-
Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Rohrkupplung und auf eine Rohrverbindung,
die aus der Rohrkupplung gebildet ist.
-
Mechanische
Kupplungen zum Zusammenkuppeln von Rohren, die aus Kunststoffmaterial
hergestellt sind, wie z.B. aus Polyolefinen und Polyvinylchlorid,
sind gut bekannt. Derartige Kupplungen umfassen typischerweise eine
Hülse,
einen Komprimierungs-Bundring, eine Dichtung, die in Axialrichtung zwischen
der Hülse
und dem Komprimierungs-Bundring angeordnet ist, und Einrichtungen
(beispielsweise einem Komprimierungs-Flansch und Flansch-Schrauben)
zum Komprimieren des Komprimierungs-Bundringes gegen die Dichtung,
um dies in Radialrichtung nach innen und in Dichtungseingriff mit
dem Rohr zu verformen. Zusätzlich
ist es üblich, dass
die Kupplung einen Klemmring oder ein anderes Klemmelement enthält, um zu
verhindern, dass das Rohr aus der Kupplung herausgezogen wird. Ein Beispiel
einer derartigen Armatur ist in der
GB-A-2 251
905 A beschrieben.
-
Ein
Problem bei derartigen mechanischen Kupplungen besteht darin, dass
sofern nicht das Ende des Rohres abgestützt ist, es unter der Komprimierung
durch die Dichtungsanordnung zusammengedrückt werden kann. Entsprechend
ist es üblich, ein
zylindrisches Stützteil,
das beispielsweise aus einem steiferen Kunststoffmaterial oder aus
Metall hergestellt ist, in der Bohrung des Rohrendes anzuordnen,
um zu verhindern, dass das Rohrende zusammengedrückt wird, wenn es komprimiert
wird. Derartige Stützelemente
werden jedoch aus mehreren Gründen
als unerwünscht
betrachtet. Beispielsweise kann die Bohrungseinschnürung, die
durch das Vorhandensein des Stützteils
hervorgerufen wird, die Strömungseigenschaften
des Rohres stören,
insbesondere bei viskosen Materialien oder Strömungsmitteln, die Feststoffe
enthalten. Bei eine stärkere Schleifwirkung
aufweisenden Strömungsmitteln,
wie z.B. Schlämmen,
kann irgendeine Verringerung der Rohrbohrung eine vergrößerte Abnutzung
und Erosion der Rohrwand und des Stützteils hervorrufen.
-
Ein
weiteres Problem bei konventionellen Rohrkupplungen besteht darin,
dass die Zeit, die benötigt
wird, um eine große
Anzahl von Flansch-Schrauben mit dem erforderlichen Drehmoment anzuziehen,
um eine gute Dichtung zwischen dem Rohr, der Packung und der Dichtung
zu erzielen, beträchtlich
sein kann. Es würde
daher vorteilhaft sein, wenn die Anzahl der Flansch-Schrauben verringert
werden könnte
und das zur Erzielung einer wirkungsvollen Dichtung erforderliche
Drehmoment ohne Verlust an Dichtungs-Integrität verringert werden könnte.
-
Ein
weiteres Problem besteht darin, dass konventionelle Rohrkupplungen
der vorstehend beschriebenen Art in vielen Fällen nicht zur Verwendung mit
Rohren geeignet sind, die aus brüchigerem Material,
wie z.B. Ton oder Steinzeug hergestellt sind, und dies ergibt sich
aus den hohen Kompressionskräften,
die auf die Rohre ausgeübt
werden, um eine wirkungsvolle Abdichtung zu erzielen, was bei der
Anwendung auf brüchige
Rohre zu einem Zusammendrücken
oder Brechen des Rohres führen könnte.
-
Die
US-A-4 298 206 beschreibt
ein Packungselement zur Abdichtung einer Verbindung in einer Rohrleitung,
wobei eine Dichtung beim Einsetzen des Rohres in das Dichtungselement
hervorgerufen wird. Wie dies oben erwähnt wurde, sind derartige Anordnungen
unpraktisch, wenn die Rohre aus brüchigen Materialien hergestellt
sind.
-
Die
vorliegenden Erfinder haben sich bemüht, die Notwendigkeit von Stützeinsätzen dadurch zu
vermeiden, dass druckabhängige
Dichtungssysteme, wie z.B. Lippendichtungen und O-Ringe verwendet
werden. Beide Lösungen
ergeben jedoch zusätzliche
Probleme. Im Fall von O-Ringen kann es in der Praxis sehr schwierig
sein, ein Rohr durch eine Dichtung hindurch einzusetzen, ohne sehr
große
Kräfte zu
verwenden, was in vielen Fällen
jenseits der Fähigkeiten
einer Person oder selbst von zwei Personen ohne spezielle Werkzeuge
sein kann. Im Fall von Lippendichtungen, die zwar einfacher auf
dem Rohr zu installieren sein können,
ist es nicht möglich,
die Rohrkupplung vollständig
auf einem Rohr anzuordnen, um das Einsetzen von Reparaturabschnitten
zu ermöglichen,
und es ist auch nicht möglich,
die letzte Verbindung zwischen zwei glattendigen Abschnitten des
Rohres herzustellen.
