieblich
angebracht ist; das Perforierungsorgan umfaßt einen rohrförmigen unteren
Teil, dessen freies Ende eine Klinge zum Schneiden der Wand der Hauptleitung
bildet, und dessen oberer Teil mit einem Außengewinde versehen ist, um
mit einem mit einem Gewinde versehenen Innenteil des Schafts zusammenzuwirken;
derartige Vorrichtungen sind in den Dokumenten
US 4,684,417 ,
FR 2 519 578 ,
EP 736 718 und
EP 821 193 beschrieben.
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Die
Erfindung ist insbesondere auf solche Vorrichtungen anwendbar, deren
Sattel, Schaft und Muffe ein einziges Formteil aus Kunststoff bilden,
wie dies beispielsweise in der DE-A-197 05 265 beschrieben ist.
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Weitere
Anschlußvorrichtungen,
die sowohl hinsichtlich ihrer Struktur als auch ihrer Verwendung komplex
sind, sind beispielsweise in dem Dokument EP-A-0 726 419 beschrieben.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche Anschlußvorrichtung
vorzuschlagen, die eine einfache Gestaltung aufweist, so daß sie kostengünstig ist,
die selbst von einem unqualifizierten Personal leicht zu verwenden
ist und die ermöglicht,
eine Zweigleitung an eine Fluidbeförderungsleitung anzuschließen, während das
beförderte
Fluid unter Druck steht, d.h. ohne die Fluidlieferung über diese
(sogenannte Haupt-) Leitung zu unterbrechen. Erfüllt wird die Aufgabe der Erfindung
dank der Anschlußvorrichtung
des Anspruchs 1.
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So
betrifft die vorliegende Erfindung eine (bekannte) Vorrichtung zum
Anschließen
einer Zweigleitung an eine Leitung – sogenannte Hauptleitung – zur Fluidbeförderung,
wobei die Fluidbeförderungsleitung
eine Wand umfaßt,
welche das Fluid von der Außenumgebung
trennt, wobei die Anschlußvorrichtung
einen Stützteil
(-sattel) umfaßt,
dessen Form komplementär
zu der Form der Außenfläche der Wand
der Fluidbeförderungsleitung
ist und der mit Mitteln versehen ist, um den Stützteil fest mit dieser Außenfläche zu verbinden;
eine Vorrichtung zum Perforieren der Wand der Hauptleitung umfaßt ein Perforierungsorgan,
das geeignet ist, in einem zylinderförmigen Schaft, der fest mit
dem Stützteil
verbunden ist, in Bewegung versetzt zu werden, um in der Wand der
Hauptleitung eine Öffnung
auszubilden, sowie einen Stutzen zum Verbinden der Zweigleitung mit
der Hauptleitung, der geeignet ist, mit letzterer verbunden zu werden,
nachdem die genannte Öffnung
ausgebildet worden ist und das Perforierungsorgan aus dieser Öffnung entfernt
worden ist.
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Gemäß der Erfindung
umfaßt
die Anschlußvorrichtung
eine den Durchgang des Fluids zwischen dem Schaft und dem Perforierungselement
unterbindende (oder begrenzende) Dichtungsvorrichtung, von welcher
ein Teil durch die Innenfläche
des Schafts gebildet ist und die mit einem unteren glatten Teil
der Außenfläche des
Perforierungsorgans in Dichtungskontakt ist.
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Die
Dichtungsvorrichtung umfaßt
einen an der Innenfläche
des Schafts vorstehenden torischen Wulst, der einen Dichtungskontakt
mit dem glatten Teil des Perforierungsorgans sicherstellt; vorzugsweise
wird dieser Wulst, der eine Verengung des Innenquerschnitts des
Schafts bewirkt, einstückig
mit dem Schaft beim Formen dessen gebildet.
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Nach
einer Ausführungsvariante
wird die Verengung des Innenquerschnitts des Schafts mittels eines
Rings mit kreisförmigem
Querschnitt (abnehmbarer oder nicht abnehmbarer O-Ring) in einer
an der Innenfläche
der Wand des Schafts vorgesehenen torischen Nut erzielt.