-
Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Probleme
zu beseitigen und eine Rohrkupplung für Kunststoffrohre zu schaffen,
bei der die Verwendung von Stützeinsätzen ohne
Beeinträchtigung
der Integrität
der Dichtung vermieden werden kann.
-
Entsprechend
ergibt die Erfindung in einem ersten Gesichtspunkt eine Rohrkupplung
zur Anbringung an einem Rohr, wobei die Rohrkupplung eine Hülse umfasst,
wobei die Hülse
zumindest ein zur Aufnahme eines Endes des Rohres geformtes Ende; und
eine ringförmige
Dichtungseinrichtung aufweist, die in dem Ende der Hülse angeordnet
ist, um das Rohrende zu umgeben, und mit Komprimierungseinrichtungen
zum Komprimieren der ringförmigen
Dichtungseinrichtung zur Bildung einer Abdichtung zwischen dem Rohr
und der Hülse,
wobei die Komprimierungseinrichtungen zwei Komprimierungs-Flansche
umfassen, die miteinander über
eine in Umfangsrichtung angeordnete Anordnung von Komprimierungs-Schrauben
verbunden sind, um im Gebrauch die beiden Komprimierungs-Flansche
in Richtung aufeinander zu ziehen und damit eine axiale Kompressionskraft
auf die ringförmige
Dichtungseinrichtung auszuüben,
dadurch gekennzeichnet, dass:
eine radial innenliegende Oberfläche eines
geneigten Teils der Hülse
mit zumindest einer Nut in ihrer Oberfläche versehen ist, wobei die
Nut im Gebrauch einen Leckpfad zwischen einem axial innen liegenden
Teil der Dichtungseinrichtung und der radial innen liegenden Oberfläche der
Hülse bildet,
wodurch im Gebrauch unter Druck stehendes Strömungsmittel von dem Rohr entlang
des Leckpfades strömen
kann, um eine radial außen
liegende Oberfläche
der Dichtungseinrichtungen mit Druck zu beaufschlagen und die Dichtungseinrichtung
gegen die Komprimierungseinrichtungen zu drücken, wodurch die Abdichtung zwischen
der Abdichtungseinrichtung und der Hülse verstärkt wird.
-
Die
Rohrkupplungen der Erfindung sind insbesondere zum Kuppeln von Kunststoff- und Rohren geeignet,
die aus Materialien hergestellt sind, die brechen oder sich verformen
können,
wie z.B. Ton und Beton. Spezielle Beispiele der Kunststoffrohre,
die miteinander unter Verwendung der Kupplungen der Erfindung verbunden
werden können,
schließen Rohre,
die aus einem Polyolefin (wie z.B. Polyethylen) oder Polyvinylchlorid
hergestellt sind. Es hat sich herausgestellt, dass durch die Schaffung
eines Leckpfades zwischen dem axial innen liegenden Teil der Dichtung und
der Hülse
derart, dass ein axial außen liegender
Teil der Dichtungseinrichtung gegen die Komprimierungseinrichtung
komprimiert wird, und der axial innen liegende Teil der Dichtungseinrichtung
gegen das Rohr komprimiert wird, eine effektive Abdichtung mit einer
wesentlich geringeren Kompressionskraft gebildet werden können. Dies
bedeutet andererseits, dass es möglich
ist, die Stütz-
oder Verstärkungseinsätze fortzulassen,
die typischerweise verwendet werden, um das Zusammendrücken der
Enden von Kunststoffrohren zu verhindern, wenn diese unter Verwendung
mechanischer Kupplungen miteinander verbunden werden. Weiterhin
können
im Fall von Rohren, die aus brüchigen
Materialien hergestellt sind, wie z.B. Ton, wesentlich geringere
Kompressionskräfte
auf die Dichtung ausgeübt
werden, ohne die Integrität
der Abdichtung zu verringern, wodurch die Gefahr eines Brechens
des Rohres unter den Kompressionskräften verringert wird.
-
In
dieser Beschreibung werden die Ausdrücke „axial außen liegend" und „axial innen liegend" dazu verwendet,
die Positionen von Elementen gegenüber dem Mittelpunkt der Hülse zu bezeichnen. Ein
Element, das als „axial
außen
liegend" beschrieben
wird, befindet sich weiter von dem Mittelpunkt der Hülse entfernt,
als ein Element, das als „axial
innen liegend" beschrieben
wird. Somit befindet sich der axial außen liegende Teil der Dichtung
weiter von dem Mittelpunkt der Hülse
entfernt, als der axial innenliegende Teil.
-
Der
Ausdruck „radial
innen liegend",
wie er hier bezüglich
der Dichtungseinrichtung verwendet wird, bezieht sich auf einen
Teil oder eine Oberfläche, die
auf das Rohr gerichtet ist, während
der Ausdruck „radial
außen
liegend" sich auf
einen Teil oder eine Oberfläche
bezieht, die auf die Hülse
gerichtet ist. Die Ausdrücke
sollen nicht bedeuten, dass die betreffenden Oberflächen oder
Teile parallel zur Achse des Rohres liegen, obwohl dies in manchen
Umständen der
Fall sein kann.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass durch
die Bildung eines Leckpfades zwischen einem axial innen liegenden
Teil der Dichtungseinrichtung und der Innenoberfläche der Hülse eine
Abdichtung zumindest teilweise druckabhängig gemacht werden kann – das heißt der Druck des
Strömungsmittels
in dem Rohr kann dazu verwendet werden, die Dichtungseinrichtung
gegen die Hülse
und das Rohr zu komprimieren, wodurch die Festigkeit der Abdichtung
verbessert wird.
-
Die
Hülse ist
so konfiguriert, dass sie den Leckpfad bildet. Der Leckpfad wird
typischerweise mit Hilfe von Kanälen
gebildet, die zwischen der Dichtungseinrichtung und der Hülse gebildet
sind. So kann beispielsweise die Hülse mit einer oder mehreren
Nuten in ihrer Oberfläche
versehen sein, die den axial innenliegenden Teil der Dichtungseinrichtung umgehen.
Obwohl eine Nut ausreichend sein kann, um das gewünschte Ausmaß eines
Ausleckens zu schaffen, kann eine Anzahl von Nuten vorgesehen sein,
die beispielsweise in Umfangsrichtung um die Hülse herum mit Abstand angeordnet
sind. Die oder jede Nut kann mit der Achse des Rohres oder einem Winkel
zur Achse des Rohres ausgerichtet sein. Bei einer Ausführungsform
kann beispielsweise die oder jede Nut einem schraubenlinienförmigen Pfad
um die Oberfläche
der Hülse
herum folgen. Als eine Alternative zu den Nuten können die
Kanäle
mit Hilfe von Vorsprüngen,
beispielsweise Rippen, Zapfen oder Erhebungen auf der Innenoberfläche der
Hülse gebildet
sein, die die Dichtungseinrichtung teilweise auf Abstand von der
Oberfläche
der Hülse
halten.
-
Zusätzlich kann
die Dichtungseinrichtung selbst so konfiguriert werden, dass sie
den Leckpfad bildet. Beispielsweise kann die Dichtungseinrichtung mit
einer oder mehreren darin ausgebildeten oder durch diese hindurch
ausgebildeten Nuten oder Kanälen
versehen sein, die den Durchgang eines Strömungsmittels ermöglichen.
Derartige Nuten oder Kanäle
können
wahlweise mit einem steiferen Material, wie z.B. einem Metall oder
einem nicht-elastomerischen Kunststoffmaterial verstärkt werden,
um zu verhindern, dass die Nuten oder Kanäle unter der Kompression zusammengedrückt werden.
-
Die
Dichtungseinrichtung, die Hülse
und die Komprimierungseinrichtungen sind vorzugsweise so konfiguriert,
dass im Gebrauch bei der Anwendung einer Kompressionskraft durch
die Komprimierungseinrichtungen der axial außen liegende Teil der Dichtungseinrichtung
in Radialrichtung nach außen
und im Dichtungseingriff mit der Hülse gedrückt wird, während der axial innen liegende
Teil der Dichtungseinrichtung in Radialrichtung nach innen und in
Dichtungseinrichtung mit dem Rohr gedrückt wird.
-
Um
das Auslecken des Strömungsmittels zum
Komprimieren des axial außen
liegenden Teils der Dichtungseinrichtung gegen die Komprimierungseinrichtungen
zu unterstützen,
wird ein ringförmiger
Hohlraum typischerweise zwischen dem axial innenliegenden Teil der
Dichtungseinrichtung und der Hülse
gebildet, wobei der ringförmige
Hohlraum in Strömungsmittelverbindung
mit dem Leckpfad steht.
-
Das
Ende der Hülse
hat typischerweise einen vergrößerten Bohrungsabschnitt,
in dem die Dichtungseinrichtung angeordnet ist. Der vergrößerte Bohrungsabschnitt
ist üblicherweise
mit einem relativ verringerten Bohrungsbereich der Hülse über eine
ringförmige
Anlageoberfläche
verbunden, um die Komprimierung zu unterstützen, wobei die ringförmige Anlageoberfläche vorzugsweise
in Radialrichtung nach außen
in der Richtung des Endes der Hülse
geneigt (das heißt
aufgeweitet) ist.
-
Eine
Vielzahl von unterschiedlich geformten Dichtungseinrichtungen kann
verwendet werden, doch weist bei einer bevorzugten Ausführungsform die
Dichtungseinrichtung die Form eines mehrkeuligen Dichtungselementes
auf, und insbesondere eines Dichtungselementes, das im Querschnitt
zwei Keulen aufweist. Die zwei Keulen können die gleiche oder eine
unterschiedliche Form aufweisen, und sie können beispielsweise eine kreisförmige, eiförmige oder
vieleckige Form haben. Wenn eine oder beide Keulen im Querschnitt
vieleckig sind, so kann das Vieleck regelmäßig oder unregelmäßig sein,
wobei spezielle Beispiele rechtwinklig, fünfeckig, sechseckig, siebeneckig,
achteckig, neuneckig und zehneckig sind. Derartige vieleckige Keulen
können
abgerundete oder mit einem Radius versehene Kanten aufweisen. Das
am stärksten
bevorzugte Dichtungselement der Erfindung hat eine Querschnittsform
in Form einer ausgefüllten
Zahl 8, eine Form, die so betrachtet werden kann, als ob sie in
einer ähnlichen Weise
wie ein Paar von O-Ringen wirkt, die miteinander verbunden sind,
die jedoch den Vorteil hat, dass ein mögliches Auslecken zwischen
einem Paar von O-Ringen vermieden wird.