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Ein
solcher Ring kann an die Innenfläche
des zylinderförmigen
Schafts angeformt werden und/oder kann fest mit dem Schaft verschweißt werden:
Er kann notfalls von einem O-Ring gebildet sein, der nach dem Formen
des Schafts in dessen Nut eingefügt
(gelagert) wird; jedoch bringt das Formen dieser Nut, das die Verwendung
eines dehnbaren Werkzeugs (Kern) erfordert, eine Schwierigkeit hinsichtlich der
Durchführung
mit sich.
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Mit
anderen Worten gesagt besteht die Erfindung darin, eine solche Anschlußvorrichtung
vorzuschlagen, bei welcher der Anlageabschnitt (oder -sattel), der
Verbindungsstutzen, der Schaft, welcher den Perforierer aufnimmt,
sowie Dichtungsmittel zwischen dem Schaft und dem Perforierer durch
Formen oder Anformen fest verbunden werden; des weiteren sind die
Dichtungsmittel derart ausgebildet, daß sie die glatte Fläche des
Perforierers nach dessen Einführen
in den Schaft umfassen; zu diesem Zweck ist der Durchgangsdurchmesser
der Dichtungsmittel, in freiem Zustand, geringer als der Durchmesser
der genannten glatten Außenfläche des
Perforierungsorgans; vorzugsweise liegt die Differenz der Durchmesser
in einem Bereich zwischen 0,3 und 0,9 mm, insbesondere zwischen
0,4 und 0,8 mm.
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Vorzugsweise
sind die Dichtungsmittel von einem ringförmigen Wulst oder zwei ringförmigen Wülsten in
Form eines Torus gebildet, dessen Achse mit der Längsachse
des Schafts im wesentlichen zusammenfällt und dessen Querschnitt
im wesentlichen halbkreisförmig
ist; der ringförmige
Wulst besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Wände des
Schafts, wobei er durch Formen in einem einzigen Arbeitsschritt
erhalten wird, und das Profil des Querschnitts des Torus ist in
seinem mittleren Teil abgeflacht.
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Zu
diesem Zweck, und nach einem anderen Aspekt, besteht die Erfindung
darin, eine Spritzgußform
nach Anspruch 10 vorzuschlagen, eine Form zum Spritzgießen eines
Kunststoffrohlings der Anschlußvorrichtung,
die einen Kern umfaßt,
der einen lösbaren
Abschnitt der Form bildet, der die Dichtungsmittel aufnimmt oder
dazu dient, diese zu bilden; um während des Formens einen an
der Innenfläche
des Schafts vorspringenden torischen Dichtungswulst auszubilden,
umfaßt
der herausnehmbare Kern vorzugsweise eine ringförmige Nut in Form eines Torus,
der mit der Längsachse
des Kerns koaxial ist, welcher im allgemeinen zylinderförmig ist; diese
Nut erstreckt sich zwischen einem Endabschnitt des Kerns, welcher
dazu dient, eine Kammer zum Verbinden des Schafts und des Stutzens
zu bilden, und einem mittleren Abschnitt des Kerns, welcher dazu
dient, den Schaft zu formen.
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Alternativ
hierzu kann der Kern eine beispielsweise zylinderförmige, mit
Anschlägen
versehene Auflagefläche
für das
Halten einer O-Ringdichtung umfassen; in diesem Fall wird diese
Dichtung während
des Formens des Rohlings mit diesem durch Anformen fest verbunden;
dies birgt jedoch den Nachteil eines zusätzlichen Handgriffs, da für jedes
herzustellende Teil eine Dichtung an dem Kern angeordnet werden
muß, anschließend nach
dem Ausformen sichergestellt werden muß, daß sie korrekt positioniert
ist.
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In
beiden Fällen
ist der mittlere Abschnitt des Kerns, welcher zum Formen des Schaftes
dient, vorzugsweise mit einem Außengewinde versehen, um während des
Formens das Innengewinde des Schafts zu bilden; in diesem Fall erfolgt
das Herausziehen des Kerns aus dem geformten Rohling durch Herausschrauben
des Kerns gegenüber
dem Schaft.