-
Alternativ
kann die Dichtungseinrichtung ein Paar von O-Ringen umfassen. Die
zwei O-Ringe können
in vorteilhafter Weise durch einen Abstandsring getrennt sein, der
beispielsweise eine geneigte axial innen liegende Oberfläche aufweist,
wodurch eine Komprimierung des axial innen liegenden O-Ringes durch
den Abstandsring bei Anwendung der Komprimierungseinrichtung den
axial innen liegenden O-Ring gegen das Rohr drückt. Alternativ oder zusätzlich kann
der Abstandsring eine geneigte axial außen liegende Oberfläche aufweisen,
die die Verformung des axial außen
liegenden O-Ringes nach außen
hin gegen die Hülse
unterstützt,
wenn der axial außen
liegende O-Ring durch die Komprimierungseinrichtung komprimiert
wird.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
weist die Dichtungseinrichtung einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt
auf. Bei dieser Ausführungsform
kann die Trapez-Form ein Paar von axial ausgerichteten Kanten und
ein Paar von radial ausgerichteten Kanten aufweisen, wobei der Abstand zwischen
den axial ausgerichteten Kanten kleiner als der Abstand zwischen
den radial ausgerichteten Kanten ist. Um das Halten der Dichtungseinrichtung gegen
eine Drehung zu unterstützen,
können
die radial ausgerichteten Kanten abgeflacht sein. Alternativ oder
zusätzlich
können
die Hülse
und die Komprimierungseinrichtungen mit Lagefestlegungseinrichtungen
zum Festlegen der Lage und zum Halten von einer oder mehreren Kanten
des trapezförmigen
Dichtungselementes versehen sein, um eine Drehung zu verhindern.
Derartige Lagefestlegungseinrichtungen können die Form von beispielsweise
einer Nut oder Vertiefung annehmen, in die eine Kante der Dichtungseinrichtung
passen kann.
-
Die
Komprimierungseinrichtung weist die Form von zwei Kompressions-Flanschen
oder Bundringen auf, die in Axialrichtung in Richtung auf die Dichtungseinrichtung
beispielsweise mit Hilfe eines Schraubengewindes oder durch Festziehen
von Flansch-Schrauben gezogen werden. Derartige Komprimierungseinrichtungen
können
vollständig konventionell
sein.
-
Bei
einer Ausführungsform
umfasst die Komprimierungseinrichtung ein ringförmiges Komprimierungselement,
das so angeordnet ist, dass es das Rohr umgibt, wobei Einrichtungen
zum Bewegen des ringförmigen
Komprimierungselementes in Axialrichtung in Richtung auf die Hülse und
gegen die Dichtungseinrichtung vorgesehen sind.
-
Bei
einer speziellen Ausführungsform
können
die Komprimierungseinrichtungen zwei ringförmige Komprimierungs-Flansche,
die in Axialrichtung nach außen
von den ringförmigen
Komprimierungselementen angeordnet sind, sowie eine Anzahl von Flansch-Schrauben
umfassen, um es zu ermöglichen,
dass der ringförmige
Komprimierungs-Flansch gegen das ringförmige Komprimierungselement
festgezogen wird, wodurch die Dichtungseinrichtung komprimiert wird.
Eine derartige Anordnung wird besonders bevorzugt, wenn ein getrennter
Klemmring sowie das Dichtungselement verwendet wird. Somit kann
das Klemmelement in Axialrichtung zwischen den Komprimierungs-Flanschen
und den Komprimierungselementen angeordnet sein, während die
Dichtungseinrichtung zwischen den Komprimierungselementen und der
Hülse angeordnet
ist. Wenn ein Klemmring vorhanden ist, so kann dieser so angeordnet
werden, dass er in Radialrichtung nach innen gegen das Rohrelement
durch eine Kompression zwischen den Komprimierungs-Flanschen und
den Komprimierungselementen verformt wird.
-
Alternativ
kann das getrennte Komprimierungselement fortgelassen werden und
die Komprimierung der Dichtungseinrichtungen kann zwischen einer
Oberfläche
der Komprimierungs-Flansche und der Hülse bewirkt werden. Eine derartige
Anordnung wird besonders bevorzugt, wenn kein getrennter Klemmring
vorhanden ist.
-
Die
Rohrkupplungen der vorliegenden Erfindung können zum Verbinden von zwei
Rohren verwendet werden, oder sie können zum Kuppeln eines Rohres
mit einem anderen als einem Rohrelement verwendet werden, beispielsweise
einem Tank oder einer Pumpe. Der Ausdruck „Rohr", wie er hier verwendet wird, schließt Rohre
als solche und auch rohrförmige
Strukturen, wie z.B. Krümmer,
Bögen, T-Stücke, Ventile
ein, um Beispiele zu nennen.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind beide Enden der Hülse
so angeordnet, dass sie darin die jeweiligen Enden eines Paares
von Rohren aufnehmen. Insbesondere wird es bevorzugt, dass die Hülse, die
ringförmige
Dichtungseinrichtung und Komprimierungseinrichtungen im Wesentlichen
die gleiche Konfiguration an beiden Enden der Hülse aufweisen.