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Bei
Herausziehen des Kerns werden die an den Rohling angeformten oder
in diesen integrierten Dichtungsmittel einer Verformung unterzogen,
und zwar einer im wesentlichen elastischen Verformung, wenn das
Dichtungsorgan eine angeformte Dichtung ist, oder aber eine im wesentlichen
plastische Verformung, wenn dieses Organ durch den mittels Formen erhaltenen
Wulst gebildet wird; in letzterem Fall ergibt sich hieraus im allgemeinen
eine Abflachung des Wulstes in seinem mittleren Teil.
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Erstaunlicherweise
ermöglicht
die Erfindung, eine in der Praxis ausreichende Dichtigkeit zwischen dem
Schaft und dem Perforierer zu gewährleisten; die Erfindung ermöglicht,
eine schwierige Sichtkontrolle des Vorhandenseins der Dichtung in
dem Formteil zu vermeiden und ermöglicht im allgemeinen, das Vorhandensein
von zusätzlichen
angesetzten Dichtungen an dem Perforierer zu vermeiden.
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Die
Erfindung ermöglicht,
eine sehr widerstandsfähige
mechanische Verbindung zwischen dem Dichtungsorgan und dem Schaft
sicherzustellen und ermöglicht,
ein solches Organ zu erhalten, dessen Risiken eines Verschleißes und/oder
einer Zerstörung
bei der Bewegung des Perforierers sehr gering sind.
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Die
Erfindung verringert die Anzahl von herzustellenden und zu lagernden,
auf dichte Weise fest zu verbindenden und zu kontrollierenden Teilen.
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Die
Erfindung erleichtert die robotergesteuerte Herstellung der Anschlußvorrichtung
und verringert die Anzahl der Handgriffe bezüglich der kleinen, verformbaren
Teile, welches die Dichtungen sind.
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Weitere
Ziele sowie Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung, die sich auf die beiliegenden, Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnungen bezieht, klar hervorgehen.
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1 zeigt
eine Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen Anschlußvorrichtung.
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2 zeigt
in einer schematischen Perspektivansicht eine erfindungsgemäße Anschlußvorrichtung.
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3 zeigt
in einer Längsschnittansicht
den Perforierer, mit denen die Vorrichtung der 1 und 4 ausgestattet
ist.
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4 ist
eine Schnittansicht durch eine die Achsen 51, 55 des
Schafts bzw. des Stutzens enthaltende mittlere Querebene, der in 2 dargestellten Vorrichtung.
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5 ist
eine vergrößerte Ansicht
des Details A der 4.
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6 ist
eine Seitenansicht des herausnehmbaren Kerns einer Form für die Herstellung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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7 ist
eine vergrößerte Ansicht
des Details X der 6.
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Die
Hauptleitung C, die eine zylindrische Wand 10 mit der Achse 50 umfaßt, wird
verwendet, um ein Brenngas oder Wasser zwischen einer Station zur
Lieferung dieses Fluids und einer oder mehreren Stellen zur Verwendung
dieses Fluids zu befördern.
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Die
Wand 10 besteht aus einem metallischen Material wie Kupfer
oder einem nicht metallischen Material wie einem Kunststoff, beispielsweise
Polyethylen, der an die Art und den Druck des Fluids angepaßt ist.
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Die
Anschlußvorrichtung
B umfaßt
einen Stützsattel 12,
dessen Form zu der Form der Außenfläche der
Wand 10 komplementär
(im allgemeinen zylinderförmig
mit der Achse 50) ist.
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Der
Sattel 12 ist mit Mitteln versehen, um die Vorrichtung
B fest mit der Außenfläche der
Wand 10 zu verbinden; diese Mittel sind von Flanschen 14 gebildet,
die mit einem Gurt 53 zusammenwirken. Die Anschlußvorrichtung
B umfaßt
eine Vorrichtung P zum Perforieren der Wand 10, die einen
zylindrischen Schaft 16 mit der Achse 51 umfaßt, die – in ihrem
Scheitelpunkt 52 – im
wesentlichen senkrecht zur Wand 10 verläuft. Der zylindrische Schaft 16 ist über den
von dem Stützteil 12 am
weitesten entfernten Teil seiner Länge mit einem Innengewinde 18, 61 ausgebildet,
in das sich eine zylindrische Perforierungsvorrichtung 20 einschrauben
kann, die an ihrem oberen Teil 80 mit einem Außengewinde
versehen ist.