-
Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Rohrverbindung geschaffen,
die eine Rohrkupplung umfasst, wie sie vorstehend definiert wurde,
wobei ein Rohr in dem Ende der Hülse hiervon
angeordnet ist.
-
Die
Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen
erläutert, die
in den beigefügten
Zeichnungen gezeigt sind, in denen:
-
1 eine
teilweise Längsschnittansicht durch
eine Rohrkupplung und eine Rohrverbindung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ist?;
-
2 eine
Längsschnittansicht
eines Teils einer Rohrkupplung gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist;
-
3 eine
Schnittansicht einer alternativen Dichtungs-Form ist; und
-
4 eine
Schnittansicht durch eine Rohrkupplung und Rohrverbindung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung ist.
-
Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 eine Rohrkupplung
mit einer Hülse 102, die
einen einen verringerten Durchmesser aufweisenden Mittelteil 102a und
einen größeren Durchmesser
aufweisende Endteile 102b umfasst, wobei der Mittelteil
und die Endteile durch geneigte Wände 102c miteinander
verbunden sind. Die Hülse 102 kann
aus einem geeigneten starren und robusten Material, wie z.B. einem
Metall (beispielsweise Eisen oder Stahl) gemäß konventioneller Verfahren
hergestellt sein.
-
Zwei
ringförmige
Komprimierungs-Flansche 106 (Komprimierungselemente) sind
an den zwei Enden der Hülse
angeordnet, wobei die Komprimierungs-Flansche 106 miteinander über eine
in Umfangsrichtung angeordnete Anordnung von Komprimierungs-Schrauben 108 verbunden
sind. Die Komprimierungs-Flansche 106 weisen jeweils einen
Muffenteil 104 an ihren axial nach innen gerichteten Enden
auf, wobei jeder Muffenteil eine geneigte Stirnfläche 104a aufweist.
-
Zwischen
dem Komprimierungs-Flansch 104 und dem geneigten Teil 102c der
Hülse,
der die Bereiche 102a und 102b mit kleinerem und
größerem Durchmesser
trennt, ist eine Dichtungspackung oder Dichtung 112 angeordnet,
die die Form einer „ausgefüllten Zahl
8" im Querschnitt
aufweist und eine in Axialrichtung innen liegende Keule 102a und
eine axial außen
liegende Keule 112b aufweist. Die Dichtung 112 ist
aus einem geeigneten Elastomermaterial hergestellt.
-
Die
radial innen liegende Oberfläche 102d des
geneigten Teils 102c der Hülse ist mit zumindest einer
Nut 126 in ihrer Oberfläche
versehen, wobei die Nut 126 im Gebrauch einen Leckpfad
zwischen der axial innen liegenden Keule 112a der Dichtung
und der Oberfläche 102d bildet.
Es kann lediglich eine Nut oder eine Vielzahl von Nuten vorgesehen
sein, die mit Abstand um den Umfang der Hülse herum angeordnet sind.
-
Im
Gebrauch werden die Enden der Rohre P1 und
P2 in die Hülse in der gezeigten Weise
eingesetzt, und die Flansch-Schrauben 108 werden festgezogen,
um die beiden Komprimierungs-Flansche 106 zusammenzuziehen.
Wenn sich die Komprimierungs-Flansche 106 in einer Axialrichtung
bewegen, werden die geneigten Oberflächen 104a der Muffenteile 104 gegen
die Dichtung 112 zusammengedrückt.
-
Während die
Dichtung zusammengedrückt wird,
wird die axial außen
liegende Keule 102b in Radialrichtung nach außen gegen
die Hülse
gedrückt, während die
axial innen liegende Keule 112a in Radialrichtung nach
innen gegen das Rohr gedrückt
wird. Somit bildet die innen liegende Keule 112a eine Dichtung
gegen das Rohr, während
die äußere Keule 112b eine
Dichtung gegen die Hülse
bildet. Wie dies auf 1 zu erkennen ist, wird nach
der Komprimierung (siehe rechte Seite der Hülse) eine ringförmige Lücke 122 zwischen
der axial außen
liegenden Keule 112b der Dichtung und der Rohroberfläche gebildet, und
eine ringförmige
Lücke 124 wird
zwischen der axial innen liegenden Keule 112a der Dichtung 112 und
der Innenoberfläche
der Hülse
gebildet.
-
Wie
dies aus 1 zu erkennen ist, wird nach
dem Zusammenbau und der Komprimierung der Kupplung ein Leckpfad
(der mit Hilfe der Pfeile 126 gezeigt ist) zwischen der
inneren Keule 112a und der Hülse gebildet. Der Leckpfad
ermöglicht
es, dass irgendein Strömungsmittel
(beispielsweise Gas) das entlang des ringförmigen Raumes zwischen der Rohrwand
und der Hülse
strömt,
in den ringförmigen Spalt 124 auslecken
und die radial außen
liegende Oberfläche 112c der
Dichtung mit Drücken
beaufschlagen kann. Dies hat die Wirkung, dass die Dichtung fester
gegen die Oberfläche 104a des
Muffenteils des Komprimierungs-Flansches und die Innenoberfläche der
Hülse 102 gedrückt wird,
wenn der Druck ansteigt, wodurch die Abdichtung zwischen der Dichtung
und der Hülse
und der Dichtung und dem Rohr verbessert wird. Als Folge der verbesserten
Dichtung wird das Drehmoment, das auf die Flansch-Schrauben 108 ausgeübt werden
muss, um das erforderliche Ausmaß an Strömungsmittel-Dichtigkeit für die Rohrverbindung
zu erzielen, beträchtlich
verringert. Dies bedeutet andererseits, dass die radial nach innen
gerichtete Kraft, die über
die Dichtungsbaugruppe auf das Rohr ausgeübt wird, verringert wird, so
dass es möglich
ist, Stützeinsätze fortzulassen,
die typischerweise dazu verwendet werden, die Rohrenden an einer
Zusammendrückung unter
Kompression zu verhindern. Weil weiterhin niedrigere Kompressionskräfte auf
die Dichtung und damit auf das Rohr ausgeübt werden, können die Kupplungen
für Rohre
(beispielsweise Tonrohre) verwendet werden, die unter den Kompressionslasten brechen
würden,
die bei konventionellen Kupplungen erforderlich sind.
-
In 1 hat
die Kupplung zwei Dichtungspackungen, jedoch keine zusätzliche
Einrichtungen zum Einklemmen des Rohres. Bei Rohrkupplungen, die
so ausgelegt sind, dass sie erheblichen Endlasten auf das Rohr widerstehen,
kann ein zusätzliches Klemmbauteil
erforderlich sein, um zu verhindern, dass die Rohre aus der Kupplung
herausgezogen werden. 2 zeigt eine Kupplung, die allgemein ähnlich der
Kupplung nach 1 ist, jedoch zusätzlich ein
Paar von Klemmbauteilen aufweist.
-
So
zeigt 2 eine Rohrkupplung, die eine Hülse 102 mit
einem einen verringerten Durchmesser aufweisenden Mittelabschnitt 202a und
einen größeren Durchmesser
aufweisenden Endteilen 202b umfasst, wobei der Mittelteil
und die Endteile durch geneigte Wände 202c miteinander
verbunden sind. Die Hülse 202 kann
aus einem in geeigneter Weise starren und robusten Material, wie
z.B. einem Metall (beispielsweise Eisen oder Stahl) gemäß konventioneller
Verfahren hergestellt sein.
-
Zwei
ringförmige
Kompressions-Bundringe (Kompressionselemente) 204 sind
an den zwei Enden der Hülse 202 angeordnet,
wobei die Kompressions-Bundringe an ihrem Platz mit Hilfe von Komprimierungs-Flanschen 206 gehalten
werden, die miteinander über
eine am Umfang angeordnete Anordnung von Komprimierungs-Schrauben 208 verbunden
sind. Die Komprimierungs-Bundringe 204 weisen jeweils einen
Muffenteil 204a an dem in Axialrichtung nach innen gerichteten
Enden hiervon auf, wobei jeder Muffenteil eine geneigte Stirnfläche 204b aufweist.
An seinem axial außen
liegenden Ende weist der Komprimierungs-Bundring 204 eine
radial innen liegende Anlageoberfläche 204c und eine
radial außen
liegende Anlageoberfläche 204d auf,
die bei dieser Ausführungsform
beide allgemein senkrecht zur Achse der Kupplungshülse stehen,
obwohl dies nicht der Fall sein muss.
-
Der
Komprimierungs-Flansch 206 weist eine radial innen liegende
Oberfläche 206a auf,
die in einer axial nach innen gerichteten Richtung aufgeweitet ist.
In Radialrichtung innerhalb des Komprimierungs-Flansches ist ein
Klemmring 210 angeordnet, der bei dieser Ausführungsform
aus einem Kunststoff- oder Metallmaterial hergestellt ist. Der Klemmring 210 weist
ringförmige Klemmverzahnungen
oder Wülste 210a auf
seiner Innenoberfläche
zum Einklemmen der Oberfläche
eines Rohres auf.
-
Zwischen
dem Komprimierungs-Bundring 204 und dem geneigten Teil 202c der
Hülse,
der die den kleineren Durchmesser und den größeren Durchmesser aufweisenden
Bereiche 202a und 202b trennt, befindet sich eine
Dichtungspackung 212 mit einer ähnlichen Form wie die Dichtungspackung
nach 1, das heißt
sie hat die Form einer ausgefüllten
Zahl 8 im Querschnitt, und sie weist eine in Axialrichtung innenliegende
Keule 212a und eine in Axialrichtung außenliegende Keule 212b auf.
-
Wie
bei der Ausführungsform
nach 1 ist die radial innen liegende Oberfläche 202d des
geneigten Teils 202c der Hülse mit zumindest einer Nut 220 in
ihrer Oberfläche
versehen, wobei die Nut 220 im Gebrauch einen Leckpfad
zwischen der Dichtungspackung 212 und der Oberfläche 212d ergibt.