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Die
Perforierungsvorrichtung 20 weist an ihrem oberen Ende,
das zur Außenseite
des Schafts 16 gerichtet ist, eine Innensechskantvertiefung 22 auf, so
daß sie
mittels eines (nicht dargestellten) Sechseckschlüssels in Bewegung versetzt
werden kann. Die Perforierungsvorrichtung 20 umfaßt an ihrem
unteren Ende (das zur Leitung C gerichtet ist) ein Schneidorgan 24, 70,
das geeignet ist, in eine in dem Stützteil 12 vorgesehene Öffnung 26 einzudringen, wenn
das Perforierungselement 20 betätigt wird, so daß die Wand 10 durchbohrt
wird.
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Die
Vorrichtung B umfaßt
einen zylinderförmigen
Stutzen 28 mit der Achse 55, um eine Zweigleitung 54 mit
der Leitung C zu verbinden, nachdem diese durch die Perforierungsvorrichtung 20 durchbohrt
worden ist. Das Innenvolumen 56 des Stutzens 28 steht über eine
Kammer 58, die in dem Körper
der Vorrichtung B ausgebildet ist und in der sich der Schnittpunkt
der Achsen 51 und 55 befindet, mit dem Innenvolumen 57 des
zylinderförmigen
Schafts 16 in Verbindung.
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Der
Sattel 12, der Schaft 16 und der Stutzen 28 sind
durch Formen eines Materials, das mit dem beförderten Fluid kompatibel ist,
insbesondere von Polyethylen gebildet ist, einstückig ausgebildet. Die Perforierungsvorrichtung 20 kann
aus einer Metallegierung bestehen.
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Um
die Leitung 54 an die Leitung C anzuschließen, wird
zunächst
der Sattel 12 mit Hilfe der Flansche 14 (und/oder
der integrierten Elektroschweißvorrichtung)
an der Leitung C befestigt, anschließend wird die Perforierungsvorrichtung 20 mittels
eines mit der Vertiefung 22 zusammenwirkenden Schlüssels (durch
eine Schraubbewegung) betätigt, so
daß das
untere Ende der Perforierungsvorrichtung 20 durch die Kammer 58,
dann die Öffnung 26 in Richtung
der Leitung C nach unten bewegt wird und so daß in der Wand 10 dieser
Leitung C eine Öffnung ausgebildet
wird. Anschließend
wird die Perforierungsvorrichtung 20 in umgekehrter Richtung
betätigt,
damit sie von der Wand 10 entfernt wird und sich nach oben
bewegend die Kammer 58 durchläuft und um auf diese Weise
dem Fluid zu ermöglichen,
unter Durchqueren der Kammer 58 von der Leitung C zur Zweigleitung 54 zu
strömen.
Ein dichter Verschlußstopfen 29 wird
dann an dem oberen offenen Ende des Schaftes 16 durch Aufschrauben
auf ein Gewinde angeordnet, das an dem oberen (von der Beförderungsleitung
C am weitesten entfernten) Ende des Schaftes 16 ausgebildet
ist.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Dichtungsvorrichtung E vorgesehen, um ein Entweichen von
Fluid – durch
Passieren zwischen der Perforierungsvorrichtung und dem Schaft 16 – aus der
Kammer 58 zum oberen offenen Ende des Schaftes 16 zu
verringern oder zu verhindern. Diese Dichtungsvorrichtung E ist
zwischen dem Schaft und dem Perforierungsorgan 20 angeordnet.
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In
den 1, 4 und 5 ist die
Dichtungsvorrichtung von einem ringförmigen (torischen) Wulst (mit
der Achse 51) gebildet, der eine Verengung 30 des
zylindrischen Schaftes 16 bildet und mit der glatten Zylinderfläche 60 (mit
der Achse 81), die im unteren Teil des Perforierungselements 20 vorgesehen
ist, in Dichtungskontakt gelangt, wobei die glatte Fläche am Außenumfang
der Schneidklinge 24, 70 ausgebildet ist. Unter
Betrachtung des Fluidstroms von der Leitung C zur Leitung 54,
wie in 1 dargestellt, befindet sich die Vorrichtung E
stromabwärts
der Eintrittsöffnung 26 in
die Kammer 58, zwischen dieser Kammer und dem Schaft 16;
es kann eine Verengung stromaufwärts
(wie in 4 dargestellt) und eine weitere
Verengung stromabwärts
der Kammer 58 vorgesehen werden, so daß eine dichte Trennung der
Leitungen C und 54 durch Betätigen der Perforierungsvorrichtung
ermöglicht
wird.