-
Wenn
im Gebrauch die Flansch-Schrauben 208 angezogen werden,
um die zwei Komprimierungs-Flansche 206 in Richtung aufeinander
zu ziehen, laufen die geneigten Innenoberflächen 206a über die
geneigten Außenoberflächen 210a des Klemmringes,
wodurch der Klemmring in Radialrichtung nach innen verformt wird
und die verzahnte Klemmoberfläche 210b in
Klemmkontakt mit den Rohren P1 und P2 gebracht wird. Die Komprimierungs-Flansche
bewegen sich weiter in einer Axialrichtung, wodurch hierbei die
Klemmringe in Radialrichtung nach innen verformt werden, bis die
Oberflächen 206b der
Flansche mit den Oberflächen 204d der
Kompressions-Bundringe 204 in Kontakt kommen. An diesem
Punkt zwingt eine weitere Axialbewegung der Komprimierungs-Flansche
die Komprimierungs-Bundringe 204,
sich in Axialrichtung nach innen gegen die Dichtungspackung 212 zu
bewegen, wodurch die Dichtung komprimiert wird.
-
Danach
wird die Dichtung in einer ähnlichen Weise
wie die Dichtung nach 1 verformt, wobei der Leckpfad,
der durch die Nuten 220 gebildet ist, einen Durchgang von
Strömungsmittel
zwischen der Dichtung und der Hülse
ermöglicht,
um die radial außen
liegende Oberfläche
der Dichtung mit Druck zu beaufschlagen und damit die Abdichtung
zwischen der Hülse
und der Dichtungspackung zu verbessern.
-
In
den 1 und 2 ist die Dichtungsbaugruppe
so gezeigt, dass sie eine Dichtungspackung mit einer Form in einer
ausgefüllten
Zahl 8 hat. Andere Konfigurationen sind für die Dichtungsbaugruppe ebenfalls
möglich,
und alternative Dichtungspackungen sind schematisch in den 3 und 4 gezeigt.
-
In 3 umfasst
die Dichtungsbaugruppe eine Dichtung 312 mit einer allgemein
trapezförmigen
Form, die jedoch bei dieser Ausführungsform
abgeflachte oder abgerundete radial innenliegende und außenliegende
Oberflächen 12a bzw. 12b aufweist, um
die Dichtung 312 an einer Drehung zu hindern, wobei die
geneigten Oberflächen 4a und 2a des Komprimierungs-Bundringes 4 bzw.
der Hülse 2 jeweils
mit (nicht gezeigten) ringförmigen
Nuten versehen sein kann, beispielsweise V-förmigen
Nuten, in die die Kanten 312c und 312d eingesetzt
werden können.
Wenn im Gebrauch die Kupplung durch Festziehen der Flansch-Schrauben
komprimiert wird, wird die Dichtung 312 in Axialrichtung
komprimiert, so dass sie eine Form annimmt, die einem O-Ring ähnlicher
ist. Strömungsmittel
kann dann entlang eines Leckpfades zwischen einem axialen Endteil
(beispielsweise 312c) und der Hülse hindurchströmen, wodurch
der Druck des Strömungsmittels
dann zur Druckbeaufschlagung einer radial außen liegenden Oberfläche (beispielsweise
der Oberfläche
zwischen 312c und 312d) derart dient, dass die
Dichtungspackung fester gegen die Hülse und das Rohr gedrückt wird,
wodurch die Effektivität
der Abdichtung vergrößert wird.
-
Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung ist in 4 gezeigt. In 4 ist
eine Rohrkupplung mit einer Hülse 402 mit
einem einen verringerten Durchmesser aufweisenden Mittelteil 402a und
einen größeren Durchmesser
aufweisenden Endteilen 402b gezeigt, wobei der Mittelteil
und die Endteile durch geneigte Wände 402c verbunden
sind. Die Hülse 402 kann
aus einem in geeigneter Weise starren und robusten Material, wie
z.B. einem Metall (beispielsweise Eisen oder Stahl) gemäß konventioneller Verfahren
hergestellt sein.
-
Ein
Paar von ringförmigen
Komprimierungs-Bundringen (Komprimierungselementen) 404 ist
an den zwei Enden der Hülse 402 angeordnet,
wobei die Komprimierungs-Bundringe
an ihrem Platz mit Hilfe von Komprimierungs-Flanschen 406 gehalten
werden, die miteinander über
eine in Umfangsrichtung angeordnete Anordnung von Komprimierungs-Schrauben 408 verbunden
sind. Komprimierungs-Bundringe 404 weisen jeweils einen
Muffenteil 404a an ihren Axialrichtung nach innen gerichteten Enden
auf, wobei jeder Muffenteil eine geneigte Stirnfläche 404b aufweist.
An seinem axial außen
liegenden Ende weist der Komprimierungs-Bundring 4 eine
Anlageoberfläche 404c auf,
die bei dieser Ausführungsform
allgemein senkrecht zur Achse der Kupplungshülse verläuft, obwohl dies nicht der
Fall sein muss.