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Der
Wulst 30 ist mit dem zylinderförmigen Schaft 16 durch
Formen der Innenfläche
der Wand des zylinderförmigen
Schafts 16 einstückig
ausgebildet; letzterer ist aus Polyethylen gefertigt, und der glatte
Abschnitt 71 des Perforierungselements 20 besteht
aus einem metallischen Material, wodurch es möglich ist, eine sehr gute Dichtigkeit
ohne zusätzliche
Dichtung herzustellen.
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Die
Dichtung 30 kann auch von einem O-Ring 30 aus
elastischem Material wie Kautschuk gebildet sein, der direkt in
dem zylinderförmigen Schaft 16 angeformt
und dimensioniert wird, um mit dem glatten Teil des Perforierungselements 20 in Dichtungskontakt
zu gelangen.
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Die
Verengung 30 kann auch durch Hinzufügen eines kreisförmigen Rings
aus Kunststoff, wie zum Beispiel Polyethylen erhalten werden, wobei dieser
kreisförmige
Ring einen O-Ring aus elastischem Material, wie Kautschuk, aufnimmt,
wobei diese Gesamtanordnung in dem zylinderförmigen Schaft 16 angeformt
wird, wobei der O-Ring
mit dem glatten Teil des Perforierungselements 20 in Dichtungskontakt
gelangt.
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Der
in den
6 und
7 dargestellte Kern
100 erstreckt
sich entlang einer Achse
102; er umfaßt einen ersten Endteil
106,
der mit einer Aufnahme
107 für dessen vorübergehende
Befestigung in einer Schieberform versehen ist, wie dies in den Dokumenten
FR 2 519 578 und
US 4,684,417 beschrieben
ist, die durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen
sind; der Kern umfaßt
einen mittleren Teil
105 für das Formen des inneren oberen
Endes
91 des Schafts
16; ein zylindrischer Gewindeteil
104 mit
der Achse
102 ermöglicht,
durch Formen die Gewindefläche
61 des Schafts
zu erhalten; ein zweiter Endteil
103 ermöglicht das
Formen des Verbindungshohlraums
58 zwischen dem Schaft
16 und
dem Stutzen
28.
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Eine
torische Nut 101 mit der Achse 102 erstreckt sich
zwischen den Abschnitten 103 und 104 des Kerns
und dient zum Formen des Wulstes 30; durch die Wahl einer
Tiefe 109 der Nut 101 nahe 0,65 mm, gemessen in
Bezug auf die Zylinderaußenfläche des
Endes 103, erhält
man einen Wulst, der durch diese Fläche bei Herausziehen des Kerns
aus dem Schaft teilweise zusammengedrückt wird; die vorstehende Dicke
des Wulstes nach dieser Verformung ist derart, daß die Differenz
zwischen dem Durchmesser 64 des verformten mittleren Teils 65 und
dem Durchmesser 63 der Zylinderfläche 62 nahe 0,8 mm
liegt (also eine Dicke des Wulstes gegenüber dieser Fläche, die
nahe 0,4 mm ist).
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Der
Durchmesser 64 wird um einen Wert nahe 0,6 mm kleiner als
der Durchmesser 72 der Perforierungsvorrichtung gewählt.
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Um
die in 4 dargestellten zwei übereinanderliegenden torischen
Wülste
auszubilden, wird an dem Abschnitt 103 des Kerns eine zweite
torische Nut vorgesehen; in einer Variante kann die Nut 101 verwendet
werden, um einen O-Ring zu tragen, der während des Einspritzens des
Formkunststoffs mit der Wand 73 des Schaftes 16 fest
verbunden und/oder verschweißt
wird.
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Durch
die Wahl einer Höhe
von 90 des Wulstes 30, die wenigstens gleich dessen vorstehender Dicke
ist, wird dessen Widerstandsfähigkeit
gegen ein Herausreißen
durch den Perforierer erhöht.