-
Der
Komprimierungs-Flansch 406 weist eine radial innen liegende
Oberfläche 406a auf,
die in einer in Axialrichtung nach innen gerichteten Richtung aufgeweitet
ist. In Radialrichtung innerhalb des Komprimierungs-Flansches ist
ein Klemmring 410 angeordnet, der bei dieser Ausführungsform
aus einem geeigneten Kunststoff- oder Metallmaterial hergestellt
ist. Der Klemmring 410 weist ringförmige Klemm-Verzahnungen oder Wülste 410b auf seiner Innenoberfläche zum
Einklemmen der Oberfläche
eines Rohres auf. Zwischen dem Komprimierungs-Bundring 404 und
dem geneigten Teil 402c der Hülse, der die den kleineren
Durchmesser und größeren Durchmesser
aufweisenden Bereiche 402a bzw. 402b trennt, ist
eine Dichtungsbaugruppe 412 angeordnet, die zwei O-Ringe 414, 416 umfasst,
die durch einen Abstandsring 418 getrennt sind. Die O-Ringe 414 und 416 können eine
konventionelle Form aufweisen und aus einem geeigneten Elastomermaterial
hergestellt sein. Der Abstandsring 418, der beispielsweise
aus einem Metall oder Kunststoffmaterial hergestellt sein kann,
ist scheibenförmig
und hat zwei im Wesentlichen parallele geneigte Oberflächen, eine
axial außen
liegende Oberfläche 418a und eine
axial innen liegende Oberfläche 418b.
-
Die
radial innen liegende Oberfläche 420b des
geneigten Teils 402c der Hülse ist mit zumindest einer
Nut 420 in ihrer Oberfläche
versehen, wobei die Nut 420 im Gebrauch einen Leckpfad
zwischen dem O-Ring 416 und der Oberfläche 402d ergibt. Im
Gebrauch werden wie bei der Ausführungsform
nach 2 die Enden der Rohre P1 und
P2 in die Hülse eingesetzt, wie dies gezeigt
ist, und die Flansch-Schrauben 408 werden angezogen, um
die beiden Komprimierungs-Flansche 406 zusammenzuziehen.
Während
sich die Komprimierungs-Flansche 406 in einer Axialrichtung
bewegen, laufen die geneigten Innenoberflächen 406a über die
geneigten Außenoberflächen 410a des
Klemmringes, wodurch der Klemmring in Radialrichtung nach innen
in Klemmkontakt mit den Rohren P1 und P2 verformt wird. Die Komprimierungs-Flansche
setzen ihre Bewegung in einer Axialrichtung fort, wobei die Klemmringe
hierbei in Radialrichtung nach innen verformt werden, bis die Oberflächen 406b der
Flansche mit den Oberflächen 404d der
Komprimierungs-Bundringe 404 in
Kontakt kommen. An dieser Stelle zwingt eine weitere axiale Bewegung
der Komprimierungs-Flansche die Komprimierungs-Bundringe 404, sich
in Axialrichtung nach innen gegen die Dichtungsbaugruppe 412 zu
bewegen, wodurch die O-Ringe 414, 416 komprimiert
werden.
-
Während die
O-Ringe komprimiert werden, wird der axial außen liegende O-Ring 414 nach
außen
gegen die Hülse 402 gedrückt, und
zwar als Ergebnis der Neigungswinkel der geneigten Oberflächen 418a und 404a,
wobei ein ringförmiger
Spalt 422 zwischen dem O-Ring 414 und der Rohroberfläche gebildet
wird. Der axial innenliegende O-Ring 416 wird andererseits
in Radialrichtung nach innen gegen die Rohre gedrückt, und
zwar als Folge der Komprimierung zwischen den geneigten Oberflächen 418b und 402d,
derart, dass ein ringförmiger
Spalt 424 zwischen dem O-Ring 416 und der Innenoberfläche der
Hülse gebildet
wird.
-
Wie
dies aus 4 zu erkennen ist, wird nach
dem Zusammenbau und der Komprimierung der Kupplung ein Leckpfad
(der durch die Pfeile 426 angezeigt ist) zwischen dem O-Ring 416 und
der Hülse
gebildet. Der Leckpfad ermöglicht
es, dass irgendein Strömungsmedium
(beispielsweise Gas) entlang des ringförmigen Raumes zwischen der Rohrwand
und der Hülse
strömt,
um in den ringförmigen
Spalt 424 auszulecken und die Außenoberfläche 414a des O-Ringes 414 mit
Druck zu beaufschlagen. Dies hat die Wirkung, dass der O-Ring fester
gegen die Oberfläche 4b des
Komprimierungs-Bundringes und die Innenoberfläche der Hülse 2 gedrückt wird, wodurch
die Abdichtung zwischen dem O-Ring und der Hülse verbessert wird.
-
Bei
jeder der dargestellten Ausführungsformen
ist die Dichtungspackung so konfiguriert, dass beim Komprimieren
ein ringförmiger
Spalt zwischen der axial innenliegenden Keule oder dem axial innenliegenden
Teil des Dichtungselementes und der Hülse gebildet wird, wobei der
ringförmige
Spalt in Strömungsmittelverbindung
mit dem Leckpfad steht. Es ist jedoch vorstellbar, dass die Dichtung
so geformt sein könnte,
dass obwohl kein ringförmiger
Spalt gebildet wird, ein Bereich der Dichtung an den axial innenliegenden
Ende eine relativ leichte Komprimierung aufweist. Ein derartiger
leicht komprimierter Bereich könnte
durch den Strömungsmitteldruck
aus dem Inneren des Rohres bewegt werden, wodurch im Ergebnis eine
ringförmige
Lücke der
in den Zeichnungen gezeigten Art gebildet wird.